第2章 PLC基礎(chǔ)知識(shí)

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1、n 2.1 可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展n 2.2 PLC 的特點(diǎn)和應(yīng)用的特點(diǎn)和應(yīng)用n 2.3 PLC 的分類及技術(shù)性能指標(biāo)的分類及技術(shù)性能指標(biāo)n 2.4 PLC 的編程語言的編程語言n 本章小結(jié)本章小結(jié) 2.1 可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展可編程序控制器的產(chǎn)生及發(fā)展l 2.1.1 可編程序控制器的由來可編程序控制器的由來l 2.1.2 可編程序控制器的發(fā)展可編程序控制器的發(fā)展 2.1.1 2.1.1 可編程序控制器的由來可編程序控制器的由來 1968年，美國最大的汽車制造商年，美國最大的汽車制造商通用通用汽車公司（汽車公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新為了適應(yīng)汽車型號(hào)

2、不斷翻新的要求，提出了這樣的設(shè)想：將計(jì)算機(jī)的功能的要求，提出了這樣的設(shè)想：將計(jì)算機(jī)的功能完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)與繼電接觸器控制簡單完善、通用靈活等優(yōu)點(diǎn)與繼電接觸器控制簡單易懂、操作方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，易懂、操作方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種新型的通用控制裝置取代繼電接觸器制成一種新型的通用控制裝置取代繼電接觸器控制系統(tǒng)。為此，控制系統(tǒng)。為此，GM提出了提出了10條要求，向制條要求，向制造商公開招標(biāo)造商公開招標(biāo)。GM 10條詳見教材。條詳見教材。1969年，年，美國數(shù)字設(shè)備公司（美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，型號(hào)為臺(tái)可編程序控制器，型

3、號(hào)為PDP14。當(dāng)時(shí)只是用它替代繼電接觸器控制，只能當(dāng)時(shí)只是用它替代繼電接觸器控制，只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，所以將該控制裝置稱之進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，所以將該控制裝置稱之為為可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），），簡稱簡稱PLC。隨著微電子技術(shù)和大隨著微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，規(guī)模集成電路的發(fā)展，20世紀(jì)世紀(jì)70年代后期，微年代后期，微處理器被應(yīng)用到處理器被應(yīng)用到PLC中，從而極大擴(kuò)展了其功中，從而極大擴(kuò)展了其功能，不僅能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，還具有模擬能，不僅能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，還具有模擬量控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。這種

4、采量控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。這種采用了微處理器技術(shù)的用了微處理器技術(shù)的PLC于于1980年由美國電氣年由美國電氣制造商協(xié)會(huì)正式將其命名為制造商協(xié)會(huì)正式將其命名為可編程序控制器可編程序控制器（Programmable Controller），），簡稱簡稱PC。國際電工委員會(huì)在國際電工委員會(huì)在1987年年2月頒布的可編月頒布的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其定義定義為：可編程序?yàn)椋嚎删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)

5、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷胺N類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)連其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。通常仍把可編程控制器簡稱為通常仍把可編程控制器簡稱為PLC。2.1.2 2.1.2 可編程序控制器的發(fā)展可編程序控制器的發(fā)展 按按PLC控制功能

6、將其發(fā)展分成四個(gè)階段：控制功能將其發(fā)展分成四個(gè)階段：第一階段：從第一階段：從PLC誕生到誕生到20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代中期，這是中期，這是PLC的發(fā)展初期，這一時(shí)期的發(fā)展初期，這一時(shí)期PLC主要用于替代繼電接觸器控制系統(tǒng)，功能較主要用于替代繼電接觸器控制系統(tǒng)，功能較為簡單，主要用于開關(guān)量邏輯控制和計(jì)時(shí)、為簡單，主要用于開關(guān)量邏輯控制和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)運(yùn)算。計(jì)數(shù)運(yùn)算。第二階段：從第二階段：從20世界世界70年代中期到年代中期到70年年代末期，這是代末期，這是PLC的功能擴(kuò)展時(shí)期，的功能擴(kuò)展時(shí)期，PLC的的控制功能增加了不少，如可以處理模擬量、控制功能增加了不少，如可以處理模擬量、能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳送和比

7、較。能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行傳送和比較。第三階段：從第三階段：從20世紀(jì)世紀(jì)70年代末到年代末到80年代中期，年代中期，這是這是PLC的通信功能發(fā)展較快的時(shí)期，初步形成了的通信功能發(fā)展較快的時(shí)期，初步形成了分布式通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)一步提高，但分布式通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)一步提高，但各制造廠商各自為政，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。各制造廠商各自為政，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。第四階段：從第四階段：從20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期開始年代中期開始是是PLC的的開放時(shí)期，這一時(shí)期通訊系統(tǒng)的開放是開放時(shí)期，這一時(shí)期通訊系統(tǒng)的開放是PLC發(fā)展的發(fā)展的主要標(biāo)志，通信協(xié)議逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟主要標(biāo)志，通信協(xié)議逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，采用了標(biāo)準(zhǔn)

8、的軟件系統(tǒng)，增加了高級(jí)語言編程，各制造廠商的產(chǎn)品件系統(tǒng)，增加了高級(jí)語言編程，各制造廠商的產(chǎn)品可以互相通信，產(chǎn)品的規(guī)模不斷擴(kuò)大，增加了可以互相通信，產(chǎn)品的規(guī)模不斷擴(kuò)大，增加了CRT顯示功能等。顯示功能等。目前，世界上有目前，世界上有PLC生產(chǎn)廠二百多家，比較著名生產(chǎn)廠二百多家，比較著名的有：美國的的有：美國的A-B公司、通用電氣公司，日本的三菱、公司、通用電氣公司，日本的三菱、松下電工、歐姆龍，德國的西門子、松下電工、歐姆龍，德國的西門子、AEG，法國的法國的TE等。等。PLC在規(guī)模和功能上正朝著兩個(gè)方向發(fā)展。大在規(guī)模和功能上正朝著兩個(gè)方向發(fā)展。大型型PLC不斷向大容量、高速度、多功能的方向發(fā)展

9、，不斷向大容量、高速度、多功能的方向發(fā)展，使之能取代工業(yè)控制微機(jī)對(duì)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合使之能取代工業(yè)控制微機(jī)對(duì)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。另一方面，小型性的自動(dòng)控制。另一方面，小型PLC向超小型、簡易、向超小型、簡易、廉價(jià)方向發(fā)展，使之能真正完全取代最小的繼電接觸廉價(jià)方向發(fā)展，使之能真正完全取代最小的繼電接觸器系統(tǒng)，適應(yīng)單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的器系統(tǒng)，適應(yīng)單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的控制要求?？刂埔?。l 2.2.1 PLC的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) l 2.2.2 PLC的應(yīng)用的應(yīng)用2.2 PLC 的特點(diǎn)和應(yīng)用的特點(diǎn)和應(yīng)用 2.2.1 2.2.1 PLCPLC的主要特點(diǎn)的

10、主要特點(diǎn)1可靠性高可靠性高2使用方便，通用性強(qiáng)使用方便，通用性強(qiáng)3功能完善，組合方便功能完善，組合方便4編程簡單，維護(hù)方便編程簡單，維護(hù)方便5體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低 按按PLC的控制類型，其應(yīng)用可分為的控制類型，其應(yīng)用可分為:1.關(guān)量控制關(guān)量控制 2.擬量控制擬量控制 3.械加工中的數(shù)字控制械加工中的數(shù)字控制 4.業(yè)機(jī)器人控制業(yè)機(jī)器人控制 5.層分布式控制系統(tǒng)層分布式控制系統(tǒng) 2.2.2 2.2.2 PLCPLC的應(yīng)用的應(yīng)用l 2.3.1 PLC的分類的分類l 2.3.2 PLC的技術(shù)性能指標(biāo)的技術(shù)性能指標(biāo)2.3 PLC 的分類及技術(shù)性能指標(biāo)的分類及技術(shù)性能指標(biāo) 1.按結(jié)

11、構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類 （1）整體式）整體式PLC:將組成將組成PLC的各個(gè)部分的各個(gè)部分（CPU、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、I/O部件等）集中于一體，安裝部件等）集中于一體，安裝在少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝配在在少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝配在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)整體，這個(gè)整體通常稱為主機(jī)一個(gè)機(jī)殼內(nèi)形成一個(gè)整體，這個(gè)整體通常稱為主機(jī)或基本單元。一般小型和超小型或基本單元。一般小型和超小型PLC采用整體式結(jié)采用整體式結(jié)構(gòu)，如德國西門子公司的構(gòu)，如德國西門子公司的S7-200系列系列PLC。（2）模塊式模塊式PLC:將將PLC劃分為相對(duì)獨(dú)立的劃分為相對(duì)獨(dú)立的幾部分制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的插件式

12、模塊，主要有幾部分制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的插件式模塊，主要有CPU模模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，然后用搭塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等，然后用搭積木的方式將其組裝在一個(gè)電源機(jī)架內(nèi)。一般大、積木的方式將其組裝在一個(gè)電源機(jī)架內(nèi)。一般大、中型中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，如西門子公司的采用模塊式結(jié)構(gòu)，如西門子公司的S7-300、S7-400系列系列PLC。2.3.1 2.3.1 PLCPLC的分類的分類 2.按按 I/O點(diǎn)數(shù)、功能分類點(diǎn)數(shù)、功能分類 （1）小型小型PLC又稱低檔機(jī)。其又稱低檔機(jī)。其I/O點(diǎn)數(shù)少于點(diǎn)數(shù)少于256點(diǎn)，如點(diǎn)，如I/O點(diǎn)數(shù)小于點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)則稱為超小型或微型點(diǎn)則稱為超小型或微

13、型PLC，用戶程序存儲(chǔ)器容量為用戶程序存儲(chǔ)器容量為2KB以下。具有邏輯運(yùn)算、定以下。具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能 。（2）中型中型PLC的的I/O點(diǎn)數(shù)在點(diǎn)數(shù)在2562048之間，用戶之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量為程序存儲(chǔ)器容量為28KB，除具有小型除具有小型PLC的功能外的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送，遠(yuǎn)程較、數(shù)據(jù)傳送，遠(yuǎn)程I/O通信聯(lián)網(wǎng)等功能。通信聯(lián)網(wǎng)等功能。（3）大型大型PLC的的I/O點(diǎn)數(shù)大于點(diǎn)數(shù)大于2048點(diǎn)，用戶程序點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到存儲(chǔ)

14、器容量達(dá)到8KB以上。除具有中型機(jī)的功能外，以上。除具有中型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能和模擬調(diào)節(jié)、特殊功能還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能和模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及更強(qiáng)的函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能等。通信聯(lián)網(wǎng)功能等。2.3.2 2.3.2 PLCPLC的技術(shù)性能指標(biāo)的技術(shù)性能指標(biāo) 1.輸入輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)（輸出總點(diǎn)數(shù)（I/O點(diǎn)數(shù)）點(diǎn)數(shù)）2,程序存儲(chǔ)容量程序存儲(chǔ)容量 3.指令總數(shù)指令總數(shù) 4.掃描速度掃描速度 5.內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器 6.特殊功能模塊特殊功能模塊 PLC的控制功能是通過執(zhí)行程序來實(shí)的控制功能是通過執(zhí)行程序來實(shí)現(xiàn)的，

15、因此，用戶要根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)的現(xiàn)的，因此，用戶要根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)的需要編寫出相應(yīng)的程序。由于各廠家生產(chǎn)需要編寫出相應(yīng)的程序。由于各廠家生產(chǎn)的的PLC其硬件結(jié)構(gòu)不盡相同，所以程序表其硬件結(jié)構(gòu)不盡相同，所以程序表達(dá)方式也有差異。現(xiàn)代達(dá)方式也有差異?，F(xiàn)代PLC一般都有多種一般都有多種編程語言供用戶選用，常用的有下面幾種。編程語言供用戶選用，常用的有下面幾種。2.4 PLC 的編程語言的編程語言 1.梯梯形形圖圖LAD（Ladder Diagram）是是一一種種圖圖形形語語言言，它它非非常常接接近近繼繼電電接接觸觸控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的電電氣氣控控制制原原理理圖圖。在在梯梯形形圖圖中中沿沿用用了了繼

16、繼電電器器、線線圈圈、常常開開觸觸點(diǎn)點(diǎn)、常常閉閉觸觸點(diǎn)點(diǎn)、串串聯(lián)聯(lián)、并并聯(lián)聯(lián)等等繼繼電電器器線線路路中中的的術(shù)術(shù)語語。梯梯形形圖圖直直觀觀、易易學(xué)學(xué)，是是目目前應(yīng)用最多的一種語言。前應(yīng)用最多的一種語言。2.語語句句表表STL(Staement List)又又叫叫指指令令表表IL(Insstruction List)，它它類類似似于于計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)匯匯編編語語言言。它它是是用用指指令令助助記記符符來來編編程程，屬屬于于面面向向機(jī)機(jī)器器硬硬件件的的語語言言。由由若若干干條條指指令令組組成成的的程程序序叫叫語語句表程序（或指令表程序）。句表程序（或指令表程序）。3.功能塊圖功能塊圖FBD(Functi

17、on block diagram)是一是一 種圖形編程語言，用規(guī)定的與、或、非等邏輯圖符種圖形編程語言，用規(guī)定的與、或、非等邏輯圖符號(hào)連接而成。功能圖塊中模塊之間的連接方式與電號(hào)連接而成。功能圖塊中模塊之間的連接方式與電路的連接方式大致相同。路的連接方式大致相同。4.順序功能圖順序功能圖SFC（Sequential function chart）又叫流程圖，它是用來描述控制系統(tǒng)的控制又叫流程圖，它是用來描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形。流程圖用約定的幾過程、功能和特性的一種圖形。流程圖用約定的幾何圖形、有向線和簡單的文字說明來描述。何圖形、有向線和簡單的文字說明來描述。5.高級(jí)語言

18、高級(jí)語言:近年來在近年來在PLC的編程中使用了高級(jí)的編程中使用了高級(jí)語言，如將語言，如將BASIC、Pascal、C、FORTRAN等用于等用于PLC的程序設(shè)計(jì)。另外，各廠家自行開發(fā)的高級(jí)編的程序設(shè)計(jì)。另外，各廠家自行開發(fā)的高級(jí)編程語言（或稱編程軟件）使用簡單方便，應(yīng)用日益程語言（或稱編程軟件）使用簡單方便，應(yīng)用日益廣泛。廣泛。PLC的處理過程和程序的執(zhí)行步驟。的處理過程和程序的執(zhí)行步驟。第第2章章小結(jié)小結(jié) (1)可可編編程程控控制制器器是是當(dāng)當(dāng)今今工工業(yè)業(yè)控控制制領(lǐng)領(lǐng)域域占占主主導(dǎo)導(dǎo)地地位位的的一一種種新新型型自自動(dòng)動(dòng)控控制制裝裝置置，微微電電子子技技術(shù)術(shù)和和計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展

19、是是PLC出出現(xiàn)現(xiàn)的的技技術(shù)術(shù)基基礎(chǔ)礎(chǔ)和和物物質(zhì)質(zhì)基基礎(chǔ)礎(chǔ)，GM10是是促促使使其其問問世世的的直直接接原原因因。目目前前，PLC正正向向著著標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化、小型化、大容量、高速度、多功能等方面發(fā)展。小型化、大容量、高速度、多功能等方面發(fā)展。(2)PLC專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有抗干擾能力專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、通用性好、功能強(qiáng)、編程簡單、使用強(qiáng)、可靠性高、通用性好、功能強(qiáng)、編程簡單、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于開關(guān)量控制、模擬量控維護(hù)方便等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)字控制及通信聯(lián)網(wǎng)等到領(lǐng)域。制、數(shù)字控制及通信聯(lián)網(wǎng)等到領(lǐng)域。(3)PLC按按結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式分分為為整整體體式式和和模模塊塊式式兩兩類類；按按功功能能和和I/O點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)可可分分為為低低檔檔機(jī)機(jī)（小小型型、超超小小型型）、中中檔檔機(jī)機(jī)（中中型型）、高高檔檔機(jī)機(jī)（大大型型、超超大大型型）三三類類。衡衡量量PLC性性能能的的指指標(biāo)標(biāo)主主要要有有：I/O總總點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)、用用戶戶程程序序存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量、指指令令總總數(shù)數(shù)、掃描速度、內(nèi)部寄存器配置及特殊功能模塊等。掃描速度、內(nèi)部寄存器配置及特殊功能模塊等。(4)PLC常用的編程語言有梯形圖、語句常用的編程語言有梯形圖、語句表、流程圖及高級(jí)語言等，其中梯形圖、語句表、流程圖及高級(jí)語言等，其中梯形圖、語句表最常用。表最常用。