機(jī)械電子工控專業(yè)-PLC培訓(xùn)講義(一)從基礎(chǔ)學(xué)PLC
第一章可編程序控制器概述
1---1 可編程序控制器的歷史與發(fā)展
一. 可編程序控制器的歷史
60年代 繼電接觸控制系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單 易懂 價(jià)格便宜
缺點(diǎn)：硬設(shè)備多 接線復(fù)雜 改變?cè)O(shè)計(jì)困難。
? 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，提出了十條技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上公開招標(biāo)，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。
? （1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改和調(diào)試程序；
? （2）維護(hù)方便，各部件最好采用插件方式；
? （3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；
? （4）設(shè)備體積小于繼電器控制柜；
? （5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理汁算機(jī)；
? （6）在成本上可與繼電器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；
? （7）輸入可以是交流115v；
? （8）輸出為交流115v，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；
? （9）系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)只需作很小的改動(dòng)；
? （10）用戶程序存貯器容量至少能擴(kuò)展4K字節(jié)；
1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)的要求，研制出世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。
1980年美國電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡(jiǎn)稱 PC。
二. 可編程序控制器的發(fā)展
1969年美國研制出世界上第一臺(tái)PLC以后，日本、德國、法國等國相繼研制了各自的PLC。
70年代中期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化階段。
70年代末和 80年代初，PLC進(jìn)入了成熟階段。
1. PLC的國外狀況
美國PLC發(fā)展得最快：
? 1984年有48家，生產(chǎn)150多種PLC；
? 1987年有63家，生產(chǎn)243種PLC；
? 1996年有70余家，生產(chǎn)近300種PLC。
? 著名廠家有A—B（Allen－Bradley）艾倫一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FANUC公司，TI（TexasInstrument）德州儀器公司，WESTHOUSEElectric西屋電氣公司， IPM（International Parallel Machines）國際并行機(jī)器公司等。
歐洲PLC的廠家有60余家:
西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺(tái)PLC。
? 金鐘默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG，
? 法國的TE(Telemecanique）(施耐德）
? 瑞士的Selectron公司等。
1971年，日本從美國引進(jìn)PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺(tái)PLC。
日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家：
? 三菱電機(jī)(MITSUBISHI),歐姆龍(OMRON),
? 富士電機(jī)（Fuji Electric）,東芝（TOSHIBA）,
? 光洋（KOYO),松下電工（MEW）,
? 和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,
? 安川等公司。
2. PLC的國內(nèi)狀況
在中國，大約從1974、75年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開放剛起步的1979年，在當(dāng)時(shí)的機(jī)械部?jī)x表局的推動(dòng)下，開始從美國MODICON引進(jìn)起584的PLC，并首先在電站的輔機(jī)如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動(dòng)了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運(yùn)用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個(gè)項(xiàng)目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。
自1985年開始，小型PLC首先是日本三菱電機(jī)公司的MELSEC-F，通過非政府渠道進(jìn)入中國市場(chǎng)。不到三、四年時(shí)間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進(jìn)入中國市場(chǎng)，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。至今沒有很大改變。
由上簡(jiǎn)要回顧可知， PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，但并未建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。
應(yīng)指出的是：
在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)的能力，可以說與國際主流水平同步；
我國在 70年代末和 80年代初開始引進(jìn)PLC。我國早期獨(dú)立研制PLC的單位有：
? 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，
? 上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所，
? 大連組合機(jī)床研究所，
? 成都機(jī)床電器研究所，
? 中科院北京計(jì)算機(jī)所及自動(dòng)化所，
? 長春一汽，
? 上海起重電器廠，
? 上海香島機(jī)電公司，
? 上海自力電子設(shè)備廠等單位。
以上諸單位都沒有形成規(guī)模化生產(chǎn)。
遼寧無線電二廠引進(jìn)德國西門子技術(shù)生產(chǎn)PLC；
無錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)的 PLC;
中美合資的廈門 A—B公司生產(chǎn)的PLC；
上海香島機(jī)電公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的PLC;
上海OMRON公司;
西安Siemens公司等。
3. PLC的發(fā)展趨勢(shì)
? （1）向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)）；
? （2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（超大型和超小型）；
? （3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（硬件、軟件兼容的PLC）；
? （4）分散型、智能型、與現(xiàn)場(chǎng)總線兼容的I／0；
? （5）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力
? （6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMAC（open ModularArchitecture for Control）
4. PLC著名品牌
根據(jù)美國 Automation Research Co．（ARC）的商情調(diào)查，在1994年PLC市場(chǎng)上，最大的5家PLC制造商是:
SIEMENS，
Allen－Bradly，（Rockwell)
AEG Schneider，
三菱電機(jī),
OMRON(立石電機(jī)）
（1996年中國PLC市場(chǎng)）
1---2 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
一、PLC的定義
? 國際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(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)算等操作的命令，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?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。
二、PLC的分類
（1）按 I／O點(diǎn)數(shù)分類
? I／O點(diǎn)數(shù)小于 32為微型PLC；
? I／O點(diǎn)數(shù)在32～128為微小型PLC；
? I／O點(diǎn)數(shù)在128～256為小型PLC；
? I／O點(diǎn)九在256～1024為中型PLC；
? I／O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；
? I／O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。
以上劃分不包括模擬量I／0點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。
（2）按結(jié)構(gòu)形式分類
? 整體式PLC： 又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I／0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。
? 模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如 CPU模塊、I／0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。
? 有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。
三、PLC的主要技術(shù)指標(biāo)
（1）輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)：輸入開關(guān)信號(hào)和輸出開關(guān)信號(hào)的總和。
（2）用戶程序存儲(chǔ)器容量：該存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。中、小型PLC的存儲(chǔ)容量一般在8K以下，大型PLC的存儲(chǔ)容量可達(dá)256K~2M。
（3）掃描速度：PLC執(zhí)行程序的速度，以PLC掃描1K字用戶程序所需的時(shí)間來衡量，通常以ms/K字為單位。掃描速度越快越好。
（4）指令數(shù)量：衡量PLC編程能力強(qiáng)弱的指標(biāo)。指令數(shù)量越多，處理能力及控制能力就越強(qiáng)，就可以完成復(fù)雜的任務(wù)。
四、PLC的優(yōu)點(diǎn)
①可靠性高(平均無故障時(shí)間3--5萬小時(shí)）
②編程簡(jiǎn)單
③通用性強(qiáng)
④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便
五、PLC的缺點(diǎn)
主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。
? 編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
? SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在Windows平臺(tái)下，結(jié)合IEC1131－3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC。
1---3 可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)
一、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
? PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng) 用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明， 80 ％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。
在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。
二、PLC的發(fā)展趨勢(shì)
? （1）向高速度、大存儲(chǔ)容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)）；
? （2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（超大型和超小型）；
? （3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化（硬件、軟件兼容的PLC）；
? （4）分散型、智能型、與現(xiàn)場(chǎng)總線兼容的I／0；
? （5）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力；
? （6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)OMAC（open ModularArchitecture for Control）；
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