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机械电子工控专业-PLC培训讲义(一)从基础学PLC
第一章可编程序控制器概述
1---1可编程序控制器的历史与发展
一. 可编程序控制器的历史
60年代 继电接触控制系统
优点：简单易懂价格便宜
缺点：硬设备多接线复杂改变设计困难。
•1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。
•（1）编程简单，可在现场修改和调试程序；
•（2）维护方便，各部件最好采用插件方式；
•（3）可靠性高于继电器控制系统；
•（4）设备体积小于继电器控制柜；
•（5）可将数据直接送入管理汁算机；
•（6）在成本上可与继电器控制系统竞争；
•（7）输入可以是交流115v；
•（8）输出为交流115v，2A以上，能直接驱动电磁阀等；
•（9）系统扩展时原系统只需作很小的改动；
•（10）用户程序存贮器容量至少能扩展4K字节；
1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。
1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（ProgrammableController），简称 PC。
二. 可编程序控制器的发展
1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。
70年代中期，PLC进入了实用化阶段。
70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。
1.PLC的国外状况
美国PLC发展得最快：
•1984年有48家，生产150多种PLC；
•1987年有63家，生产243种PLC；
•1996年有70余家，生产近300种PLC。
•著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FANUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器公司，WESTHOUSEElectric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。
欧洲PLC的厂家有60余家:
西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。
•金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh），AEG，
•法国的TE(Telemecanique）(施耐德）
•瑞士的Selectron公司等。
1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。
日本生产PLC的厂家有40余家：
•三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON),
•富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA）,
•光洋（KOYO),松下电工（MEW）,
•和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,
•安川等公司。
2.PLC的国内状况
在中国，大约从1974、75年在北京和上海开始开发采用位片式微处理芯片的可编程顺序控制器，并有所应用。但一直未能形成批量生产。在改革开放刚起步的1979年，在当时的机械部仪表局的推动下，开始从美国MODICON引进起584的PLC，并首先在电站的辅机如输煤、除灰除渣、水处理系统以及水泥厂等控制系统中成功应用，从而大大推动了PLC在我国工业的大规模运用。遗憾的是，花了很大一笔外汇的这个项目并不曾形成良性的有后续的发展。
自1985年开始，小型PLC首先是日本三菱电机公司的MELSEC-F，通过非政府渠道进入中国市场。不到三、四年时间，小型PLC就形成了大面积的推广应用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌开始大举进入中国市场，占据中、大型的PLC的较大份额。1995年后形成了大型PLC以欧美为主、中型PLC欧美和日本平分秋色、小型PLC则以日本为主、Siemens也步步紧逼的格局。至今没有很大改变。
由上简要回顾可知， PLC在中国已经形成了规模巨大的应用市场，但并未建立批量生产、有持续开发发展能力的PLC制造业。
应指出的是：
在国内，PLC的应用水平还是不低的，自主设计、系统集成和现场投运的能力，可以说与国际主流水平同步；
我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：
•北京机械工业自动化研究所，
•上海工业自动化仪表研究所，
•大连组合机床研究所，
•成都机床电器研究所，
•中科院北京计算机所及自动化所，
•长春一汽，
•上海起重电器厂，
•上海香岛机电公司，
•上海自力电子设备厂等单位。
以上诸单位都没有形成规模化生产。
辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；
无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;
中美合资的厦门 A—B公司生产的PLC；
上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;
上海OMRON公司;
西安Siemens公司等。
3.PLC的发展趋势
•（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）；
•（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）；
•（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）；
•（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0；
•（5）加强联网和通信的能力
•（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open ModularArchitecture for Control）
4.PLC著名品牌
根据美国 Automation Research Co．（ARC）的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:
SIEMENS，
Allen－Bradly，（Rockwell)
AEG Schneider，
三菱电机,
OMRON(立石电机）
（1996年中国PLC市场）
1---2可编程序控制器的基本结构及特点
一、PLC的定义
•国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。
二、PLC的分类
（1）按 I／O点数分类
•I／O点数小于 32为微型PLC；
•I／O点数在32～128为微小型PLC；
•I／O点数在128～256为小型PLC；
•I／O点九在256～1024为中型PLC；
•I／O点数大于1024为大型PLC；
•I／O点数在4000以上为超大型PLC。
以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。
（2）按结构形式分类
•整体式PLC： 又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。
•模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。
•有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。
三、PLC的主要技术指标
（1）输入输出(I/O)点数：输入开关信号和输出开关信号的总和。
（2）用户程序存储器容量：该存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。中、小型PLC的存储容量一般在8K以下，大型PLC的存储容量可达256K~2M。
（3）扫描速度：PLC执行程序的速度，以PLC扫描1K字用户程序所需的时间来衡量，通常以ms/K字为单位。扫描速度越快越好。
（4）指令数量：衡量PLC编程能力强弱的指标。指令数量越多，处理能力及控制能力就越强，就可以完成复杂的任务。
四、PLC的优点
①可靠性高(平均无故障时间3--5万小时）
②编程简单
③通用性强
④体积小、结构紧凑、安装、维护方便
五、PLC的缺点
主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。
•编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
•SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。
1---3可编程序控制器的应用领域和发展趋势
一、PLC的应用领域
•PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明， 80 ％以上的工业控制可以使用PLC来完成。
在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。
二、PLC的发展趋势
•（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）；
•（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）；
•（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）；
•（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0；
•（5）加强联网和通信的能力；
•（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open ModularArchitecture for Control）；
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