機械電子工控專業(yè)-PLC培訓講義(一)從基礎學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
優(yōu)點：簡單 易懂 價格便宜
缺點：硬設備多 接線復雜 改變設計困難。
? 1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應汽車型號不斷更新的需要，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用程序控制器，提出了十條技術指標在社會上公開招標，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。
? （1）編程簡單，可在現場修改和調試程序；
? （2）維護方便，各部件最好采用插件方式；
? （3）可靠性高于繼電器控制系統；
? （4）設備體積小于繼電器控制柜；
? （5）可將數據直接送入管理汁算機；
? （6）在成本上可與繼電器控制系統競爭；
? （7）輸入可以是交流115v；
? （8）輸出為交流115v，2A以上，能直接驅動電磁閥等；
? （9）系統擴展時原系統只需作很小的改動；
? （10）用戶程序存貯器容量至少能擴展4K字節(jié)；
1969年美國數字設備公司（DEC）根據招標的要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車生產線上首次應用成功。
1980年美國電氣制造商協會（NEMA）正式將其命名為可編程序控制器（ProgrammableController），簡稱 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進入了實用化階段。
70年代末和 80年代初，PLC進入了成熟階段。
1. PLC的國外狀況
美國PLC發(fā)展得最快：
? 1984年有48家，生產150多種PLC；
? 1987年有63家，生產243種PLC；
? 1996年有70余家，生產近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PLC技術，由日立公司研制成功日本第一臺PLC。
日本生產PLC的廠家有40余家：
? 三菱電機(MITSUBISHI),歐姆龍(OMRON),
? 富士電機（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，并有所應用。但一直未能形成批量生產。在改革開放剛起步的1979年，在當時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進起584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統以及水泥廠等控制系統中成功應用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項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公司的MELSEC-F，通過非政府渠道進入中國市場。不到三、四年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進入中國市場，占據中、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。
由上簡要回顧可知， PLC在中國已經形成了規(guī)模巨大的應用市場，但并未建立批量生產、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。
應指出的是：
在國內，PLC的應用水平還是不低的，自主設計、系統集成和現場投運的能力，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PLC。我國早期獨立研制PLC的單位有：
? 北京機械工業(yè)自動化研究所，
? 上海工業(yè)自動化儀表研究所，
? 大連組合機床研究所，
? 成都機床電器研究所，
? 中科院北京計算機所及自動化所，
? 長春一汽，
? 上海起重電器廠，
? 上海香島機電公司，
? 上海自力電子設備廠等單位。
以上諸單位都沒有形成規(guī)模化生產。
遼寧無線電二廠引進德國西門子技術生產PLC；
無錫電器和日本光洋合資生產的 PLC;
中美合資的廈門 A—B公司生產的PLC；
上海香島機電公司引進技術生產的PLC;
上海OMRON公司;
西安Siemens公司等。
3. PLC的發(fā)展趨勢
? （1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級；內存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）產品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）；
? （4）分散型、智能型、與現場總線兼容的I／0；
? （5）加強聯網和通信的能力
? （6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（open ModularArchitecture for Control）
4. PLC著名品牌
根據美國 Automation Research Co．（ARC）的商情調查，在1994年PLC市場上，最大的5家PLC制造商是:
SIEMENS，
Allen－Bradly，（Rockwell)
AEG Schneider，
三菱電機,
OMRON(立石電機）
（1996年中國PLC市場）
1---2 可編程序控制器的基本結構及特點
一、PLC的定義
? 國際電工委員會（ IEC）于 1982年11月和 1985年1月對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字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統聯成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。
二、PLC的分類
（1）按 I／O點數分類
? I／O點數小于 32為微型PLC；
? I／O點數在32～128為微小型PLC；
? I／O點數在128～256為小型PLC；
? I／O點九在256～1024為中型PLC；
? I／O點數大于1024為大型PLC；
? I／O點數在4000以上為超大型PLC。
以上劃分不包括模擬量I／0點數，且劃分界限不是固定不變的。
（2）按結構形式分類
? 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機箱內。一般小型PLC采用這種結構。
? 模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，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采用模塊式結構，有的小型PLC也采用這種結構。
? 有的PLC將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式PLC。
三、PLC的主要技術指標
（1）輸入輸出(I/O)點數：輸入開關信號和輸出開關信號的總和。
（2）用戶程序存儲器容量：該存儲器的容量大，可以編制出復雜的程序。中、小型PLC的存儲容量一般在8K以下，大型PLC的存儲容量可達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）指令數量：衡量PLC編程能力強弱的指標。指令數量越多，處理能力及控制能力就越強，就可以完成復雜的任務。
四、PLC的優(yōu)點
①可靠性高(平均無故障時間3--5萬小時）
②編程簡單
③通用性強
④體積小、結構緊湊、安裝、維護方便
五、PLC的缺點
主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網絡及協議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。
? 編程語言雖多數是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
? SIEMENS等公司已經開發(fā)出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC1131－3國際標準的新一代開放體系結構的PLC。
1---3 可編程序控制器的應用領域和發(fā)展趨勢
一、PLC的應用領域
? PLC在工業(yè)自動化中起著舉足輕重的作用，在國內外已廣泛應 用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經驗表明， 80 ％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。
在日本，凡8個以上中間繼電器組成的控制系統都已采用PLC來取代。
二、PLC的發(fā)展趨勢
? （1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級；內存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）產品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）；
? （4）分散型、智能型、與現場總線兼容的I／0；
? （5）加強聯網和通信的能力；
? （6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（open ModularArchitecture for Control）；
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