《plc原理与实践》第1章 PLC综述(Z)
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20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。超大规模集成电路使PLC完 全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提 高，增加了运动控制，PID控制。联网能力加强，PLC向标准化，系列化发 展。 20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器， 运算速度更快，具有大匹量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各 种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了 高级语言。 3）发展趋势 同计算机的发展类似，目前PLC正朝着两个方向发展。 第一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展 小型PLC可以广泛地取代继电器控制系统，用于单机控制和规模比较小 的自动化生产线控制。由于小型可编程序控制器体积小，很容易安装在电 器柜中，使电器柜布局简单、整洁、美观，特别便于维护。 由于小型PLC价格低廉，在设备的成本核算方面，也比较容易接受。
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型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求， 选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装 置。再者，PLC是利用应用程序实现控制的，在应用程序编制上有较大的 灵活性。在实现不同的控制任务时，PLC具有良好的通用性。相同硬件构 成的 PLC用不同的软件可以完或不同的控制任务。在被控对象的控制逻辑需 要改变时，利用PLC可以很方便地实现新的控制要求。 使用方便、维护简单 PLC控制的输入模块、输出模块、特殊功能模块都具有即插即卸功能， 连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不需要进行 电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和 驱动设备的标准信号。PLC的各个输入和输出模块与外部设备的连接十分 简单。 PLC的用户界面十分友好，给使用者带来很大的方便。PLC提供标准通 讯接口，可以方便地构成PLC-PLC网络或计算机-PLC网络。 PLC应用程序的编制和调试非常方便，PLC的基本编程语言有三种，其
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中梯形图语言，与继电器控制线路图很相似，即使没有计算机知识的人 也很容易掌握。 PLC具有监控功能。利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态、内部 数据进行监视或修改。PLC控制系统的维护非常简单。利用PLC的诊断功 能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以 排除。 2 PLC的发展 1）产生 1968年，通用汽车公司（GM）提出一种设想：把计算机的功能完善 、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜 等优点结合起来，制成一种通用控制装置。使不熟悉计算机的人也能方便 地使用，并提出十项招标指标。 美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功了第一台可编程序控制 器PDP—14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一
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台可编程序控制器CS-8。1973－1974年德国和法国也研制出了可编程序控 制器。1977年我国研制成功了自己的可编程序控制器。 由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻 辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。目前可编程序 控制器己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。这项 新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响。 2）发展 从第一台PLC诞生以来，PLC的发展经历了五个重要时期。 从1969年到20世纪70年代初期。CPU由小规模集成电路组成，存储器 为磁芯存储器，控制功能比较简单，仅仅是继电接触器的替代产品。 从20世纪70年代初期到20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储 器采用了半导体存储器，实现了模拟量控制，软件上开发自诊断程序， PLC的可靠性提高，产品实现了系列化，PLC的应用范围扩大。 从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。大规模集成电路推动了 PLC的发展。 CPU采用了8到16位微处理器，数据处理能力和速度提高， PLC开始具备了通讯能力，软件上开发了梯形图语言和语句表语言，发达 国家多种工业控制开始使用PLC。
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随着器件水平的提高，PLC的可靠性还在继续提高．尤其是近来开发出的 多机冗余系统和表决系统则更进一步增加了PLC的可靠性。PLC完善的自 诊断功能，保证了PLC控制系统的工作安全性。由于PLC是用存储在其内 部的程序来实现控制的，其控制程序的设计本身就从各个方面考虑了PLC 的工作的可靠性、安全性和稳定性。这又进一步加强了可编程序控制器 的可靠性。 环境适应性强 PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。电源瞬间 断电的情况下，仍可正常工作，具有很强的抗空间电磁干扰的能力，可以 抗峰值高达1000V、脉宽10微秒的矩形波空间电磁干扰，具有良好的抗振能 力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度-20℃~65℃、相 对湿度为35％~85％情况下可正常工作。 灵活通用 在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品已经 系列化，结构形式多种多样，在机型上有很大的选择余地。其次，同一机
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1.1 PLC的特点与发展 国际电工委员会（IEC）对可偏程序控制器即PLC作了如下的规定：“ 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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，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形成一个整体，易于扩充其功能的原则设 计。”这段话道出了可偏程序控制器的特点和应用领域。 1 PLC的特点 可靠性高 为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技 术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一 般是工业级，有的甚至是军用级，平均无故障时间很长。例如三菱Ｆ系列 PLC平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。可以毫不夸张地说，到 目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到PLC这样高的可靠性。
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第二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。 这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很 强的输入输出接口。逻辑运算和数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示 、计算机接口、数据传送等功能强大，通信设备完整、齐全，可以实现自动 化工厂的要求。
第1章 PLC概述
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1.1 PLC的特点与发展 1.2 PLC的分类 1.3 PLC的组成 1.4 PLC的工作原理 1.5 PLC的接口模块 1.6 PLC的系统配置 1.7 PLC的的通信网络 1.8 PLC的编程环境 1.9 PLC程序设计基础
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20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。超大规模集成电路使PLC完 全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提 高，增加了运动控制，PID控制。联网能力加强，PLC向标准化，系列化发 展。 20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器， 运算速度更快，具有大匹量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各 种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了 高级语言。 3）发展趋势 同计算机的发展类似，目前PLC正朝着两个方向发展。 第一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展 小型PLC可以广泛地取代继电器控制系统，用于单机控制和规模比较小 的自动化生产线控制。由于小型可编程序控制器体积小，很容易安装在电 器柜中，使电器柜布局简单、整洁、美观，特别便于维护。 由于小型PLC价格低廉，在设备的成本核算方面，也比较容易接受。
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型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求， 选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装 置。再者，PLC是利用应用程序实现控制的，在应用程序编制上有较大的 灵活性。在实现不同的控制任务时，PLC具有良好的通用性。相同硬件构 成的 PLC用不同的软件可以完或不同的控制任务。在被控对象的控制逻辑需 要改变时，利用PLC可以很方便地实现新的控制要求。 使用方便、维护简单 PLC控制的输入模块、输出模块、特殊功能模块都具有即插即卸功能， 连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不需要进行 电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和 驱动设备的标准信号。PLC的各个输入和输出模块与外部设备的连接十分 简单。 PLC的用户界面十分友好，给使用者带来很大的方便。PLC提供标准通 讯接口，可以方便地构成PLC-PLC网络或计算机-PLC网络。 PLC应用程序的编制和调试非常方便，PLC的基本编程语言有三种，其
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中梯形图语言，与继电器控制线路图很相似，即使没有计算机知识的人 也很容易掌握。 PLC具有监控功能。利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态、内部 数据进行监视或修改。PLC控制系统的维护非常简单。利用PLC的诊断功 能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以 排除。 2 PLC的发展 1）产生 1968年，通用汽车公司（GM）提出一种设想：把计算机的功能完善 、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜 等优点结合起来，制成一种通用控制装置。使不熟悉计算机的人也能方便 地使用，并提出十项招标指标。 美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成功了第一台可编程序控制 器PDP—14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一
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台可编程序控制器CS-8。1973－1974年德国和法国也研制出了可编程序控 制器。1977年我国研制成功了自己的可编程序控制器。 由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻 辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。目前可编程序 控制器己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。这项 新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响。 2）发展 从第一台PLC诞生以来，PLC的发展经历了五个重要时期。 从1969年到20世纪70年代初期。CPU由小规模集成电路组成，存储器 为磁芯存储器，控制功能比较简单，仅仅是继电接触器的替代产品。 从20世纪70年代初期到20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储 器采用了半导体存储器，实现了模拟量控制，软件上开发自诊断程序， PLC的可靠性提高，产品实现了系列化，PLC的应用范围扩大。 从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。大规模集成电路推动了 PLC的发展。 CPU采用了8到16位微处理器，数据处理能力和速度提高， PLC开始具备了通讯能力，软件上开发了梯形图语言和语句表语言，发达 国家多种工业控制开始使用PLC。
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随着器件水平的提高，PLC的可靠性还在继续提高．尤其是近来开发出的 多机冗余系统和表决系统则更进一步增加了PLC的可靠性。PLC完善的自 诊断功能，保证了PLC控制系统的工作安全性。由于PLC是用存储在其内 部的程序来实现控制的，其控制程序的设计本身就从各个方面考虑了PLC 的工作的可靠性、安全性和稳定性。这又进一步加强了可编程序控制器 的可靠性。 环境适应性强 PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。电源瞬间 断电的情况下，仍可正常工作，具有很强的抗空间电磁干扰的能力，可以 抗峰值高达1000V、脉宽10微秒的矩形波空间电磁干扰，具有良好的抗振能 力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度-20℃~65℃、相 对湿度为35％~85％情况下可正常工作。 灵活通用 在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品已经 系列化，结构形式多种多样，在机型上有很大的选择余地。其次，同一机
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1.1 PLC的特点与发展 国际电工委员会（IEC）对可偏程序控制器即PLC作了如下的规定：“ 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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序 控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，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形成一个整体，易于扩充其功能的原则设 计。”这段话道出了可偏程序控制器的特点和应用领域。 1 PLC的特点 可靠性高 为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技 术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一 般是工业级，有的甚至是军用级，平均无故障时间很长。例如三菱Ｆ系列 PLC平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。可以毫不夸张地说，到 目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到PLC这样高的可靠性。
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第二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。 这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很 强的输入输出接口。逻辑运算和数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示 、计算机接口、数据传送等功能强大，通信设备完整、齐全，可以实现自动 化工厂的要求。
第1章 PLC概述
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1.1 PLC的特点与发展 1.2 PLC的分类 1.3 PLC的组成 1.4 PLC的工作原理 1.5 PLC的接口模块 1.6 PLC的系统配置 1.7 PLC的的通信网络 1.8 PLC的编程环境 1.9 PLC程序设计基础