PLC第三章可编程控制器概述
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场仪表（现场测控站）的3级结构。 ⑵ PLC 最初，PLC是为了取代传统的继电器控制系
统而开发的，所以它最适合在以开关量为主的系统中使 用。由于计算机技术和通信技术的飞速发展，使得大型 PLC的功能极大地增强，以至于它后来能完成DCS的功 能。另外加上它的价格优势，所以在
许多过程控制系统中PLC也得到了广泛的应用。大型PLC构成 的过程控制系统的要点是：
如果从同一个起跑线出发，不论从硬件还是从软件方面的学习看，单片机远 比PLC需要的知识多，学习的内容也多，难度也大。 6、就业方向 有一些智能仪器仪表厂，开发智能控制器和智能装置的公司、进行控制产品 底层开发的公司等单位，对单片机（或嵌入式系统、DSP等）方面的技术人 才有较大的需求；在一般的厂矿企业、制造业生产流水线、流程工业、自动 化系统集成公司等单位，对PLC（或DCS、FCS等）方面的人才有较大需求。
设计开发一个PLC控制系统，需要设计硬件系统，购置PLC和相关模块，进 行外围电气电路设计和连接，不必操心PLC内部的计算机系统（单片机系统） 是否可靠和它们的抗干扰能力，这些工作厂家已为用户做好，所以硬件工作 量不大。软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时， 因为有很好的工程工具（软件和计算机）帮助，所以也非常容易。 4、使用成本 因为使用的场合和对象完全不同，所以这两者之间的成本没有可比性。但如 果硬要对同样的工业控制项目（仅限于小型系统或装置）使用这两种系统进 行一个比较，可以得出如下结论：从使用的元器件总成本看，PLC控制系统 要比完成同样任务的单片机控制系统成本高得多； 如果这样的项目就有一个或不多的几个，则使用PLC控制系统其成本不一定 比使用单片机系统高，因为设计单片机控制系统要进行反复的硬件设计、制 版、调试，其硬件成本也不低，因而其工作量成本非常高。做好的系统其可 靠性（和大公司的PLC产品相比）也不一定能保证，所以日后的维护成本也 会相应提高。
随着微处理器和微型计算机技术的发展，PLC技术 迅猛发展，已不仅具有逻辑操作功能。
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义 可编程控制器的名称说明
1980年美国电气制造商协会NEMA正式命名： Programmable Controller 可编程控制器，为区别于 Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。 现在PLC是指可编程控制器Programmable Controller， 而不是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。
第五节 跟其他控制系统比较
3.5.2 与IPC控制系统的区别
（1）对低端应用，PLC具有极大的性能价格比优势 。
（2）PLC的可靠性无可比拟，故障停机时间最少。 基于Windows NT/2000/XP操作系统的IPC控制系统 ，在实时任务处理、长期稳定运行、抗病毒和恶意攻 击等方面还存在较多的问题。IPC控制系统在可靠性 和安全性等方面还未获得广泛的认同。
“80-20”原则，基于PC
第三节 可编程序控制器的应用领域
① 单机电气控制系统 ② 制造业自动化 ③ 运动控制 ④ 过程工业自动化
第四节 可编程序控制器的特点
① 抗干扰能力强，可靠性高 ② 控制系统结构简单，通用性强 ③ 编程方便,易于使用 ④ 功能强大，成本低 ⑤ 设计、施工、生产调试的周期短 ⑥ 维护方便
① 从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS，
③ 可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC 网络；也可用多台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成 PLC网络。
⑶ FCS 现场总线技术以其彻底的开放性、全数字化信号系统 和高性能的通信系统给工业自动化领域带来了“革命性”的冲 击，其核心是总线协议，基础是数字化智能现场设备，本质是 信息处理现场化。FCS的要点是：
1） 编程简单、现场可 修改程序； 2）维护方便、采用插 件式结构； 3）可靠性高于继电器 控制系统； 4）体积小于继电器控 制系统； 5）数据可以直接送入 计算机；
6）成本可与继电器系 统竞争； 7）输入可为市电； 8）输出可为市电，能 直接驱动电磁阀、交 流接触器等； 9）通用性强、易于扩 展； 10）用户存储器大于 4K。
90年代，迅速发展的各种网络和现场总线技术被广泛地 集成在可编程控制器系统中，可编程控制器及其相关系统 为工厂自动化提供一种全集成自动化TIA的解决方案。
第二节 可编程序控制器的发展
二、发展趋势
① 向小型化、专用化、低成本方向发展 ② 向大容量、高速度、信息化方向发展 ③ 智能化模块的发展 ④ 人机界面的发展 ⑤ 在过程控制领域使用以及PLC的冗余特性 ⑥ 开放性和标准化 ⑦ 通讯联网功能的增强和易用性 ⑧ 软PLC ⑨ PAC（Programmable Automation Controller）,
如果这样的控制系统是一个有批量的任务，即做一大批，这时使用单片机进 行控制系统开发是比较合适的。 但是，在工业控制项目中，绝大部分场合还是使用PLC控制系统为好。
5、学习的难易程度 学习单片机要学习的知识很多。首先是必须具备较好的电子技术基础和计算 机控制基础及接口技术知识，要学习印刷电路板设计及制作，要学习汇编语 言和调试，还需要对底层的硬件和软件的配合有足够的了解。 学习PLC要具备传统的电气控制技术知识，要学习PLC的工作原理，对其硬 件系统组成及使用有一定了解，要学习以梯形图为主的工业编程语言。
③ 整个系统为树状拓扑结构和并行连线的链路结构， 从控制站到现场设备之间有大量的信号电缆；
④ 信号系统为模拟信号、数字信号的混合； ⑤ 设备信号到I/O板一对一物理连接，然后由控制站挂
接到局域网LAN； ⑥ 可以做成很完善的冗余系统； ⑦ DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现
第三章 可编程序控制器
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
一 、PLC 产生
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据GM十条研 制出第一台可编程控制器（PLC）。
早期的PLC主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。 因此，被称为可编程逻辑控制器(Programmable logic controller，略写 PLC )。
（3）PLC是专为工厂现场应用环境设计的，结构上 采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、 机架、插座的制造和安装，均采取了严密的措施。
工控机的外部I/O接线一般都采用多芯扁平电缆和插头 、插座从印刷电路板上引出，不如PLC的接线端子那 样方便可靠。
（4）PLC使用专门为工业控制设计的各种编程语言， 这些语言简单易学。工控机如果用VB、VC等语言来 编程，需要花更多的学习时间，编程的效率也没有 PLC高。如果使用Windows 操作系统，其稳定性远不 如PLC，时间控制的精度也较差。
可编程控制器原理与应用
第三章 可编程序控制器概述
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
一 、PLC 产生
20世纪60年代，计算机价格昂贵，抗干扰性差， 工业控制仍然以继电—接触器控制为主。
1968年，美最大的汽车制造商——通用汽车制造 公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图 寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新 设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少 时间，降低成本。提出GM十条招标
第二节 可编程序控制器的发展
一、历史
1968年GM公开招标， 1969年DEC公司推出了世界上第 一台可编程序控制器。
70年代中期，美日一些厂家将微处理器引入可编程控制 器，从而彻底打破了可编程控制器作为继电控制系统替代 品的框框。
70年代末期到80年代初，为解决各厂家的可编程控制器 系统各自为政、无法互联的局面，GM开始制订 MAP(Manufacturing Automation Protocol)，可编程 控制器网络走上标准化道路。
第五节 跟其他控制系统比较
3.5.1 与继电器控制系统的区别 1. 控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬连线逻辑；PLC采用存储器逻辑，也称“
软连线”逻辑。
2. 工作方式 继电器控制线路属并行工作方式；PLC属串行工作方式。 3. 可靠性和可维护性
继电器控制线路使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可 维护性差；PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电 路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。
① 它可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统 中使用，也可以用于机械制造业、楼宇控制系统中，应用范围
非常广泛； ② 现场设备高度智能化，提供全数字信号； ③ 一条总线连接所有的设备； ④ 系统通信是互联的、双向的、开放的，系统是多变
量、多节点、串行的数字系统； ⑤ 控制功能彻底分散。 2、目前PLC、DCS和FCS系统之间的融合 每种控制系统都有它的特色和长处，在一定时期内，它
工控机可以用组态软件来编程，但是每套软件只能用 于一个控制系统，需要的软件费用较高。
（5）与PC机发展太快相比，PLC产品可以长期供货 ，并提供长期的技术支持。
3.5.4 与DCS、FCS控制系统的区别 1、三大系统的要点 PLC、DCS、FCS是目前工业自动化领域所使用的 三大控制系统，下面简单介绍一下各自的特点，然 后再介绍一下它们之间的融合。 ⑴ DCS 集散控制系统（DCS Distributed Control System）是集4C（Communication, Computer, Control, CRT）技术于一身的监控系统。 它主要用于大规模的连续过程控制系统中，如石化、 电力等，在20世纪70年代末占据主导地位。其核心 是通信，即数据公路。它的基本要点是： ① 从上到下的树状大系统，其中通信是关键； ② 控制站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备；
1、本质区别 单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板极或模块级的
系统。其实PLC本身就是一个单片机系统，它是已经开发好的单片机产品。 开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在成品的单片机 控制系统上进行的二次开发。 2、使用场合 单片机控制系统适合于在家电产品（如冰箱、空调、洗衣机、吸尘器等）、智 能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用。 PLC控制系统适合于在单机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过 程控制中使用。 3、使用过程 设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印 刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行 抗干扰设计和测试等大量的工作；需要使用专门的开发装置和低级编程语言 编制控制程序，进行系统联调。
4. 控制速度 继电器控制线路控制速度低；PLC控制速度高。 5. 定时控制 继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度低；PLC利
用定时器进行时间控制，精度高，定时范围大。
6. 设计和施工 继电器控制逻辑周期长；PLC周期短。
第五节 跟其他控制系统比较
与单片机控制系统的区别
可编程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。
1-8
国际市场上流行的PLC厂家:
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的： （1）美国：AB通用电气、莫迪康公司； （2）德国：西门子公司; （3）日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工； （4）法国：TE 施耐德公司； （5）韩国：三星、LG公司等。
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
二、可编程控制器的定义
国际电工委员会(IEC)在可编程控制器标准IEC1131中做了 如下定义：
可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专门为在工业 环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的 面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械和生产过程。
统而开发的，所以它最适合在以开关量为主的系统中使 用。由于计算机技术和通信技术的飞速发展，使得大型 PLC的功能极大地增强，以至于它后来能完成DCS的功 能。另外加上它的价格优势，所以在
许多过程控制系统中PLC也得到了广泛的应用。大型PLC构成 的过程控制系统的要点是：
如果从同一个起跑线出发，不论从硬件还是从软件方面的学习看，单片机远 比PLC需要的知识多，学习的内容也多，难度也大。 6、就业方向 有一些智能仪器仪表厂，开发智能控制器和智能装置的公司、进行控制产品 底层开发的公司等单位，对单片机（或嵌入式系统、DSP等）方面的技术人 才有较大的需求；在一般的厂矿企业、制造业生产流水线、流程工业、自动 化系统集成公司等单位，对PLC（或DCS、FCS等）方面的人才有较大需求。
设计开发一个PLC控制系统，需要设计硬件系统，购置PLC和相关模块，进 行外围电气电路设计和连接，不必操心PLC内部的计算机系统（单片机系统） 是否可靠和它们的抗干扰能力，这些工作厂家已为用户做好，所以硬件工作 量不大。软件设计使用工业编程语言，相对来说比较简单。进行系统调试时， 因为有很好的工程工具（软件和计算机）帮助，所以也非常容易。 4、使用成本 因为使用的场合和对象完全不同，所以这两者之间的成本没有可比性。但如 果硬要对同样的工业控制项目（仅限于小型系统或装置）使用这两种系统进 行一个比较，可以得出如下结论：从使用的元器件总成本看，PLC控制系统 要比完成同样任务的单片机控制系统成本高得多； 如果这样的项目就有一个或不多的几个，则使用PLC控制系统其成本不一定 比使用单片机系统高，因为设计单片机控制系统要进行反复的硬件设计、制 版、调试，其硬件成本也不低，因而其工作量成本非常高。做好的系统其可 靠性（和大公司的PLC产品相比）也不一定能保证，所以日后的维护成本也 会相应提高。
随着微处理器和微型计算机技术的发展，PLC技术 迅猛发展，已不仅具有逻辑操作功能。
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义 可编程控制器的名称说明
1980年美国电气制造商协会NEMA正式命名： Programmable Controller 可编程控制器，为区别于 Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。 现在PLC是指可编程控制器Programmable Controller， 而不是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。
第五节 跟其他控制系统比较
3.5.2 与IPC控制系统的区别
（1）对低端应用，PLC具有极大的性能价格比优势 。
（2）PLC的可靠性无可比拟，故障停机时间最少。 基于Windows NT/2000/XP操作系统的IPC控制系统 ，在实时任务处理、长期稳定运行、抗病毒和恶意攻 击等方面还存在较多的问题。IPC控制系统在可靠性 和安全性等方面还未获得广泛的认同。
“80-20”原则，基于PC
第三节 可编程序控制器的应用领域
① 单机电气控制系统 ② 制造业自动化 ③ 运动控制 ④ 过程工业自动化
第四节 可编程序控制器的特点
① 抗干扰能力强，可靠性高 ② 控制系统结构简单，通用性强 ③ 编程方便,易于使用 ④ 功能强大，成本低 ⑤ 设计、施工、生产调试的周期短 ⑥ 维护方便
① 从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS，
③ 可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC 网络；也可用多台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成 PLC网络。
⑶ FCS 现场总线技术以其彻底的开放性、全数字化信号系统 和高性能的通信系统给工业自动化领域带来了“革命性”的冲 击，其核心是总线协议，基础是数字化智能现场设备，本质是 信息处理现场化。FCS的要点是：
1） 编程简单、现场可 修改程序； 2）维护方便、采用插 件式结构； 3）可靠性高于继电器 控制系统； 4）体积小于继电器控 制系统； 5）数据可以直接送入 计算机；
6）成本可与继电器系 统竞争； 7）输入可为市电； 8）输出可为市电，能 直接驱动电磁阀、交 流接触器等； 9）通用性强、易于扩 展； 10）用户存储器大于 4K。
90年代，迅速发展的各种网络和现场总线技术被广泛地 集成在可编程控制器系统中，可编程控制器及其相关系统 为工厂自动化提供一种全集成自动化TIA的解决方案。
第二节 可编程序控制器的发展
二、发展趋势
① 向小型化、专用化、低成本方向发展 ② 向大容量、高速度、信息化方向发展 ③ 智能化模块的发展 ④ 人机界面的发展 ⑤ 在过程控制领域使用以及PLC的冗余特性 ⑥ 开放性和标准化 ⑦ 通讯联网功能的增强和易用性 ⑧ 软PLC ⑨ PAC（Programmable Automation Controller）,
如果这样的控制系统是一个有批量的任务，即做一大批，这时使用单片机进 行控制系统开发是比较合适的。 但是，在工业控制项目中，绝大部分场合还是使用PLC控制系统为好。
5、学习的难易程度 学习单片机要学习的知识很多。首先是必须具备较好的电子技术基础和计算 机控制基础及接口技术知识，要学习印刷电路板设计及制作，要学习汇编语 言和调试，还需要对底层的硬件和软件的配合有足够的了解。 学习PLC要具备传统的电气控制技术知识，要学习PLC的工作原理，对其硬 件系统组成及使用有一定了解，要学习以梯形图为主的工业编程语言。
③ 整个系统为树状拓扑结构和并行连线的链路结构， 从控制站到现场设备之间有大量的信号电缆；
④ 信号系统为模拟信号、数字信号的混合； ⑤ 设备信号到I/O板一对一物理连接，然后由控制站挂
接到局域网LAN； ⑥ 可以做成很完善的冗余系统； ⑦ DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现
第三章 可编程序控制器
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
一 、PLC 产生
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据GM十条研 制出第一台可编程控制器（PLC）。
早期的PLC主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。 因此，被称为可编程逻辑控制器(Programmable logic controller，略写 PLC )。
（3）PLC是专为工厂现场应用环境设计的，结构上 采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、 机架、插座的制造和安装，均采取了严密的措施。
工控机的外部I/O接线一般都采用多芯扁平电缆和插头 、插座从印刷电路板上引出，不如PLC的接线端子那 样方便可靠。
（4）PLC使用专门为工业控制设计的各种编程语言， 这些语言简单易学。工控机如果用VB、VC等语言来 编程，需要花更多的学习时间，编程的效率也没有 PLC高。如果使用Windows 操作系统，其稳定性远不 如PLC，时间控制的精度也较差。
可编程控制器原理与应用
第三章 可编程序控制器概述
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
一 、PLC 产生
20世纪60年代，计算机价格昂贵，抗干扰性差， 工业控制仍然以继电—接触器控制为主。
1968年，美最大的汽车制造商——通用汽车制造 公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图 寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新 设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少 时间，降低成本。提出GM十条招标
第二节 可编程序控制器的发展
一、历史
1968年GM公开招标， 1969年DEC公司推出了世界上第 一台可编程序控制器。
70年代中期，美日一些厂家将微处理器引入可编程控制 器，从而彻底打破了可编程控制器作为继电控制系统替代 品的框框。
70年代末期到80年代初，为解决各厂家的可编程控制器 系统各自为政、无法互联的局面，GM开始制订 MAP(Manufacturing Automation Protocol)，可编程 控制器网络走上标准化道路。
第五节 跟其他控制系统比较
3.5.1 与继电器控制系统的区别 1. 控制逻辑 继电器控制逻辑采用硬连线逻辑；PLC采用存储器逻辑，也称“
软连线”逻辑。
2. 工作方式 继电器控制线路属并行工作方式；PLC属串行工作方式。 3. 可靠性和可维护性
继电器控制线路使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可 维护性差；PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电 路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。
① 它可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统 中使用，也可以用于机械制造业、楼宇控制系统中，应用范围
非常广泛； ② 现场设备高度智能化，提供全数字信号； ③ 一条总线连接所有的设备； ④ 系统通信是互联的、双向的、开放的，系统是多变
量、多节点、串行的数字系统； ⑤ 控制功能彻底分散。 2、目前PLC、DCS和FCS系统之间的融合 每种控制系统都有它的特色和长处，在一定时期内，它
工控机可以用组态软件来编程，但是每套软件只能用 于一个控制系统，需要的软件费用较高。
（5）与PC机发展太快相比，PLC产品可以长期供货 ，并提供长期的技术支持。
3.5.4 与DCS、FCS控制系统的区别 1、三大系统的要点 PLC、DCS、FCS是目前工业自动化领域所使用的 三大控制系统，下面简单介绍一下各自的特点，然 后再介绍一下它们之间的融合。 ⑴ DCS 集散控制系统（DCS Distributed Control System）是集4C（Communication, Computer, Control, CRT）技术于一身的监控系统。 它主要用于大规模的连续过程控制系统中，如石化、 电力等，在20世纪70年代末占据主导地位。其核心 是通信，即数据公路。它的基本要点是： ① 从上到下的树状大系统，其中通信是关键； ② 控制站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备；
1、本质区别 单片机控制系统是基于芯片级的系统，而PLC控制系统是基于板极或模块级的
系统。其实PLC本身就是一个单片机系统，它是已经开发好的单片机产品。 开发单片机控制系统属于底层开发，而设计PLC控制系统是在成品的单片机 控制系统上进行的二次开发。 2、使用场合 单片机控制系统适合于在家电产品（如冰箱、空调、洗衣机、吸尘器等）、智 能化的仪器仪表、玩具和批量生产的控制器产品等场合使用。 PLC控制系统适合于在单机电气控制系统、工业控制领域的制造业自动化和过 程控制中使用。 3、使用过程 设计开发一个单片机控制系统，需要先设计硬件系统，画硬件电路图，制作印 刷电路板，购置各种所需的电子元器件，焊接电路板，进行硬件调试，进行 抗干扰设计和测试等大量的工作；需要使用专门的开发装置和低级编程语言 编制控制程序，进行系统联调。
4. 控制速度 继电器控制线路控制速度低；PLC控制速度高。 5. 定时控制 继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度低；PLC利
用定时器进行时间控制，精度高，定时范围大。
6. 设计和施工 继电器控制逻辑周期长；PLC周期短。
第五节 跟其他控制系统比较
与单片机控制系统的区别
可编程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。
1-8
国际市场上流行的PLC厂家:
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的： （1）美国：AB通用电气、莫迪康公司； （2）德国：西门子公司; （3）日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工； （4）法国：TE 施耐德公司； （5）韩国：三星、LG公司等。
第一节 可编程序控制器系统的产生与定义
二、可编程控制器的定义
国际电工委员会(IEC)在可编程控制器标准IEC1131中做了 如下定义：
可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专门为在工业 环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的 面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械和生产过程。