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1、一、PLC的发展概况1、PLC的由来 在PLC问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差。如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这不仅影响了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费时和困难的。 1968年，美国通用汽车公司根据市场形式与生产发展需要，提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。为了尽可能地减少重新设计和重新接线的工作，从而减低成本、缩短周期，提
2、出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。通用汽车公司对该新型控制装置的研制提出了以下10项技术指标要求： 1.编程方便，现场可修改程序； 2.维修方便，采用模块化结构； 3.可靠性高于继电器控制装置； 4.体积小于继电器控制装置 5.数据可直接送入管理计算机； 6.成本可与继电器控制装置竞争； 7.可直接用115V交流输入； 8.输出为115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等； 9.通用性强、易于扩展； 10用户程序存储器容量可扩展到4KB。 这10项技术指标也是当今可编程控制器的最基本的功能。1969年，美国数字设备公司（DEC）就研制出了第一台PLC，将其应用于美国通用汽车
3、公司自动装配生产线上，并取得了极大的成功。w PLC的概念w 可编程序控制器是一种以微处理器为核心器件的逻辑和顺序控制装置。由于可编程序控制器在不断发展，对它下一个确切定义比较困难。目前公认的是1980年美国电气制造协会NEMA对他下的定义：w 可编程序控制器是一种数字式的垫子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计算、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。可编程序控制器最早出现于1969年，当时叫可编程序逻辑控制器，即PLC（Programmable Logic Controller)，1976年NEMA将其命名为可编程序控制器，缩写PC （Pr
4、ogrammable Controller)。由于可编程序控制器英文缩写PC和个人计算机英文缩写PC（Personal Computer）容易混淆，所以大家仍将可编程序控制器成为PLC。2、PLC的发展简史 PLC的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。从PLC的控制功能来分，PLC的发展经历了以下4个阶段： 第阶段，从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，是PLC的初创阶段 该阶段的PLC产品主要用于逻辑运算、定时和记数，它的C
5、PU由中小规模的数字集成电路组成，他的控制功能比较简单。该阶段的代表产品有MODICON公司的084、AB工地的PDQII、DEC的PDP-14和日立公司的SCY-022等。 第2阶段，从20世纪70年代中期到末期，是PLC的实用化发展阶段。 该时期的PLC产品的主要控制功能得到了较大的发展。随着多种8位微处理器的相继问世，PLC技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环调节功能，提高了运算速度，扩大了输入/输出规模。该阶段的代表产品有MODICON公司的184、284、384，西门子工地的SYMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列等。 第3阶段，从20世纪70年代末期
6、到80年代中期，是PLC通信功能的实现阶段。 与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信式的网络体系。但是，由于生产厂家各自为政，通信系统自成系统，因此各产品互相通信是较困难的。在该阶段，由于生产控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。该阶段的代表产品有富士电机公司的MI-CREX和德州仪器公司的TI530等。 第4阶段，从20世纪80年代中期开始，是PLC的开放阶段。 由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。主要表现为通信系统的开放，使各生产厂家的产品可以互相通信，通信
7、协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型产品多数CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等。该阶段的代表产品有西门子公司的SYMATIC SY5和S7系列和AB公司的PLC-5等。3、PLC的发展趋势 PLC从诞生至今，发展势头十分迅猛。如今在工业自动化领域中，PLC已经无处不在。随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能得到不断改进，生产厂家不断推出功能更强的PLC产品，平均3-5年更新换代一次。今后，PLC的发展可归纳为以下几个方面：1）小型化、专用化、低成本 微电子技术的发
8、展，新型器件被大幅度地提高功能和减低价格。PLC的功能不断增强，。PLC的结构更为紧凑、小巧，体积更小，而安装和操作使用十分简便。由于PLC中主要部件成本的不断下降，这样在大幅度提高PLC功能的同时，也大幅度降低了PLC的整体成本。价格的不断下降，使得PLC真正成为继电器控制系统的替代产品。2）系列化、标准化、模块化 每个生产PLC的厂家几乎都有自己的系列化产品，同一系列的产品指令及使用上兼容，以满足新机型的推广和使用。为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织不断为PLC的发展制定一些新的标准，对各种类型的产品作一定的归纳或定义，对PLC未来的发展制定一种方向。模块式结构使系统的构成更加灵活、
9、方便；功能明确化，专用化的复杂功能由专门模块来完成。一般的PLC可分为主模块、扩展模块、I/O模块以及各种高性能模块等，每种模块的体积都较小，相互连接方便，使用更简单，通用性更强。主机仅仅通过通信设备向模块发布命令和测试状态，这使得PLC的系列功能进一步增强，控制系统设计进一步简化。3）高速化、大容量和高性能 大型PLC采用多微处理器系统，如有的 采用32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，存储容量大大增加。PLC的功能进一步加强，以适应各种控制需要，使计算、处理功能进一步完善，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，PLC可以代替计算机进行管理、监控。智能I/O组件也将进一步
10、发展，用来完成各种专门的任务（如位置控制、PID调节、远程通信等）。 4）网络化 计算机与PLC之间，以及各个PLC之间的连网和通信能力的不断增强，使工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，使网络的应用有普遍化的趋势。工业中普遍采用金字塔结构的多极工业网络。与可编程控制器硬件技术的发展相适应，工业软件的发展非常迅速，它使系统应用更加简单易行，大大方便了PLC系统开发人员和操作使用人员。二、PLC的功能 随着计算机技术、工业控制技术、电子技术和通信技术的发展，PLC已从小规模的单机顺序控制，发展到包括工程控制、位置控制等场合的所有控制领域，能组成工厂自动化的PLC综合控制系
11、统。现在的PLC一般具有如下主要功能。1、开关量逻辑控制功能 这是PLC的最基本功能之一。逻辑控制功能实际上就是位处理功能，它是PLC的与、或、非指令取代继电器触点串联、并联和其他逻辑连接，实现开关控制、逻辑控制和顺序控制。它即可用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。PLC可根据操作按钮、限位开关及其他现场给出的指令信号或检测信号，控制机械运动不见进行相应的动作。2、定时/计数控制功能 定时/计数控制功能是指利用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数操作，以玉带时间继电器和计数继电器。定时器和计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使
12、用方便灵活。3、数据处理功能 数据处理是指PLC能进行数据传送、数据比较、数据位移、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT显示器、打印机相连，实现程序、数据的显示和打印。4、监控、故障诊断功能 PLC设置了较强的监控、故障诊断功能。利用编程器或监视器，操作人员可监视PLC各部分的运行状态和进程；也可以在线调整和修改控制程序中定时器、计数器的设定值或强制置I/O的状态。PLC可以对系统构成、某些硬件状态，指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如遇严重错误，则自动中止运行
13、。PLC的故障自诊断功能，大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。5、步进控制功能 步进控制功能是用步进指令来实现有多道加工工序的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。PLC为用户提供了多个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。PLC能通过移位寄存器方便地完成步进控制功能。有些PLC专门设有步进控制指令，使得编程更为方便。此功能在进行顺序控制时非常有效。6、A/D、D/A转换功能 有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。一般情况下，模拟量为420mA的电流，或15V、010
14、V的电压；数字量为8位或12位的二进制数。通过A/D、D/A转换功能，可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能，运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，可以实现对模拟量的闭环过程控制。7、停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持期间（如备用电池等），以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。利用某些记忆指令可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作状态基础上继续工作。8、远程I/O功能 远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各
15、种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接受输入信号、传出输出信号。9、通信联网功能 新一代的PLC具有通信功能。PLC但通信包括PLC相互、PLC与上位计算机间的通信，PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连接构成网络，从而实现信息的交换，也可构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统的发展要求。10、扩展功能 扩展功能是指通过连接I/O扩展单元模块来增加I/O点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC度控制功能。三、PLC的特点 PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特
16、点有点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它具有以下特点：1可靠性高，抗干扰能力强。 PLC是专门为工业环境而设计的，从硬件设计元件选择到工艺制作均极为严格，具有很多可靠性，且采用了一系列的抗干扰措施，如I/O电路中采用尖电隔离，常规模拟器滤波，软件数字滤波。内部采用电磁屏蔽措施，防止辐射干扰，采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号：有些模块还设置了连锁保护，自诊断电路等。 PLC采用周期循环扫描的工作方式，只有一小段时间进行I/O处理，也只有这一小段输入采样时间，干扰才会被引入PLC内部，因此，这种工作方式本身就有利于屏蔽干扰。 PLC是专门为工业环境而设计的，从硬件设计元件选择到工艺制作均极为严格，具有很多可靠性蔽干扰。 2 通用性好，I/O接口丰富。 PLC是一种通用工业控制装置，绝大多数PLC系统特别是模块式结构均是按用户需要配置，变更、扩展均很方便，有丰富的I/O接口模块以满足不同工业现场信号和不同的器件或设备的需要并直接连接。3编程简单，使用方便。 PLC有不同的编程语言以适应不同对象的需要，如梯形图就很容易被大多数人
