可编程控制器是什么

可编程控制器简称--PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C(Computer,Control,Communication)技术相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。长期以来，plc始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与dcs和工业pc形成了三足鼎立之势。同时，plc也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业pc所带来的冲击。目前，全世界plc生产厂家约200家，生产300多种产品。国内plc市场仍以国外产品为主，如siemens、modicon、a-b、omron、三菱、ge的产品。经过多年的发展，国内plc生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说plc在我国尚未形成制造产业化。在plc应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年plc的国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国plc需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币。plc市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照automation research corp的预测，尽管全球经济下滑，plc市场将会复苏，估计全球plc市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。微型化、网络化、pc化和开放性是plc未来发展的主要方向。在基于plc自动化的早期，plc体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型plc（小于32 i/o）已经出现，价格只有几百欧元。随着软plc（soft plc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软plc组态软件和pc-based控制的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是ethernet技术的扩展，plc也不例外。现在越来越多的plc供应商开始提供ethernet接口。可以相信，plc将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业pc的控制系统。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制；运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合;过程控制:过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位 *** 作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制 *** 作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

PLC即可编程控制器，（Programmable logic Controller）,

是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算 *** 作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等 *** 作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

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PLC的特点

21可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

22配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

23易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

24系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

25体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

31开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

32模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

33运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

34过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

35数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位 *** 作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制 *** 作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

1、可靠性高，抗干扰能力强

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2、硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、容易改造

系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

5、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制器。

三菱FX系列PLC中ORB指令是回路块或指令，是纵向连接两个回路块的，如图里的红色竖线。将X0常开触点和X1常开触点组成的回路块与X2常开触点和X3常开触点组成回路块并联（即或运算）。

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综合习题 1 什么是可编程控制器？为什么它又简称为“PLC”？ 2 简述可编程序控制器的应用范围？ 3 可编程序控制器由哪几部分组成？各部分起什么作用？ 4 可编程序的等效电路由哪几部分组成 ？ 5 可编程序控制器的工作方式是什么？ 6 可编程序控制器的主要特点是什么？ 7 PLC 的基本结构由哪四个主要部分组成？画出示意图并简述各部分的功能。 8 为什么 PLC 输入、输出接口电路常采用光电耦合电路？PLC 输出处有哪三种输出方式？ 9 简述PLC 的工作方式，画出示意图。 10 PLC 有哪些常用的基本技术性能指标？ 11 PLC 有哪些主要功能？ 12 PLC 与继电器逻辑系统相比有哪些优点？ 13 PLC 与微机有哪些区别？ 14 PLC 如何分类？ 15 编程控制器有哪些方面的应用？ 16 详细说明 PLC 的工作原理？在扫描的过程中，输入映像寄存器和输出映像寄存器各起什么作用？ 17 简述可编程控制器的发展方向。 18 PLC常用的存储器有哪几种？各有什么特点？用户存储器主要用来存储什么信息？ 19 在选购PLC 时，你认为主要应注意哪些技术指标？ 20 什么是扫描周期？其时间长短主要是受什么因素的影响？ 21 什么是滞后现象？它主要是由什么原因引起的？ 22 什么是I/O 状态表，它的作用是什么？ 23 PLC 应用设计包括哪些内容？ 24 PLC 的输入方式有几类？试举例说明。 25 PLC 的I/O 电路中采用光电隔离的作用是什么？ 26 PLC 输出部件的输出级有哪几种常见的形式？ 27 PLC 由哪几部分组成？各有什么作用？ 28 试对可编程控制器、继电器控制系统、微机控制系统、单片机控制系统进行比较。能否用一直流输入单元来代替交流输入单元？若可能需要哪些辅助工作？ 29 试说明虚拟元件，软元件，软继电器，内部继电器，软连接的概念。 30 什么叫扫描周期？它主要受什么影响？ 31 FP 系列可编程序控制器可分为几大类几种型号的产品？ 32 通常PLC 根据I/O 点数进行分类，简要说明之。 33 简要说明FP1 系列PLC 的生产厂家及特点，指出FP1－C40 的I/O 点数及输入电压数值。 34 在 FP1-C40 型 PLC 的内部寄存器中（a）R0~R62F (b) R9000~R903F (c) DT9000~DT9069 哪一类是用户可占用的“软继电器”？ 35 FP 系列可编程序控制器三种分类是什么？ 36 FP1 的内部寄存器及I/O 配置如何？ 37 编程器有哪些类型类型？各有什么特点？ 38 可编程控制器一般是如何进行分类的？ 39 一台FP1C40 可编程序控制器最多可接多少个输入信号？最多可带多少个负载？ 40 继电器输入单元与24 伏直流输出单元有什么区别？ 41 什么叫主令元件和主令信号？ 42 画出PLC 梯形图程序中代表下列器件的图形符号。 （1）动合触点X0； （2）动断触点X1； （3）输出线圈Y2。 43 PLC 的编程语言有哪几种？ 44 根据下列语句表画出对应梯形图。 45 功能指令有几大类？每一类有几条 46 写出20 条基本指令的助记符。 47 细说明MC、MCE 指令的助记符。 48 主控指令与转移指令有何区别？各用在什么情况下？ 49 数据处理类指令有那几条？在设计编码是有什么特点？ 50 为保证断电后输出线圈Y0 和Y1 能保持断电前的状态， KEEP 指令编制梯形图及相应的程序。 51 定时器和计数器的自复位（用本身的触点信复位）是怎样实现的？ 52 在顺序控制中系统的一般（除初始步之外）被触发的条件是什么？ 53 可编程控制器编程的基本原则是什么？ 54 编程技巧有哪些？ 55 什么PLC 中的触点可以无限次的使用？ 56 在同一程序段中TIM和CNT 能否使用同一编号。 57 启动和复位电路是如何进行设计的？ 58 触发电路、二分频电路是如何计的？ 59 请设计出如下的PLC 程序。 1）延时接通电路; 2）延时断开电路; 3）长时间延时电路; 4）顺序延时接通电路; 5）顺序循环执行电路 60 设计出报警电路、扫描计数电路的的PLC 程序。 61 可编程控制器的系统设计方法如何？ 62 为两台异步电动机设计主电路和控制电路，其要求如下： ⑴ 两台电动机互不影响地独立 *** 作启动与停止； ⑵ 能同时控制两台电动机的停止； ⑶ 当其中任一台电动机发生过载时，两台电动机均停止。 63 试设计一小车运行的继电接触器控制线路，小车由三相异步电动机拖动，其动作程序如下： ⑴ 小车由原位开始前进，到终点后自动停止； ⑵ 在终点停留一段时间后自动返回原位停止； ⑶ 在前进或后退途中任意位置都能停止或启动。 64 PLC 维护的主要内容包括什么？ 65 怎样更换PLC 内备分电池？ 66 PLC 的安装环境有什么要求？ 67 可编程控制器具有哪些抗干扰措施？ 68 可编程控制器的选型要考虑哪些因素？ 69 PLC 控制系统抗干扰设计是怎样进行的？ 70 抗干扰采取的措施有哪些？ 71 步进指令，设计一个交通灯管理控制程序？ 72 步状态继电的作用是什么？表示步状态的方程式是怎样的？ 73 有三个主令开关X1，X2，X3，仅当依序发出响应时灯才亮，试设计其PLC 控制程序。 74 可编程控制器正式运行之前为何要进行试运行？试运行是按照怎样的顺序进行的？ 75 画出将下列程序段输入PC 和从PC 读出的 *** 作过程与显示内容。（P95 3） 76 说明I/O 监视、多点监视及通道监视三者的异同？ 77 对CNT/TIM来说，改变当前值和改变设定值两种 *** 作有什么不同？ 78 仿照8 位数相加的思想，编制1 个两个8 位数相减的梯形图程序 。 79 设计一个程序，将Y0 通道构成一个环行移位寄存器。 80 编写出两个计数器组来扩大计数器的梯形图，要求计数值为208000 次。 81 设计一台三相异步电动机正反转控制电路。 82 有一台电动机，要求按下启动按钮后，电动机运转 10 秒，停止 5 秒，重复三次，电动机自动停止，试画出梯形图。 83 电动葫芦启动机构的负载实验，控制要求如下： （1）手动上升和下降。 （2）自动运行是上升6 秒--停9 秒--下降6 秒--停9 秒，反复运行1 小时，然后出光报警信号，并停止运行。试用PC 实现控制要求，编出程序。 设计一个用PC 实现上述各要求的控制系统，并给出程序。 84 画出三相异步电动机既可点动又可连续运行的电气控制线路和PLC 梯形图程序。 85 画出三相异步电动机三地控制（即三地均可起动、停止）的电气控制线路。 86 两数相减之后得到绝对值，试编一段程序？

目前，PLC和种类很多，规格性能不一。对PLC的分类，通常可根据它的结构形式，容量或功能进行。

1按结构形式的分类

按照硬件的结构形式，PLC可分为：

整体式PLC：这种结构的PLC将电源，CPU,喷射器，输入/输出部件等集中配置在一起，装在一个箱体内，通常称为主机。整体式结构的PLC具有结构紧凑,卷板机，体积小，重量轻，价格较低等特点，但主机的I/O点数固定，使用上不太灵活。小型的PLC通常使用这种结构，适用于比较简单的控制场合。

模块式PLC：也称为积木式结构，即把PLC的各组成部分以模块的形式分开，如电源模块，CPU模块，输入模块，输出模块等，把这些模块插在底板上，组装在一个机架内。这种结构的PLC配置灵活，装配方便，便于扩展，但结构较复杂，价格较高。大型的PLC通常采用这种结构，适用于比较复杂的控制场合。

叠装式PLC：这是一种新的结构形式，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，如三菱公司的FX2系列PLC，它的基本单元，扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。它们不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装后组成一个整齐的长方体，输入输出点数的配置也相当灵活。

2按容量的分类

PLC的容量主要是指其输入/输出点数。按容量量大小，可将PLC分为：

小型PLC:I/O点数一般在256点以下；

中型PLC：I/O点数一般在256～1024点之间；

大型PLC：I/O点数在1024点以上。

3按功能的分类

按PLC功能上的强弱,玻璃管道，可分为：

低档机：具有逻辑运算，计时，计数等功能，有的有一定的算术运算，数据处理和传送等功能，可实现逻辑，顺序，计时计数等控制功能。

中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输出,剪板机，算术运算，数据传送等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务

高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号运算，矩阵运算等功能，使得运算能力更强，还具有模拟量调节，强大的联网通信等功能，能进行智能控制，远程控制，大规模控制，可构成分布式控制系统，实现工厂自动化管理。

当然，上述分类的标准不是固定的，而是随PLC整体性能的提高在不断变

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