1、可編程序控制器原理及應(yīng)用 （Principle and Application of Programmable Controllers）第0章 可編程控制器概述 第一節(jié) 課程簡介第二節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生 第三節(jié) 可編程控制器的特點 第四節(jié) 可編程控制器的分類 第五節(jié) 可編程控制器的應(yīng)用和發(fā)展 第一節(jié) 課程簡介課程名稱：可編程序控制器原理及應(yīng)用（Principle and Application of Programmable Controllers）學 分：3.0總 學 時： 48學時 ，其中，理論學時： 38學時；實驗學時：10學時適用專業(yè)：機械工程及自動化專業(yè)先修課程：模擬電子技術(shù)、數(shù)字

2、電子技術(shù)、單片機與嵌入式系統(tǒng)、計算機基礎(chǔ)、機電傳動控制等 第一節(jié) 課程簡介一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù) 性質(zhì)： 可編程序控制器原理及應(yīng)用課程是機械工程及自動化專業(yè)的專業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)課。是學生具備了必要的電氣控制原理、計算機原理等基礎(chǔ)知識后，學習的專業(yè)課程之一。目的：本課程強調(diào)實際操作技能、設(shè)計能力、獨立工作能力的培養(yǎng)；注重理論聯(lián)系實際，課堂教學與生產(chǎn)實際相結(jié)合；重視實驗、程序設(shè)計等教學環(huán)節(jié)。講授的內(nèi)容對學生畢業(yè)后從事實際控制工作具有重要的指導(dǎo)作用。任務(wù)：通過本課程的學習，使學生掌握PLC系統(tǒng)基本的設(shè)計方法，培養(yǎng)學生使用可編程控制器改造繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，維護與管理自動化生產(chǎn)線的基本能力，掌握可編

3、程控制器原理及在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對今后從事現(xiàn)代計算機控制技術(shù)集成的應(yīng)用與開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。第一節(jié) 課程簡介二、課程基本要求1、了解可編程序控制器的產(chǎn)生、特點、發(fā)展及應(yīng)用；2、掌握可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉硬件組成 和系統(tǒng)工作 ；3、掌握三菱FX系列PLC的編程元件、指令系統(tǒng)及應(yīng)用；4、掌握PLC程序設(shè)計方法和應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試；5、了解三菱FX系列PLC的特殊功能模塊；6、學會實際系統(tǒng)的設(shè)計原則和基本方法。第一節(jié) 課程簡介三、教學方法、手段說明 以課堂講授為主、輔以課堂設(shè)計、實驗、課堂討論和適量課后作業(yè)相結(jié)合進行該門課程的教學，使學生了解PLC的組成、工作原理，掌握PLC程

4、序設(shè)計及與生產(chǎn)實際相結(jié)合基本知識。 采用多媒體課件進行教學四、課程考核方式與要求 本門課采用閉卷考試，考試內(nèi)容為基礎(chǔ)知識及各章的重點內(nèi)容。 總評成績：實驗成績占總成績的1520%，平時成績占總成績的20%（作業(yè)、考勤），期末考試卷面成績占總成績的6560%。五、教材和參考書目教材：王庭有 等編著 可編程控制器原理及應(yīng)用（第2版） 國防工業(yè)出版社，2008.8第一節(jié) 課程簡介參考書目：1、可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 胡學林 編 高等教育出版社2、小型可編程控制器實用技術(shù)王 肇 義 編 機械工業(yè)出版社3、可編程控制器原理.應(yīng)用.實驗 常斗南 編 機械工業(yè)出版社4、可編程控制器原理與應(yīng)用 鐘 肇 新 編

5、華南理工大學出版社5、可編程控制器胡學林編 電子工業(yè)出版社6、可編程控制器應(yīng)用技術(shù)呂景泉六、課外學習要求課前預(yù)習、課后復(fù)習，積極查閱與課程相關(guān)的文獻資料。重視實驗第一節(jié) 課程簡介可編程序控制器原理及應(yīng)用課程，是一門實踐性很強的技術(shù)課程，它要求有較強的編程及操作能力。除38學時的理論教學，還安排了10學時的實驗， 學生經(jīng)過實驗訓(xùn)練應(yīng)達到以下目標：1、應(yīng)能對所選PLC機型相關(guān)的編程軟件熟練使用；2、應(yīng)掌握PLC輸入/輸出端子與控制對象的連接方式，以及PLC與外接電源的連接方式；3、應(yīng)學會PLC控制程序的調(diào)試、監(jiān)控方法。4、通過實驗訓(xùn)練，掌握PLC的基本編程技能和操作方法，為今后從事自動控制領(lǐng)域的相

6、關(guān)工作打下扎實的基礎(chǔ)。 第二節(jié) 可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程序邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國通用汽車公司,當時，根據(jù)汽車制造生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制柜，以減少汽車改型時，重新設(shè)計制造繼電器控制盤的成本和時間。通用汽車公司對新型控制器提出以下10點具體要求：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競爭；可將數(shù)據(jù)

7、直接送入計算機；可直接用115V交流輸入；輸出采用交流115V，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；通用性強，擴展時很方便；程序要能存儲，存儲器容量可擴展到4K字節(jié)。 這10點要求幾乎成為當時各自動化儀表廠商生產(chǎn)PLC的基本規(guī)范。概括起來，PLC的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點與繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，具體要求：1、控制器的硬件是標準的、通用的。2、根據(jù)實際應(yīng)用對象，可將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。3、控制器和被控對象連接方便。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器

8、作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。 國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設(shè)計。 可編程控制器對用

9、戶來說，是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。 第三節(jié) 可編程控制器的特點 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點?？煽啃愿?，抗干擾能力強：可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計的，除了對器件進行嚴格篩選外，在硬件和軟件兩個方面還采用了屏蔽、濾波、隔

10、離、故障論斷和自動恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，使其平均無故障時間達到(35)l04h以上。 編程直觀、簡單：可編程控制器是面向用戶、面向現(xiàn)場，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點，它沒有采用微機控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語言。梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學易懂。電氣工程師和具有一定知識的電工、工藝人員都可以在短時間內(nèi)學會，使用起來得心應(yīng)手。計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)之間的隔閡在可編程控制器上完全不存在。世界上許多國家的公司生產(chǎn)的可編程控制器把梯形圖語言作為第一用戶語言。 適應(yīng)性好：可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的

11、。當控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序即可。由于可編程控制器產(chǎn)品已標準化，系列化、模塊化，因此能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)，適應(yīng)能力非常強，故既可控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，又可控制個復(fù)雜的群控系統(tǒng)，既可以現(xiàn)場控制，又可以遠距離控制。 功能完善，接口功能強：目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸人輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高。接口功率驅(qū)動極大地方便了用戶，常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有110V、220V交流和5V、24V、48V直流等多種；負載能力可在(0.55A)的范圍內(nèi)變化；模

12、擬量的輸入輸出有+50mV、+l0V和(010)mA、(420)mA等多種規(guī)格?？梢院芊奖愕貙⒖删幊炭刂破髋c各種不同的現(xiàn)場控制設(shè)備順利連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。例如，輸入接口可直接與各種開關(guān)量和傳感器進行連接，輸出接口在多數(shù)情況下也可直接與各種傳統(tǒng)的繼電器、接觸器及電磁閥等相連接。 第四節(jié) 可編程控制器的分類 目前市場上能買到的PLC產(chǎn)品， 1、按I/O點數(shù)和存儲容量可分為1）小型PLC：小型PLC的I/O點數(shù)在256點以下， 存儲容量為2 k步， 具有邏輯控制、 定時、 計數(shù)等功能。 目前的小型PLC產(chǎn)品也具有算術(shù)運算、 數(shù)據(jù)通信和模擬量處理功能。2）中型PLC：中型PLC的I/O點數(shù)在25620

13、48點之間， 存儲容量為28 k步， 具有邏輯運算、 算術(shù)運算、 數(shù)據(jù)傳送、 中斷、 數(shù)據(jù)通信、 模擬量處理等功能， 用于多種開關(guān)量、 多通道模擬量或數(shù)字量與模擬量混合控制的復(fù)雜控制系統(tǒng)。第四節(jié) 可編程控制器的分類 3）大型PLC:大型PLC的I/O點數(shù)在2048點以上， 存儲容量達8 k步以上， 具有邏輯運算、 算術(shù)運算、 模擬量處理、 聯(lián)網(wǎng)通信、 監(jiān)視記錄、 打印等功能。 有中斷、 智能控制、 遠程控制能力， 可完成大規(guī)模的過程控制， 也可構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)， 完成整個工廠的網(wǎng)絡(luò)化自動控制。 2、可編程控制器按結(jié)構(gòu)形式分可分為1）整體式PLC：又稱單元式或箱體式。 整體式可編程控制器是將電

14、源、CPU、IO部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小價格低。 一般小型可編程控制器采用這種結(jié)構(gòu)，它由不同IO點數(shù)的基本單元和擴展單元組成。 基本單元內(nèi)有CPU、IO和電源， 擴展單元內(nèi)只有IO和電源。 基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。 整體式可編程控制器一般配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使機器的功能得以加強。 2）模塊式PLC：其結(jié)構(gòu)是將可編程控制器各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、IO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，模塊插在框架的插座上。 有的可編程控制器沒有框架，各種模塊安裝在底板上。 模塊式結(jié)構(gòu)，其配置靈活，

15、裝配方便，便于擴展和維修。 一般大中型PLC都采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型可編程控制器也采用這種結(jié)構(gòu)。 3）疊裝式PLC：有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式可編程控制器。 它除基本單元和擴展單元外，還有擴展模塊和特殊功能模塊，配置更加靈活。 基本單元型號表示方法：FX2NM 1 2 3 式中，1部分用兩位數(shù)表示輸入/輸出(I/O)的總點數(shù)：有16、24、32、48、64和80六種；2部分字符表示主/擴展機型： M表示主機，E表示該單元為擴展單元； PLC產(chǎn)品的擴展單元種類很多， 擴展單元的功能及與主機的配合細節(jié)可查閱有關(guān)手冊。 3部分用字符表示輸出類型：R表示繼電器觸點輸出，T表示晶體

16、管輸出，S表示雙向晶閘管輸出。 例如，F(xiàn)X2N-32MR 表示是FX2N系列的基本單元（主機），輸入/輸出(I/O)總點數(shù)為32點，其中16點為直流24 V輸入，16點為繼電器輸出。產(chǎn)品系列號第五節(jié) 可編程控制器的應(yīng)用和發(fā)展 可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝配、電力、輕紡等各行各業(yè)。目前典型的PLC功能有下面幾點：順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機、印刷機械、訂書機械，切紙機、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。 過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位、速度

17、、電流和電壓等，稱為模擬量?？删幊炭刂破饔蠥D和DA轉(zhuǎn)換模塊，這樣，可編程控制器可以對模擬量進行過程控制。 數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運算指令，可以很方便地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行處理。用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)采集和處理、監(jiān)控生產(chǎn)過程。 較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進電動機或伺服電動機，實現(xiàn)對各種機械的位置控制。通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打?。耗承┛刂葡到y(tǒng)需要多臺PLC連接起來使用或者由一臺計算機與多臺PLC組成分布式控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。 可編程控制器還可以連接顯示終端和打印機等外圍設(shè)備，從而實現(xiàn)顯示和打印功能。 可編程控制器的更新很快：可編程控制器的技術(shù)發(fā)展特點為高速度、大容量、系列化、模塊化、多品種?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z言、編程工具多樣化，通信聯(lián)網(wǎng)能力越來越強。習題及思考題 0-1 可編程控制器是怎樣誕生的?0-2 可編程控制器的定義是什么?為什么說可編程控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)?0-3 可編程控制器的特點是什么?0-4可編程控制器的規(guī)模一般是如何分類的?0-5 可編程控制器有哪幾方面的應(yīng)用? （5）梯形圖中，每一個編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標字母數(shù)字串，不同編程元件常用不同的字母符號