電氣控制技術(shù)與PLC概述5.1可編程序控制器的基礎(chǔ)知識(shí)

20世紀(jì)60年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)就是繼電接觸器控制的典型代表。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電接觸器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電接觸器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。1、編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；2、維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3、可靠性高于繼電接觸器控制裝置；4、體積小于繼電接觸器控制裝置；為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車(chē)公司公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電接觸器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即：5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、成本可與繼電接觸器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；9、在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。

1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。

到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。

早期的PLC(20世紀(jì)60年代末—70年代中期)一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC還應(yīng)該看作是繼電接觸器控制裝置的替代物，其主要功能只是執(zhí)行原先用繼電接觸器完成的順序控制、定時(shí)控制等。

中期的PLC(20世紀(jì)70年代中期—80年代中后期)由于微處理器的出現(xiàn)而發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)，使PLC的功能大大增強(qiáng)。

近期的PLC(20世紀(jì)80年代中后期至今)由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類(lèi)型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高；而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片，使得PLC軟硬件功能發(fā)生了巨大變化。IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）于1982年11月（第一版）和1985年（修訂版）對(duì)PLC作了定義，其中修訂版的定義為：PC（即PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入與輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC的定義5.2可編程序控制器的特點(diǎn)及技術(shù)性能指標(biāo)1．控制功能完善2．可靠性高3．通用性強(qiáng)4．編程直觀、簡(jiǎn)單5．體積小、維護(hù)方便6．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施工作量小PLC的特點(diǎn)（1）I/O點(diǎn)數(shù)（2）存儲(chǔ)器容量（3）掃描速度（4）指令種類(lèi)和條數(shù)（5）內(nèi)存分配及編程元件的種類(lèi)和數(shù)量此外，不同PLC還有其他一些指標(biāo)，如編程語(yǔ)言及編程手段、輸入/輸出方式、特殊功能模塊種類(lèi)、自診斷、監(jiān)控、主要硬件型號(hào)、工作環(huán)境及電源等級(jí)等。PLC的技術(shù)性能指標(biāo)S7-1200的技術(shù)性能指標(biāo)CPU特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C3CPUsDC/DC/DC，AC/DC/RLY，DC/DC/RLYDC/DC/DC集成的工作存儲(chǔ)區(qū)/KB5075100125150集成的裝載存儲(chǔ)區(qū)/MB11444集成的保持存儲(chǔ)區(qū)/KB1010101010存儲(chǔ)卡可選SIMATIC存儲(chǔ)卡集成的數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出集成的模擬量I/O點(diǎn)數(shù)2輸入2輸入/2輸出過(guò)程映像區(qū)大小1024字節(jié)輸入/1024字節(jié)輸出信號(hào)擴(kuò)展板最多1個(gè)信號(hào)擴(kuò)展模塊無(wú)最多2個(gè)最多8個(gè)最大本地?cái)?shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)1482284最大本地模擬量I/O點(diǎn)數(shù)3196769高速計(jì)數(shù)器/路356–單相3@100kHz3@100kHz1@30kHz3@100kHz3@30kHz3@100kHz3@30kHz4@1MHz2@100kHzCPU特征CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217C–正交相3@80kHz3@80kHz1@20kHz3@80kHz3@20kHz3@80kHz3@20kHz3@1MHz3@100kHz脈沖輸出/個(gè)最多4路，CPU本體100kHz，通過(guò)信號(hào)板可輸出200kHz（CPU1217最多支持1MHz）脈沖捕捉輸入/個(gè)6814時(shí)間繼電器/循環(huán)中斷共4個(gè)，精度為1ms邊沿中斷/個(gè)6上升沿/6下降沿（使用可選信號(hào)板時(shí)，各為10個(gè)）8上升沿/8下降沿（使用可選信號(hào)板時(shí)，各為12個(gè)）12上升沿/12下降沿（使用可選信號(hào)板時(shí)，各為14個(gè)）實(shí)時(shí)時(shí)鐘精度±60秒/月實(shí)時(shí)時(shí)鐘保持時(shí)間40°C環(huán)境下，典型的20天/最小12天（免維護(hù)超級(jí)電容）布爾量運(yùn)算執(zhí)行速度0.08μs/指令動(dòng)態(tài)字符運(yùn)算速度1.7μs/指令實(shí)數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算速度2.3μs/指令端口數(shù)1個(gè)2類(lèi)型以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸率10/100Mb/s擴(kuò)展通訊模塊最多3個(gè)續(xù)表S7-200的技術(shù)性能指標(biāo)CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226用戶(hù)程序區(qū)/KB44812

16

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)/KB228

10

10

內(nèi)置DI/DO點(diǎn)數(shù)6/48/610/1410/1424/16AI/AO點(diǎn)數(shù)無(wú)16/1632/3232/3232/321條指令掃描時(shí)間/μs0.370.370.370.370.37最大DI/DO點(diǎn)數(shù)/個(gè)256256256256256位存儲(chǔ)區(qū)/個(gè)256256256256256計(jì)數(shù)器/個(gè)256256256256256計(jì)時(shí)器/個(gè)256256256256256時(shí)鐘功能可選可選內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置數(shù)字量輸入濾波標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入濾波N/A標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)高速計(jì)數(shù)器4個(gè)30Khz4個(gè)30Khz6個(gè)30Khz4個(gè)30Khz6個(gè)30Khz脈沖輸出2個(gè)20Khz2個(gè)20Khz2個(gè)20Khz2個(gè)20Khz2個(gè)20Khz通訊口1xRS4851xRS4851xRS4852xRS4852xRS485S7-300的技術(shù)性能指標(biāo)CPU312CPU312CCPU313C-2PtPCPU313C-2DPCPU314CPU315-2DPCPU317-2PN/DP用戶(hù)存儲(chǔ)區(qū)/KB32326464961281000最大MMC/MB4488888自由編址YesYesYesYesYesYesYesDI/DO/個(gè)256/256266/2621008/1008

8064/8064

1024/10241024/102465536/65536AI/AO/路64/6464/64248/248503/503256/2561024/10244096/4096（處理時(shí)間/1k位指令）/ms0.20.20.10.10.10.10.05位存儲(chǔ)器/B128128256

256

256

20484096

計(jì)數(shù)器/個(gè)128

128

256

256

256

256

512定時(shí)器/個(gè)128

128

256

256

256

256

512

集成通訊連接MPI/DP/PtP/PN

Y/N/N/NY/N/N/NY/N/Y/NY/Y/N/NY/N/N/NY/Y/N/NY/Y/N/Y集成的I/ODI/DOAI/AO

-/-10/616/1616/16-/--/--/-

-/--/--/--/--/--/--/-集成的技術(shù)功能-計(jì)數(shù)，頻率測(cè)量計(jì)數(shù)，頻率測(cè)量，PID控制計(jì)數(shù)，頻率測(cè)量，PID控制---S7-400的技術(shù)性能指標(biāo)CPU412-2CPU414-2CPU416-2CPU417-4程序存儲(chǔ)區(qū)256KB0.5MB2.8MB15MB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)256KB0.5MB2.8MB15MBS7定時(shí)器/個(gè)2048

2048

2048

2048

S7計(jì)時(shí)器/個(gè)2048

2048

2048

2048

位存儲(chǔ)器/KB481616時(shí)鐘存儲(chǔ)器8位（1個(gè)標(biāo)志字節(jié)）（輸入/輸出）/KB4/48/816/1616/16（過(guò)程I/O映像）/KB4/48/816/1616/16數(shù)字量通道/個(gè)32768/32768

65536/65536

131072/131072

131072/131072

模擬量通道/路2048/2048

4096/4096

8192/8192

8192/8192

（CPU/擴(kuò)展單元）/個(gè)1/21

1/21

1/21

1/21

編程語(yǔ)言STEP7（LAD，F(xiàn)BD，STL），SCL，CFC，GRAPH（執(zhí)行時(shí)間/定點(diǎn)數(shù)）/ns75453018（執(zhí)行時(shí)間/浮點(diǎn)數(shù)）/ns2251359054MPI連接數(shù)量/個(gè)32

32

44

44

GD包的大小/B54

54

54

54傳輸速率最高12Mbits5.3可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域1．開(kāi)關(guān)量的邏輯控制2．模擬量控制3．運(yùn)動(dòng)控制4．過(guò)程控制5．?dāng)?shù)據(jù)處理6．通信及聯(lián)網(wǎng)5.4可編程序控制器的分類(lèi)1．按容量分類(lèi)PLC具有不同的I/O點(diǎn)數(shù)、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量和功能范圍，PLC在90年代已經(jīng)形成微、小、中、大、巨型等多種類(lèi)型?？删幊绦蚩刂破鲗?shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制，其輸入端子與輸出端子的數(shù)目之和，稱(chēng)作PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)I/O點(diǎn)數(shù)。按I/O點(diǎn)數(shù)PLC可分為:微型PLC（幾十點(diǎn)I/O），小型PLC（幾百點(diǎn)I/O），中型PLC（上千點(diǎn)I/O），大型PLC（幾千點(diǎn)I/O）和巨型PLC（上萬(wàn)點(diǎn)I/O及以上）。2．按硬件結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)可編程序控制器的結(jié)構(gòu)形式從大的方面來(lái)說(shuō)分為整體式和模塊式兩大類(lèi)，另外還出現(xiàn)了內(nèi)插板式的PLC