《可编程序控制器原理及应用》
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《PLC原理及应用》
学习PLC课程的基本要求：
一、基本原理及PLC的组成 二、硬件接线，I/O口如何连接 三、扩展方法如何配置
四、应用软件、梯形图编程方法及应用实例
参考书籍：
1.《现代电气及可编程控制技术》北京：航空航天大学出版社 王永华主编 2.《可编程序控制器及常用控制电器》 冶金工业出版社 何友华主编 3.《PLC编程及应用》 机械工业出版社 廖常初主编 4.《工厂电气控制技术》 机械工业出版社 方承远主编
5.《SIEMENS SIMATIC S7-200可编程序控制器 CPU22X系统手册》
北京：西门子（中国）有限公司
绪 论
可编程序控制器——PC——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，用面向控制过程，面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工业控制装置。（见教材P5最后一段话）
表示成PLC——与个人电脑PC相区别。事实上，已不再局限于逻辑控制，其运算功能，接口功能都越来越强了。
第一节 可编程序控制器的定义及特点
一、 可编程序控制器的产生
上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂 性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电—接触器组成控制系统。
1968年，美国最大的汽车制造商——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。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用 “面向控制过程，面向
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对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。即：
硬件： 减少 软件： 灵活 简单
针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件： 1 编程简单，可在现场修改程序 2 维护方便，最好是插件式 3 可靠性高于继电器控制柜 4 体积小于继电器控制柜 5 可将数据直接送入管理计算机
6 在成本上可与继电器控制柜竞争 有名的“GM10条” 7输入可以是交流115V
8输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀 9 在扩展时，原有系统只要很小变更
10 用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节
1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。
接着，美国MODICON公司也开发出可编程序控制器084。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于：1. 逻辑运算 2. 计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLC—Programmable Logic Controller）。 进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。因此，实际上应称之为PC——可编程序控制器。
至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。
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二、 可编程序控制器的定义
可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）曾先后于1982.11；1985.1和1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿。在第三稿中，对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，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。（见教材P1）
定义强调了PLC是：1 数字运算操作的电子系统——也是一种计算机 2 专为在工业环境下应用而设计 3 面向用户指令——编程方便
4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 5 数字量或模拟量输入输出控制 6 易与控制系统联成一体 7 易于扩充
三、 可编程序控制器的特点
为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PC机有以下特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强
工业生产对控制设备的可靠性要求：
①平均故障间隔时间长
②故障修复时间（平均修复时间）短 任何电子设备产生的故障，通常为两种：
①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 ②永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。
如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PC的平均修复时间。为此，各PC的生产厂商在硬
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件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。
·硬件措施：
主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。
① 屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，
以防外界干扰。
② 滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或
抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。
③ 电源调整与保护——对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成
电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。
④ 隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之
间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。
⑤ 采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故
障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。
·软件措施：
有极强的自检及保护功能。
①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。
②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。 ③设置警戒时钟WDT（看门狗）——如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。
⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。
PC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制
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