可编程序控制器
(PLC)实验讲座于庆广 清华大学电机系 FACTS研究所
======================================
教材,可编程序控制器原理及应用作者,清华大学电机系发行,校教材科
======================================
PLC实验室：西主楼 III区 -3楼
（桥口隆吉实验室）
======================================
于庆广,柔性输电（ FACTS） 研究所西主楼 I区 -104#
62772004（ O）
======================================
课程安排周次 安排 课 程 内 容
1 讲课 可编程序控制器 PLC原理及著名品牌
3 讲课 HITACH(日立 ) PLC 的原理、编程
5 讲课 实验 1,2的系统要求及设计
6 实验 (1) 电动机正反转控制
7 讲课 实验 3,4的系统要求及设计
8 实验 (2) 交通信号灯（红绿灯）控制
10 实验 (3) 楼层电梯控制 (4层楼 )
12 实验 (4) PLC系统 联网可编程序控制器 (PLC)
Programmable
Logic
Controller
定义
分类
应用领域
国内外状况
发展趋势
组成
工作方式
选择著名品牌 PLC的发展
PLC系统设计
PLC
定 义分类应用领域
PLC的定义在 PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：
可编程序矩阵控制器 PMC
（ Programmable Matrix Controller）
可编程序顺序控制器 PSC
（ Programmable Sequence Controller）
可编程序逻辑控制器 PLC
（ Programmable Logic Controller）
PLC的定义
PLC的历史
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（ GM）,为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。
PLC的定义
（ 1）容易编程
（ 2）采用模块式结构
（ 3）价格便宜
（ 4）具有数据通讯功能
（ 5）输入输出电源使用市电
（ 6）能在恶劣环境下工作
（ 7）存储设备可扩充至 4K个存储字节
PLC的定义
1969年美国数字设备公司（ DEC） 根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在 GM公司汽车生产线上首次应用成功。
1980年美国电气制造商协会（ NEMA） 正式将其命名为编程序控制器
（ Programmable Controller）,简称 PC。
PLC的定义
国际电工委员会（ IEC） 于 1982年 11月和
1985年 1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，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设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。
PLC的分类
（ 1）按 I／ O点数分类
I／ O点数小于 32为微型 PLC；
I／ O点数在 32～ 128为微小型 PLC；
I／ O点数在 128～ 256为 小型 PLC；
I／ O点九在 256～ 1024为 中型 PLC；
I／ O点数大于 1024为 大型 PLC；
I／ O点数在 4000以上为超大型 PLC。
以上划分不包括模拟量 I／ 0点数，且划分界限不是固定不变的。
PLC的分类
（ 2）按结构形式分类
整体式 PLC,又称单元式或箱体式。整体式
PLC是将电源,CPU,I／ 0部件都集中装在一个机箱内。一般小型 PLC采用这种结构。
模块式 PLC,将 PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块,I／ 0模块、电源模块和各种功能模块。模块式 PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型 PLC采用模块式结构，有的小型 PLC也采用这种结构。
有的 PLC将整体式和模块式结合起来，称为 叠装式 PLC。
PLC的优点
①可靠性高 (平均无故障时间 3--5万小时）
②编程简单
③通用性强
④体积小、结构紧凑、安装、维护方便
PLC的缺点
主要是 PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，
I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。
编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在 Windows平台下，结合 IEC1131－ 3国际标准的新一代开放体系结构的 PLC。
PLC的应用领域
PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、
轻工、纺织、电力、电子、食品,交通等行业。
经验表明,80 ％以上的工业控制可以使用
PLC来完成。
在日本，凡 8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用 PLC来取代。
发展趋势防火墙国内外状况 品牌
PLC的国内外状况
1969年美国研制出世界上第一台 PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的 PLC。
70年代中期,PLC进入了实用化阶段。
70年代末和 80年代初,PLC进入了成熟阶段。
PLC的国内外状况美国 PLC发展得最快：
1984年有 48家，生产 150多种 PLC；
1987年有 63家，生产 243种 PLC；
1996年有 70余家，生产近 300种 PLC。
著名厂家有 A— B（ Allen－ Bradley） 艾伦一布拉德利公司,MODICON莫迪康公司，
GE－ FSNUC公司,TI（ Texas Instrument）
德州仪器公司,WESTHOUSE Electric西屋电气公司,IPM（ International Parallel
Machines） 国际并行机器公司等。
PLC的国内外状况欧洲 PLC的厂家有 60余家,
西门子（ Siemens） 于 1973年研制出第一台 PLC。
金钟默勒 （ Klockner Moeller Gmbh），
AEG，
法国的 TE(Telemecanique） (施耐德）
瑞士的 Selectron公司等。
PLC的国内外状况
1971年，日本从美国引进 PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台 PLC。
日本生产 PLC的厂家有 40余家：
三菱电机 (MITSUBISHI),欧姆龙 (OMRON),
富士电机（ Fuji Electric）,东芝（ TOSHIBA）,
光洋（ KOYO),松下电工（ MEW）,
和泉（ IDEC）,夏普 (SHARP）,
安川等公司。
PLC的国内外状况我国在 70年代末和 80年代初开始引进 PLC。我国早期独立研制 PLC的单位有：
北京机械工业自动化研究所，
上海工业自动化仪表研究所，
大连组合机床研究所，
成都机床电器研究所，
中科院北京计算机所及自动化所，
长春一汽，
上海起重电器厂，
上海香岛机电公司，
上海自力电子设备厂等单位。
以上诸单位都没有形成规模化生产。
PLC的国内外状况
辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产 PLC；
无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;
中美合资的厦门 A— B公司生产的 PLC；
上海香岛机电公司引进技术生产的 PLC;
上海 OMRON公司 ;
西安 Siemens公司等。
PLC的发展趋势
（ 1）向高速度、大存储容量方向发展
（ CPU处理速度 nS级；内存 2M字节）
（ 2）向多品种方向发展和提高可靠性
（超大型和超小型）
（ 3）产品更加规范化、标准化
（硬件、软件兼容的 PLC）
（ 4）分散型、智能型、与现场总线兼容的 I／ 0
（ 5）加强联网和通信的能力
（ 6）控制的开放和模块化的体系结构 OMAC
（ open Modular Architecture for Control）
PLC著名品牌
1993年中国 PLC市场排行榜上的世界十大厂家：
美国 A－ B公司 （ Allen－ Bradley）
德国西门子公司（ Siemens）
美国 GE－ Fanuc公司
美国的莫迪康（ Modicon） 和法国的 TE电器公司
日本欧姆公司（ OMRON）
日本三菱电机株式会社（ MITSUBISHI）
日本富士电机株式会社（ Fuji Electric）
日本东芝公司（ TOSHIBA）
日本的光洋电子（ KOYO） 和中国的华光电子 (CKE）
日本松下电工株式会社（ MEW）,Matsushita Electric
Works Ltd）
PLC著名品牌根据美国 Automation Research Co．（ ARC）
的商情调查，在 1994年 PLC市场上，最大的 5家
PLC制造商是,
SIEMENS，
Allen－ Bradly，（ Rockwell)
AEG Schneider，
三菱电机,
OMRON(立石电机）
（ 1996年中国 PLC市场）
工作方式选择系统组成
PLC系统组成
中央处理单元（ CPU）：
（ 1） 通用处理器,8086,80286,80386
（ 2）单片机芯片,8031,8096
（ 3） 位片式微处理器,AMD-2900
存储器（ RAM/ROM）：
ROM,存系统程序（ CMOS固化）
RAM,存用户程序
RAM的经验计算：以字（ 16位）为单位逻辑控制 时,RAM=（ I+O） *10
有 AD时,RAM=AD*120
有 AD和 DA时,RAM=（ AD+DA） *250
PLC系统组成
输入／输出部件（ I／ 0单元）
开关量、模拟量、特殊量（远程、干结点）
电源
DC24V； AC220V
编程器手持式、计算机
PLC系统
PLC硬件系统结构
PLC配置
PLC交流输入
PLC直流输入
PLC继电器输出
PLC晶体管输出
PLC晶闸管输出标准编程器通用编程器
PLC工作方式
PLC采用循环扫描的工作方式，这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。
PLC扫描过程
PLC工作方式
PLC的扫描周期 T =公共部分扫描时间
+外设扫描时间
+用户程序执行时间
+ I／ 0扫描时间
PLC的 I／ 0响应时间 =输入延迟时间
+扫描周期
+输出延迟时间
+输出时间梯形图编程
PLC语句表（助记符）编程逻辑符号图编程
PLC高级语言编程
PASCAL
BASIC
C
汇编
PLC的选择
I／ O设备的位置确定
选择 I／ O接口模块的型号
A/D,D/A等特殊接口部件的选择
系统有 I／ O规格要求时，初步确定 PLC的大体规模
输入／输出设备的数量
PLC的内存容量,PLC的指令系统
其它外围设备，如通信联网、编程器等
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(PLC)实验讲座于庆广 清华大学电机系 FACTS研究所
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教材,可编程序控制器原理及应用作者,清华大学电机系发行,校教材科
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PLC实验室：西主楼 III区 -3楼
（桥口隆吉实验室）
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于庆广,柔性输电（ FACTS） 研究所西主楼 I区 -104#
62772004（ O）
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课程安排周次 安排 课 程 内 容
1 讲课 可编程序控制器 PLC原理及著名品牌
3 讲课 HITACH(日立 ) PLC 的原理、编程
5 讲课 实验 1,2的系统要求及设计
6 实验 (1) 电动机正反转控制
7 讲课 实验 3,4的系统要求及设计
8 实验 (2) 交通信号灯（红绿灯）控制
10 实验 (3) 楼层电梯控制 (4层楼 )
12 实验 (4) PLC系统 联网可编程序控制器 (PLC)
Programmable
Logic
Controller
定义
分类
应用领域
国内外状况
发展趋势
组成
工作方式
选择著名品牌 PLC的发展
PLC系统设计
PLC
定 义分类应用领域
PLC的定义在 PLC的发展历程中，有过几个不同的名称：
可编程序矩阵控制器 PMC
（ Programmable Matrix Controller）
可编程序顺序控制器 PSC
（ Programmable Sequence Controller）
可编程序逻辑控制器 PLC
（ Programmable Logic Controller）
PLC的定义
PLC的历史
1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（ GM）,为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。
PLC的定义
（ 1）容易编程
（ 2）采用模块式结构
（ 3）价格便宜
（ 4）具有数据通讯功能
（ 5）输入输出电源使用市电
（ 6）能在恶劣环境下工作
（ 7）存储设备可扩充至 4K个存储字节
PLC的定义
1969年美国数字设备公司（ DEC） 根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在 GM公司汽车生产线上首次应用成功。
1980年美国电气制造商协会（ NEMA） 正式将其命名为编程序控制器
（ Programmable Controller）,简称 PC。
PLC的定义
国际电工委员会（ IEC） 于 1982年 11月和
1985年 1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，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设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。
PLC的分类
（ 1）按 I／ O点数分类
I／ O点数小于 32为微型 PLC；
I／ O点数在 32～ 128为微小型 PLC；
I／ O点数在 128～ 256为 小型 PLC；
I／ O点九在 256～ 1024为 中型 PLC；
I／ O点数大于 1024为 大型 PLC；
I／ O点数在 4000以上为超大型 PLC。
以上划分不包括模拟量 I／ 0点数，且划分界限不是固定不变的。
PLC的分类
（ 2）按结构形式分类
整体式 PLC,又称单元式或箱体式。整体式
PLC是将电源,CPU,I／ 0部件都集中装在一个机箱内。一般小型 PLC采用这种结构。
模块式 PLC,将 PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块,I／ 0模块、电源模块和各种功能模块。模块式 PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型 PLC采用模块式结构，有的小型 PLC也采用这种结构。
有的 PLC将整体式和模块式结合起来，称为 叠装式 PLC。
PLC的优点
①可靠性高 (平均无故障时间 3--5万小时）
②编程简单
③通用性强
④体积小、结构紧凑、安装、维护方便
PLC的缺点
主要是 PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，
I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。
编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。
SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在 Windows平台下，结合 IEC1131－ 3国际标准的新一代开放体系结构的 PLC。
PLC的应用领域
PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、
轻工、纺织、电力、电子、食品,交通等行业。
经验表明,80 ％以上的工业控制可以使用
PLC来完成。
在日本，凡 8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用 PLC来取代。
发展趋势防火墙国内外状况 品牌
PLC的国内外状况
1969年美国研制出世界上第一台 PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的 PLC。
70年代中期,PLC进入了实用化阶段。
70年代末和 80年代初,PLC进入了成熟阶段。
PLC的国内外状况美国 PLC发展得最快：
1984年有 48家，生产 150多种 PLC；
1987年有 63家，生产 243种 PLC；
1996年有 70余家，生产近 300种 PLC。
著名厂家有 A— B（ Allen－ Bradley） 艾伦一布拉德利公司,MODICON莫迪康公司，
GE－ FSNUC公司,TI（ Texas Instrument）
德州仪器公司,WESTHOUSE Electric西屋电气公司,IPM（ International Parallel
Machines） 国际并行机器公司等。
PLC的国内外状况欧洲 PLC的厂家有 60余家,
西门子（ Siemens） 于 1973年研制出第一台 PLC。
金钟默勒 （ Klockner Moeller Gmbh），
AEG，
法国的 TE(Telemecanique） (施耐德）
瑞士的 Selectron公司等。
PLC的国内外状况
1971年，日本从美国引进 PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台 PLC。
日本生产 PLC的厂家有 40余家：
三菱电机 (MITSUBISHI),欧姆龙 (OMRON),
富士电机（ Fuji Electric）,东芝（ TOSHIBA）,
光洋（ KOYO),松下电工（ MEW）,
和泉（ IDEC）,夏普 (SHARP）,
安川等公司。
PLC的国内外状况我国在 70年代末和 80年代初开始引进 PLC。我国早期独立研制 PLC的单位有：
北京机械工业自动化研究所，
上海工业自动化仪表研究所，
大连组合机床研究所，
成都机床电器研究所，
中科院北京计算机所及自动化所，
长春一汽，
上海起重电器厂，
上海香岛机电公司，
上海自力电子设备厂等单位。
以上诸单位都没有形成规模化生产。
PLC的国内外状况
辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产 PLC；
无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC;
中美合资的厦门 A— B公司生产的 PLC；
上海香岛机电公司引进技术生产的 PLC;
上海 OMRON公司 ;
西安 Siemens公司等。
PLC的发展趋势
（ 1）向高速度、大存储容量方向发展
（ CPU处理速度 nS级；内存 2M字节）
（ 2）向多品种方向发展和提高可靠性
（超大型和超小型）
（ 3）产品更加规范化、标准化
（硬件、软件兼容的 PLC）
（ 4）分散型、智能型、与现场总线兼容的 I／ 0
（ 5）加强联网和通信的能力
（ 6）控制的开放和模块化的体系结构 OMAC
（ open Modular Architecture for Control）
PLC著名品牌
1993年中国 PLC市场排行榜上的世界十大厂家：
美国 A－ B公司 （ Allen－ Bradley）
德国西门子公司（ Siemens）
美国 GE－ Fanuc公司
美国的莫迪康（ Modicon） 和法国的 TE电器公司
日本欧姆公司（ OMRON）
日本三菱电机株式会社（ MITSUBISHI）
日本富士电机株式会社（ Fuji Electric）
日本东芝公司（ TOSHIBA）
日本的光洋电子（ KOYO） 和中国的华光电子 (CKE）
日本松下电工株式会社（ MEW）,Matsushita Electric
Works Ltd）
PLC著名品牌根据美国 Automation Research Co．（ ARC）
的商情调查，在 1994年 PLC市场上，最大的 5家
PLC制造商是,
SIEMENS，
Allen－ Bradly，（ Rockwell)
AEG Schneider，
三菱电机,
OMRON(立石电机）
（ 1996年中国 PLC市场）
工作方式选择系统组成
PLC系统组成
中央处理单元（ CPU）：
（ 1） 通用处理器,8086,80286,80386
（ 2）单片机芯片,8031,8096
（ 3） 位片式微处理器,AMD-2900
存储器（ RAM/ROM）：
ROM,存系统程序（ CMOS固化）
RAM,存用户程序
RAM的经验计算：以字（ 16位）为单位逻辑控制 时,RAM=（ I+O） *10
有 AD时,RAM=AD*120
有 AD和 DA时,RAM=（ AD+DA） *250
PLC系统组成
输入／输出部件（ I／ 0单元）
开关量、模拟量、特殊量（远程、干结点）
电源
DC24V； AC220V
编程器手持式、计算机
PLC系统
PLC硬件系统结构
PLC配置
PLC交流输入
PLC直流输入
PLC继电器输出
PLC晶体管输出
PLC晶闸管输出标准编程器通用编程器
PLC工作方式
PLC采用循环扫描的工作方式，这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。
PLC扫描过程
PLC工作方式
PLC的扫描周期 T =公共部分扫描时间
+外设扫描时间
+用户程序执行时间
+ I／ 0扫描时间
PLC的 I／ 0响应时间 =输入延迟时间
+扫描周期
+输出延迟时间
+输出时间梯形图编程
PLC语句表（助记符）编程逻辑符号图编程
PLC高级语言编程
PASCAL
BASIC
C
汇编
PLC的选择
I／ O设备的位置确定
选择 I／ O接口模块的型号
A/D,D/A等特殊接口部件的选择
系统有 I／ O规格要求时，初步确定 PLC的大体规模
输入／输出设备的数量
PLC的内存容量,PLC的指令系统
其它外围设备，如通信联网、编程器等
==========END==========
