可编程序控制器概述.ppt

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1、可编程序控制器（PLC）,概述及基本原理,（第四、五章）,一、可编程序控制器产生的背景 1960年代末期，由于市场的需要，工业生产开始从大批量少品种转向小批量多品种的生产方式。 当时，大规模生产线的控制电路大多为继电器控制系统，体积大，耗能多，可靠性差，特别是改变生产程序非常困难。,1968年，美国通用汽车公司（GM）对外公开招标，要求用新的电气控制装置取代继电器控制系统，以适应改变生产程序的需要。提出下列十项指标：,十项指标,编程方便，现场可修改程序 维修方便，采用插件式结构 可靠性高于继电器控制装置 数据可直接输入管理计算机 输入电源为市电 输出电源为市电，负载电流2A以上，可直接驱动电磁

2、阀和接触器等 用户存储器容量大于4K 体积小于继电器控制装置 扩展时，原系统变更最小 成本可与继电器控制装置竞争,以上十项指标，实际上都是现在可编程序控制器最基本的功能，主要有： 用计算机系统代替继电器控制系统 用软件程序代替硬件接线 输入输出信号可以和外部设备直接相连 结构易于扩展,1969年，美国数字设备公司（DEC）制成了世界上第一台可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller,简称PLC），型号为PDP-14，在美国通用汽车公司生产线上使用，获得了成功，从此，开创了可编程序控制器的新时代。,当时，这台控制器被称为可编程序逻辑控制器（PLC），只是用来取

3、代继电接触控制，仅有执行继电器逻辑、计时、计数等较少的功能。,1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日立公司试制成功了日本的第一台PLC。 1973年由德国的西门子公司研制成功了欧洲的第一台PLC。（与日本不同，欧洲走的是独立研制PLC的道路） 现在世界上生产PLC及其网络的厂家有200多家，生产大约400多个品种的PLC产品。,1980年，美国电气制造协会（NEMA）把这个新的控制设备正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）。所下定义为：,可编程序控制器是一种数字式电子仪器，可以存储某些实现逻辑、定序、定时、计数和四则运算等特殊功能指令，

4、用以控制机械和生产过程。,1987年2月，国际电工委员会 （IEC）年颁发的可编程控制器标准草案第三稿中对可编程控制器的定义：,可编程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，计数和算术运学等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。,可见，对可编程控制器的定义随着其功能的不断扩展，而有所改变。（1982年，IEC对PLC也有过定义）,可编程序控制器的称呼,Programmable

5、Controller（PC）：可编程序控制器 。 Programmable Logic Controller（ PLC）：可编程序逻辑控制器。 Personal Computer （PC）：个人计算机。 现在一般仍沿用过去的英文简称 PLC。,二、PLC的主要功能和特点,逻辑控制（包括定时、计数） PLC最典型的功能 模拟量、数字量（数据处理）控制 特殊控制功能（PID，运动控制等） 可通过PLC通讯，构成远程系统，PLC网络。 是工厂企业，港口大型自动化系统中常用的设备。,主要功能,PLC的特点,1、适合工业现场的恶劣环境 具体表现在抗干扰能力强，可靠性高，对环境适应能力强 抗干扰能力 -

6、现场电气、电磁干扰，PLC的硬件，电源设计均有抗干扰措施 可靠性高 - 平均故障间隔时间（MTBF）超过2万小时，故障常见于外部接触器等 环境 - 允许电压波动15%，温度0 - 60C，湿度15% - 95%,PLC的特点,2、控制功能强 PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、四则运算、数据传送、处理等功能，可实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。集三电（电控、电仪、电传）于一体。 3、编程、程序修改方便；有较好的灵活性（改变控制方式）。 编程采用工程技术人员熟悉的梯形图。与常规的继电接触控制电路类似。易掌握。同时还可以用流程图，布尔逻辑语言，汇编语言，高级语言（如C）等

7、编程。 4、采用模块化结构，接口种类多，便于现场连接、扩充。 便于系统的安装，扩充，维修，设计调试周期短。便于构成通讯及网络的形成 5、维护方便（I/O指示）,三、PLC的一般构成,PLC在组成上与一般的微机系统基本相同 CPU 存储器 输入/输出系统 可选部件,包括编程器、外存储器、通信接口、扩展接口等。主要用于系统的编程组态、程序存储、通信联网等。,PLC的基本组成部分,按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。,整体式PLC组成示意图,组合式PLC组成示意图,四、PLC的基本工作原理扫描工作方式,CPU完成必要的内部及通讯处理后，首先通过输入电路，将基本I/O单元，特殊I/O单元

8、得到的现场设备输入信号（检测、指令等）读入，将这些信号的状态存储在CPU单元的存储器中，PLC的输入状态刷新了一遍。,四、PLC的基本工作原理扫描工作方式,CPU对用户梯形图程序，按照自上向下、由左向右的顺序逐个扫描每条指令，解读用户程序，直到用户程序结束位置为止。这样在CPU单元的存储器中就将PLC的输出状态刷新了一遍。,四、PLC的基本工作原理扫描工作方式,CPU通过接口，将CPU单元的存储器中的输出信号送到基本I/O单元，特殊I/O单元，实现PLC的输出控制，刷新输出状态。然后又回到第一步，如此反复循环。,PLC扫描工作原理图,PLC执行的五个阶段，每重复一次的时间，称为一个扫描周期，P

9、LC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行，这种工作方式，称为循环扫描工作方式。,内部处理,通信处理,输入扫描,执行用户程序,输出处理,RUN,方式,？,否,是,开 始,快速性问题 I/O刷新过程及抗干扰优点,五、PLC的技术性能指标,1. I/O总点数（开关量，模拟量） 2. 内部继电器、定时器、计数器等点数 3. 指令系统（总条数和种类） 4. 指令执行速度（扫描速度） 指令：条/微秒 5. 存储器容量（以K字节数表示） 6. 工作环境 7. 扩展能力、特殊功能、通信联网功能,六、PLC的分类,按结构形式分类 ：整体式和模块式 按输入输出点数和存储容量分类： 大致可分为大、

10、中、小型三种： 小型PC I/O点数在256点以下，用户程序存储器容量在2K字以下 中型PC I/O点数在256到2048之间，用户程序存储器容量一般为28K 大型PC I/O点数在2048以上，用户程序存储器容量达8K字以上,六、PLC的分类,按功能分类 ：分为低档机、中档机、高档机三种 低档机 具有逻辑运算、定时、计数等基本功能，有的还增设模拟量处理、数据传送等功能。可实现逻辑、顺序、计时计数控制等。 中档机 除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送、通信联网等功能。可完成既有开关量又有模拟量控制的任务。 高档机 除具有中档机的功能外，增设有带符号算术运算、矩阵

11、运算等，使运算能力更强。还具有模拟调节、联网通信、监视、记录和打印等功能，使PC的功能更多更强，能进行智能控制、远程控制、大规模过程控制，构成分布式控制系统成为整个工厂的自动化网络。,七、PLC的生产厂家和型号,著名的PLC生产厂家： 美国 AB、哥德、德州仪器、通用电气公司等 德国 西门子公司等 法国 施奈德公司等 日本 三菱、松下、立石公司等,七、PLC的生产厂家和型号,流行的PLC产品： AB公司（Allen-Bradley） PLC-5系列 PLC-3系列 PLC-2系列 SLC-500系列,通用电气公司（GE） GE-I系列 GE-III系列 GE-V系列 GE-IV系列 GE-VI

12、系列 GE SU-5/6系列 GE90-30/70系列,七、PLC的生产厂家和型号,流行的PLC产品： 西门子公司（Siemens） S5系列 （S-90U，S-100U，S-115U系列） S7系列 （S7-200，S7-300 ，S7-400系列 ） TI系列,施奈德公司（Schneider） 984系列(Modicon) Quntum系列(Modicon) TSX 7-40系列 (TE) TSX37系列,七、PLC的生产厂家和型号,流行的PLC产品： 三菱公司（Mitsubishi） FX0S/0N系列 FX2/2N/2NC系列 AnA/QnA系列 AnS系列 Q系列 （F1）,立石公司

13、（Omron） SYSMAC C系列 SYSMAC CQM1系列 SYSMAC CPM1A系列 SYSMAC 系列,OMRON SYSMAC C系列PLC简介,有微型，小型，中型，大型PLC十几个型号 微型：以C20P和C20为代表，I/O点数 140点，整体式结构 小型：以C120和C200H为代表，I/O点数 480点，紧凑型整体结构（机架，模块，扩展），C200H具有远程I/O系统，I/O点数可扩展至1792点。 中型：有C500和C1000H两种，I/O点数 分别为512点和1024点 大型：C2000H, I/O点数2048点,三大流派,世界上的PLC产品大体可以按地域分成三个流派：

14、 美国产品， 欧洲产品 日本产品。 同一地域的PLC产品表现出比较多的相似性。,三大流派,西门子S7系列PLC，采用结构化编程的方法，尽管它也设有梯形图、逻辑图等多种其它编程语言，但稍许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过STEP 7语言，调用各种功能块来实现。 A-B的PLC-5根本就没有语句表，它所有的程序都要依靠梯形图编制，因而A-B的梯形图与西门子的梯形图在形式、含义、功能及用法上相差很大。,三大流派,日本的微型小型PLC产品是非常有特色的，它对梯形图、语句表并重，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统。用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型PLC产品就能解决，而用欧美

15、产品常要选中型乃至大型PLC才行。这主要是欧美小型PLC产品指令系统太弱所致。,八、与其它工业控制系统的比较,PLC与继电接触控制系统的比较 继电接触控制为全硬件控制；PLC大部分为软件控制。 继电接触控制系统体积大；PLC制系统结构紧凑，体积小。 继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。 继电接触控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦； PLC一般仅修改程序即可，极其方便。 PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。 PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强 PLC的适用范围比继电接触控制的广泛。 PLC可靠性比继电接触控制的高。,

16、八、与其它工业控制系统的比较,PLC与微型计算机的比较 主要差别表现在以下几个方面： PLC输入输出接口较多，接口标准化，便于多点多路控制、连接。 PLC编程简便。 PLC可靠性高。 PLC技术容易掌握。使用维护方便。 PLC采用扫描工作方式，响应较计算机慢 PLC体积小，调试周期短。,八、与其它工业控制系统的比较,PLC可靠性高的原因 硬件方面 各种模块为标准件，采用了抗干扰措施，如输入滤波，隔离，输出隔离，屏蔽等措施，有效地解决了外界对PLC干扰的问题。 模块 有诊断、指示，且便于更换。 扫描工作方式 刷新阶段时间短，引入干扰几率小。,九、PLC的发展趋势,体系结构开放化，硬件模块化。（各

17、公司内） 模块专用和智能化（安装于现场，独立处理，与CPU通讯） 网络与通信能力增强（支持多种网络，如以太网，各种现场总线等） 多样化与标准化（各公司产品多样，国际标准） 工业软件发展迅速（编程软件，组态软件，软PLC）,十、应用,开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等； 模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制； 监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统； 建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。,The End,三种控制系统常常并存在一起，但其控制装置相差太远，无法兼容。人们一直希望把它们用一种控制装置统一起来，协调地

18、进行控制。这对于提高生产效率，保证产品质量，实现优化控制无疑是很有意义的。把三电合成于一体就叫做三电一体。,三电一体,控制开关量的逻辑控制系统 电控装置（继电器接触器控制） 控制慢连续量的过程控制系统 电仪装置（电动单元组合仪表） 控制快连续量的运动控制系统 电传装置（电气传动控制装置）,所谓三电指的就是电控、电仪、电传。,思路一：在网络一级实现三电一体化，将它们都连入同一网络，网络成为三电统一的载体，在网络一级实现了三电一体化。（对网络要求高） 思路二：在控制装置一级实现三电一体化，一台控制装置既有逻辑控制功能，又有过程控制功能，还有运动控制功能。（对网络速度要求低） DCS（distrib

19、uted control system）系统 沿着思路一发展三电一体化，它花费较大，适合于大型自动化系统。 PLC 沿着思路二发展三电一体化，它灵活机动，三电一体集成度高，适合于各种规模的自动化系统。,两种实现三电一体化的思路,开发PLC的初衷是为了取代继电器，逻辑控制是PLC的长项。目前PLC已发展成具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 在PLC上增加连续量控制功能的生命力并不在于其配置的控制算法的复杂程度，而在于多种功能的集成。PLC的主要优势在于它把三电集于一体，在装置一级实现了三电一体化。 PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一,