電氣控制與plc第二章

1、 可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱（PC），后又稱為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Cntroller)簡稱（PLC）， 是在繼電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的， 并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、 通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、可靠性高、通用性強、易于編程、使用方便等優(yōu)點。 由來和定義由來和定義 發(fā)展概況和趨勢發(fā)展概況和趨勢 主要功能和特點主要功能和特點 分類分類 著名品牌著名品牌一、一、PLCPLC的產(chǎn)生背景的產(chǎn)生背景 20世紀20年代以來，繼電器控制曾一度占據(jù)工業(yè)控制領域的

2、主導地位。 繼電器控制系統(tǒng)的弱點弱點 ： 體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差等。尤其是可靠性差、尤其是可靠性差、不具有不具有通用性、靈活性通用性、靈活性。 *1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為適應汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電接觸器控制裝置，擬定了十項公開招標的技術要求。 1. 編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2. 硬件維護方便，最好是插件式結構； 3. 可靠性要高于繼電器控制裝置； 4. 體積小于繼電器控制裝置; 5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 6. 成本上可與繼電器柜競爭； 7. 輸

3、入可以是交流115V； 8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥； 9. 擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動； 10. 用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。 從上述10項指標可以看出，它實際上就是當今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點： (1) 用計算機代替繼電器控制盤。 (2) 用程序代替硬件接線。 (3) 輸入/輸出電平可與外部裝置直接連接。 (4) 結構易于擴展。*1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺可編程序控制器（PDP-14型）?可編程序控制器可編程序控制器(PLC)ProgrammableLogicController 國際

4、電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器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)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，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。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。 注：注：近年來，可編程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已超出了上述定義的范圍。 工業(yè)環(huán)境工業(yè)環(huán)境抗干擾能力抗干擾能力適應能力適應能力應用范圍

5、應用范圍一、可編程序控制器的發(fā)展概況 第一階段（初創(chuàng)期） 第二階段（成熟期） 第三階段（大發(fā)展期） 第四階段（繼續(xù)發(fā)展階段） 編程語言： 采用計算機的初級語言 硬件結構： 采用中、小規(guī)模集成電路初創(chuàng)期把計算機的程序存儲技術引入繼電器控制系統(tǒng) 功績PDP-14可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱簡稱PLC 可編程序控制器僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)等一些功能，因此稱為可編程序邏輯控制器，簡稱PLC。 硬件：采用微處理器 控制功能：增多 編程技術：開發(fā)了梯形圖編程法 成熟期進入實用化階段 可編程序控制器（Programmable Controller）

6、簡稱簡稱PCNEMA 個人計算機（Personal Computer ）簡稱）簡稱PC 為與個人計算機（為與個人計算機（PC）相區(qū)別，又把可編程序）相區(qū)別，又把可編程序控制器簡稱為控制器簡稱為PLC。 70年代后隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，微處理技術應用，PLC還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 PLC應用面擴大、銷售額劇增 功能進一步增強、處理速度更快 大發(fā)展期 隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)

7、網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。 性能/價格比大幅度提高 編程語言多樣化 人機對話能力增強 繼續(xù)發(fā)展階段 具備了計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLC技術、機器人、CAD/CAM）之一。大型化大型化小小型型化化*大存儲容量大存儲容量*高速度高速度*高性能高性能*增加增加I/O點數(shù)點數(shù)方向發(fā)展：方向發(fā)展： 增強網(wǎng)絡通信功能發(fā)展智能模塊外部故障診斷功能 編程語言、編程工具標準化、高級化 實現(xiàn)軟件、硬件標準化 編程組態(tài)軟件發(fā)展迅速* *簡易化簡易化* *體積小體積小* *功能強功能強* *價格低價格低方向發(fā)展：方向發(fā)展： 一、一、PLCPLC的主要功能的主要功能開關

8、量邏輯控制模擬量控制 PID控制 定時控制計數(shù)控制順序（步進）控制數(shù)據(jù)處理通信和聯(lián)網(wǎng) PLC具有體積小、可靠性高、功能強、程序設計方便、通用性強、維護方便等優(yōu)點，在各個行業(yè)中有著廣泛的應用，以成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）。 1 . 開關邏輯和順序控制開關邏輯和順序控制 這是PLC應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜的控制要求。 2. 模擬控制模擬控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前

9、大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是當系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外，某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運算。 3. 3. 定時控制定時控制 PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，其定時間隔可以由用戶加以設定。對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。 4. 4. 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉

10、換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進行浮點運算和函數(shù)運算。 5. 5. 信號聯(lián)鎖系統(tǒng)信號聯(lián)鎖系統(tǒng) 信號聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)所必需的。在信號聯(lián)鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和聯(lián)鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。 6. 6. 通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng) 把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，可完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 可靠性高、抗干擾能力強 通用性強、靈活性好 編程簡單、使用方便 模塊化結構1. 安裝簡便、調(diào)試方便 PLC是綜

11、合繼電接觸器控制技術和計算機控制技術而開發(fā)的，是以微處理器為核心，集計算機技術、自動控制技術、通信技術于一體的控制裝置，PLC具有其他控制器無法比擬的特點： 1、可靠性高，抗干擾能力強。 PLC是專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，在硬件和軟件上都采用了抗干擾措施 。 2、編程簡單，使用方便 PLC編程語言：梯形圖、指令語句、功能圖。 大多數(shù)PLC采用梯形圖的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，具有形象、直觀、易學的特點。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。 3、功能完善、通用性強 現(xiàn)代PLC不僅

12、具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。 4、設計安裝簡單、維護方便 PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，使得控制柜的設計、安裝的接線工作量大為減少。PLC用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應用設計調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很??；而且PLC具很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。 5、體積小、重量輕、能耗低 由于PLC采用了集成電路，其結構緊湊、體積小、能耗低。 1、按輸入、按輸入/輸出點數(shù)分輸出點

13、數(shù)分 根據(jù)PLC的輸入/輸出（I/O）點數(shù)的多少，一般可將PLC分為以下3類。 1）小型機 小型PLC 的I/O總點數(shù)一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4KB字節(jié)以下。適合于控制單臺設備，開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。 2）中型機 中型PLC的I/O總點數(shù)在2562048點之間，用戶程序存儲器容量達到28KB字節(jié)。適合于有溫度控制和開關動作要求復雜的機械以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制的場合。 3）大型機 大型PLC的I/O總點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到816KB字節(jié)。適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。 小型機中型機大型機控制點數(shù)2048點用戶程存儲器容量8K字50K字 樣機

14、西門子S7-200西門子S7-300西門子S7-400 2 2、按結構形式分、按結構形式分 根據(jù)PLC結構形式的不同，可分為整體式、模塊式和疊裝式。 1)整體式結構 又稱箱體式，從結構上看，早期的可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個箱體就是一個完整的PLC。它的特點是結構緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點是輸入/輸出點數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)場的需要。這類產(chǎn)品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，東芝公司的EX20/40系列等。一個完整的

15、PLC安裝在一個機箱中。 2）模塊式結構 模塊式結構又叫積木式。這種結構形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機器上有一塊帶有插槽的母板，實質(zhì)上就是計算機總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構成了一個完整的PLC。這種結構的PLC的特點是系統(tǒng)構成非常靈活，安裝、擴展、維修都很方便，缺點是體積比較大。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。系統(tǒng)構成非常靈活，安裝、擴展和維修都很方便，但是體積比較大。 3）疊裝式結構

16、吸收了整體式和模塊式的優(yōu)點，其基本單元、擴張單元等高等寬，但是長度不同。它不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的、體積小巧的長方體，而且輸入、輸出點數(shù)的配置也相當靈活。如三菱公司的FX2系列。整體式模塊式疊裝式特點 電源,cpu,I/O集中在一個機箱內(nèi)由機架和各種模塊組成整體式與模塊式結合起來優(yōu)點 結構緊湊,價格低,體積小配置靈活,裝配方便,便于擴展維修結構緊湊體積小配置靈活安裝方便樣機 美國GE公司的GE-I系列S7-300S7-400S7-200Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板 PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的：如專用總線、通信網(wǎng)絡及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機柜、電源模板亦各不相同。 編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結構均不一致，因此各公司的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個人計算機為基礎，在Windows平臺下，結合IEC11313國際標準的新一代開放體系結構的PLC。 3 3、按生產(chǎn)廠家分、