《PLC》第1章-可編程序控制器基礎(chǔ)

PLC第1章可編程序控制器基礎(chǔ)參考學時：6第1章主要內(nèi)容

1.1PLC定義

1.2PLC發(fā)展歷史

1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1.4PLC主要特點

1.5PLC應(yīng)用

1.6PLC工作原理PLC1.1PLC定義（1）PLC

可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字式電子系統(tǒng)。它采用了可編程的存儲器，用于在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類機械或生產(chǎn)過程。PLC1.1PLC定義（2）PLC開關(guān)量（數(shù)字量、邏輯量）：量值是離散的，如0、1模擬量（連續(xù)量）：量值的大小隨時間連續(xù)變化的量PC機：信息處理機，速度快、容量大PLC：過程對象處理機，控制開關(guān)量和模擬量

實時性、穩(wěn)定性、可靠性高1.1PLC定義（3）1.2PLC發(fā)展歷史（1）20世紀20年代起，控制系統(tǒng)主要是由繼電器、接觸器和定時器等器件靠導線連接構(gòu)成的。其主要缺點是：設(shè)備體積大，動作速度慢，功能少，硬布線導致通用性和靈活性差。60年代末，為適應(yīng)美國汽車制造業(yè)的激烈競爭，GM公司公開10點招標，制造新型控制系統(tǒng)。PLC

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺可編程序控制器，當時，它只能控制開關(guān)量，因此，被稱作“可編程序邏輯控制器PLC（ProgrammableLogicController)”。PLC隨著微處理器的應(yīng)用，現(xiàn)在，PLC的控制對象已擴展到模擬量。所以，1980年正式命名為可編程序控制器（ProgrammableController），但為區(qū)別于個人計算機PC，本課程延用PLC的簡稱。1.2PLC發(fā)展歷史（2）從控制功能上看，PLC經(jīng)歷了4個發(fā)展階段：PLC1.崛起階段（1969~1975），采用8位微處理器芯片CPU。2.成熟階段（1975~1979），拓展了模擬量控制功能。3.通信階段（1979~1985），拓展了網(wǎng)絡(luò)通信功能。4.加速階段（1985~現(xiàn)在），管控網(wǎng)功能不斷完善，及CRT顯示功能，開發(fā)DCS、SCADA、FMS、ESD系統(tǒng)。1.2PLC發(fā)展歷史（3）PLC單片機（SCM）工業(yè)計算機（IPC）可編程序控制器（PLC）集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）典型工控機（系統(tǒng)）1.2PLC發(fā)展歷史（4）PLC1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（1）美國PLC發(fā)展得最快：1984年有48家，生產(chǎn)150多種PLC1987年有63家，生產(chǎn)243種PLC1996年有70余家，生產(chǎn)近300種PLC著名廠家有A-B（Allen－Bradley）艾倫一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE－FANUC公司，TI（TexasInstrument）德州儀器公司，WESTHOUSEElectric西屋電氣公司，IPM（InternationalParallelMachines）國際并行機器公司等PLC歐洲PLC的廠家有60余家：西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺PLC金鐘默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG法國的TE(Telemecanique）（施耐德）瑞士的Selectron公司等1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（2）PLC1971年，日本從美國引進PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺PLC。日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家：三菱電機(MITSUBISHI)、歐姆龍(OMRON)、富士電機（FujiElectric）、東芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO)、松下電工（MEW）、和泉（IDEC）、夏普(SHARP）、安川等公司。1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（3）PLC我國在20世紀70年代末和80年代初開始引進PLC。我國早期獨立研制PLC的單位有：北京機械工業(yè)自動化研究所上海工業(yè)自動化儀表研究所大連組合機床研究所成都機床電器研究所中科院北京計算機所及自動化所長春一汽上海起重電器廠上海香島機電公司上海自力電子設(shè)備廠以上單位都沒有形成規(guī)?；a(chǎn)1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（4）PLC遼寧無線電二廠引進德國西門子技術(shù)生產(chǎn)PLC無錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)PLC中美合資的廈門A-B公司生產(chǎn)PLC上海香島機電公司引進技術(shù)生產(chǎn)PLC上海OMRON公司西安Siemens公司1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（5）PLC（1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展CPU處理速度nS級，內(nèi)存2MB（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（超大型和超小型）（3）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、與現(xiàn)場總線兼容的I／0（5）加強聯(lián)網(wǎng)和通信的能力（6）控制的開放和模塊化的體系結(jié)構(gòu)——OMAC（openModularArchitectureforControl）1.3PLC發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（6）1.4PLC主要特點（1）PLC1.編程簡單易學，梯形圖邏輯直觀，修改簡便。PLC系統(tǒng)：軟布線——編程方式繼電器控制系統(tǒng)：硬布線2.控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，通用性強。模塊化結(jié)構(gòu)3.抗干擾能力強，可靠性高。PLC硬件：選件精良，電路設(shè)計獨特，模塊結(jié)構(gòu)PLC軟件：預(yù)警系統(tǒng)WDT，自診斷系統(tǒng)PLC4.體積小，維護方便。5.縮短設(shè)計、施工、投產(chǎn)調(diào)試周期。PLC系統(tǒng)：硬件安裝與軟件設(shè)計同步實施

繼電器系統(tǒng)：先軟件設(shè)計，后硬件安裝6.三級網(wǎng)絡(luò)功能強大。設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)：DeviceNet控制層網(wǎng)絡(luò)：ControllerLink信息層網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)Ethernet1.4PLC主要特點（2）SYSMACBUSPCLinkEthernetHostLinkCompoBus/SControllerLinkInformationNetworkControllerNetworkComponentsNetworkSNTME-NETOMRON專有的開放的SLKCompoBus/DDeviceNetProfibusPLC1.4PLC主要特點（3）1.4PLC主要特點（4）

HUB中央控制室光纖適配器CS1DControllerLink光纖冗余環(huán)網(wǎng)DeviceNetCS1CS1CS1S……信息層控制層設(shè)備層Ethernet100M光纖以太環(huán)網(wǎng)

模擬屏NTProfibus……PLCPLC在工業(yè)自動化中起著舉足輕重的作用，在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于機械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、交通等行業(yè)。經(jīng)驗表明，80％以上的工業(yè)控制可以使用PLC來完成。在日本，凡8個以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來取代。1.5PLC的應(yīng)用（1）

目前，PLC被廣泛應(yīng)用在開關(guān)量控制、順序控制及模擬量回路控制中。PLC順序控制實例1：交通信號燈控制順序控制實例2：霓虹燈控制

順序控制實例3：自動門開關(guān)控制

G:/MVI_0012.AVI4：密碼門控制1.5PLC的應(yīng)用（2）2.電力工業(yè)3.汽車工業(yè)4.金屬冶煉5.電子工業(yè)8.玻璃工業(yè)11.電梯、立體車庫9.糧食，食品機械13.印刷、包裝機械10.郵電7.制冷工業(yè)14.煙草加工機械15.鐵路、公路隧道1.水處理16.港口、碼頭、機場17.陶瓷、塑鋼6.化工12.啤酒、發(fā)酵18.教育、娛樂PLC1.5PLC的應(yīng)用（3）

自來水：廣東東莞水廠，廣東南海水廠,江蘇連云港自來水廠,江蘇昆山水廠,南通狼山水廠,江蘇武進水廠,江蘇金壇水廠污水：濟南污水處理廠,太原楊家堡污水廠,武漢排江工程,上海通用汽車公司污水處理廠,蓮花味精廠污水處理

水處理系統(tǒng)歷來是歐姆龍的強項。典型水處理廠采用ControllerLINK構(gòu)筑了一個完整的PLC控制網(wǎng)絡(luò)，連接多個泵站、加藥站或瀑氣機、沉淀池，并能通過上位機進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)水處理的各個環(huán)節(jié)的全自動控制。江蘇淮陰水廠水處理OMRON中央監(jiān)控應(yīng)用實例

芬蘭島嶼城市坦培雷給排水處理廠的全面自動化坦培雷是兩大相連湖泊之間的島城，位于芬蘭首都赫爾辛基以北175公里。它包括周圍鄰近的五個市鎮(zhèn)（例如Nokia），居住著占芬蘭人口5％的居民。整個控制系統(tǒng)由芬蘭歐姆龍電子公司總承包，采用連續(xù)控制與模糊控制相接合的控制方式。已建成總長度達1750公里的管網(wǎng)用于飲用水配水和污水輸送，將總生物負荷匯集至25公里以外的兩個污水處理廠－Rahola和Viinikalahti。覆蓋郊區(qū)、跨越湖泊的污水管道以及67個泵站負責收集全部污水。所有泵站都按照集中化要求，通過無線通信和報警系統(tǒng)等手段進行遠程監(jiān)控、診斷、控制和運行。OMRONOMRONControllerLink網(wǎng)PLC2PLC1PLC3C200HE-CPU42NT631CPLC5PLC4觸屏ControllerLink網(wǎng)雙以太網(wǎng)中繼器錄像設(shè)備攝像機攝像機污水提升泵房初沉池細格柵間渦流沉砂池消防生活泵房總變電所接觸池PLC6PLC7鍋爐房中央控制室長春西郊污水處理廠控制系統(tǒng)圖CompoBus/D網(wǎng)鼓風機房進水井污泥脫水間二沉池加氯間3G3FV3G3FVOMRONOMRONOMRONPLC2-2PLC2-3PLC2-4工程師站Modem光環(huán)快速以太網(wǎng)100M天津咸陽路污水處理廠自控系統(tǒng)方案操作站OS操作站OSPLC3PLC1-1ModemPLC1-3PLC1-2PLC2-5ModemControllerLink(2M)RS2公共電話網(wǎng)ControllerLink(2M)PLC2-15.7寸觸摸屏10.4寸觸摸屏多屏幕顯示器多屏投影服務(wù)器Web服務(wù)器初沉泵房201－3第三分控站回流泵房106－5初沉泵房201－2初沉泵房201－1回流泵房106－4回流泵房106－3回流泵房106－2回流泵房106－1RS2PLC4CS1雨水泵房第四分控站出水泵房RS2PLC1第一分控站進水泵房沉砂池計量槽第一分變電站加藥間濃縮池濃縮泵房儲氣罐燃燒器PLC2RS2第二分控站鼓風機房加氯間中央控制室PLC-M密云路泵站PLC-X咸陽路泵站污泥消化系統(tǒng)污泥干化系統(tǒng)電站自動化系統(tǒng)RS2中央控制室監(jiān)控管理計算機1投影儀模擬屏10M/100M光纖轉(zhuǎn)換器數(shù)傳電臺MODEMMCP-MRS-232長沙一污自控系統(tǒng)圖UPS:1250VACS1廠長室化驗室管理計算機監(jiān)控管理計算機2中控室現(xiàn)場PLC1PLC2PLC3HUB局域網(wǎng)觸摸屏數(shù)傳電臺MODEMRTU鳳嘴泵站數(shù)傳電臺MODEMRTU陳家湖泵站OpticalfibreControllerlink電力工業(yè)

歐姆龍的PLC遍布大型發(fā)電機組，尤其是大型雙機熱備系統(tǒng)可無干擾地進行自動切換，保證了承擔的控制任務(wù)。主要可以運用在：化水、除灰、輸煤、程序控制、裝卸料機等方面.OMRON哈爾濱第三電廠雙機熱備系統(tǒng)具體應(yīng)用：哈爾濱第三電廠600MW機組馬灣電廠2×300MW機組柳林電廠2×100MW機組灤河電廠100MW機組營口電廠2×300MW機組巴基斯坦木扎法戈300MW機組廣州恒運熱電廠210MW機組上海閘北電廠100MW機組石橫電廠大連、德州、福州華能電廠秦山核電站秦皇島熱電廠邯鄲熱電廠新加坡電廠寧夏大壩電廠南京下關(guān)電廠通州電廠伊朗VAFRAGHAN.ASYABAK河南焦作電廠鐵嶺電廠南京揚子石化電廠歐姆龍PLC第一次全面取代DCS系統(tǒng)對2x35萬千瓦大型發(fā)電廠各個環(huán)節(jié)（包括主控和各個輔機）進行全面控制的系統(tǒng)。本系統(tǒng)作為電力部最后一個鑒定項目，給予達到國際DCS系統(tǒng)先進水平的評價，并建議推廣。福州華能電廠華能電廠控制系統(tǒng)構(gòu)成圖操作員站數(shù)據(jù)瀏覽端工程師站SCADADAPCDABSDEHOFWCDSEQCDRIVEEHCONVERTEREHCONVERTERMILLBURNERVALVEDRIVETTTYOTERUPSCMFCUP2APSUPIControllerLink網(wǎng)Ethernet網(wǎng)商用以太網(wǎng)

歐姆龍自80年代初就開始與中國的汽車工業(yè)密切合作，在中國汽車工業(yè)的象征──一汽，我們可以看到一輛輛紅旗轎車駛下由歐姆龍機器控制的生產(chǎn)線。主要運用在：噴涂線、焊裝線、沖壓線、熱處理爐控制、發(fā)動機生產(chǎn)線等方面。具體應(yīng)用：五十鈴汽車在中國的合資公司長春一汽柳州微型汽車廠雙喜輪胎公司奇瑞汽車生產(chǎn)線OMRON汽車工業(yè)涂裝線焊裝線四方機車車輛廠車廂溫度控制系統(tǒng)原采用OMRON的溫度控制儀目前采用由歐姆龍為其開發(fā)研制的專用控制器，其內(nèi)部采用CPM2A（40點）、MAD擴展和TS擴展，外殼采用CPM2AE模具。鐵路鐵道部第三勘測設(shè)計院機電一體化研究所機車車頭清洗機采用CPM1A目前山東青島、湖南長沙正在運行中鐵路鐵道部科學研究院通信信號研究所駝峰自動化控制系統(tǒng)原采用歐姆龍的C200HG，而目前改用CS1與CQM1H等新機種該系統(tǒng)獲得1990年國家科技進步一等獎改用新機型后，系統(tǒng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定可靠性進一步提高，目前在德州、原平、介休、迎水橋、石嘴山等站開通使用鐵路濟南鐵路局下屬兗州變電站電力控制系統(tǒng)采用CVM1D雙機冗余系統(tǒng)監(jiān)測鐵路電力信號分別應(yīng)用于濟兗段和泗水段的電力控制系統(tǒng)兩套系統(tǒng)于1999年和2000年正式投入運行，且至今仍正常工作鐵路成都鐵二院下屬海泰電氣工程公司現(xiàn)改為采用CS1機型，通過光纖ControllerLink

環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)整套系統(tǒng)的通信和冗余功能鐵路沿線供電系統(tǒng)的配電柜原采用C200HG

和NT形成單機系統(tǒng)鐵路二郎山隧道小甸中隧道馬鹿箐隧道四川綿廣高速公路（分水嶺隧道石翁子隧道）福寧高速公路羅寧高速公路福泉高速公路甘肅天饞高速公路高速公路隧道監(jiān)控說明：本地控制器之間網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓撲結(jié)構(gòu)為ControllerLink令牌冗余光纖環(huán)。本地控制器與外場設(shè)備的連接方式有可靠的電磁隔離和抗干擾能力，并符合相應(yīng)標準。LC1左洞LC10-14右洞監(jiān)控中心LC7左洞LC10-8LC2LC13LC3LC11LC12LC4LC6LC5LC10LC9左洞右洞大坪山隧道本地控制系統(tǒng)構(gòu)成圖本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤本地控制盤modemmodem高速公路隧道監(jiān)控具體應(yīng)用：重慶鈦白粉股份有限公司內(nèi)蒙古、蘭州、四川等地的鋁廠上鋼三廠、五廠，大通鋼結(jié)構(gòu)公司

PLC在冶金行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，從鋼鐵冶煉，錕壓，剪切到有色金屬冶煉中電解爐的控制、鑄造等。重慶鈦白粉股份有限公司四川和平鋁業(yè)金屬冶煉具體應(yīng)用：四川長虹集團咸陽彩虹集團北京松下、上海永新、南京華飛、中華映管電子工業(yè)安陽玻殼咸陽彩管長虹集團VCD、空調(diào)生產(chǎn)線

PLC在電子工業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用非常典型，從而有效地替代了傳統(tǒng)的繼電器，大大減少了故障率。PLC編程靈活、組合方便，從而滿足了現(xiàn)代電子工業(yè)生產(chǎn)小批量，多品種化的要求，大大提高了生產(chǎn)線的適用性。具體應(yīng)用：一冷開利長沙遠大雙良集團制冷工業(yè)

在制冷行業(yè)中，多家骨干企業(yè)都不約而同地選擇了歐姆龍的PLC。它不僅能實現(xiàn)單臺溴化鋰機組的控制，而且還能用ControllerLink網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多臺機組之間的數(shù)據(jù)傳送，并可通過以太網(wǎng)進行遠程監(jiān)控。長沙遠大操作屏及機柜一冷開利機組遠大中央空調(diào)具體應(yīng)用：西安筑路機械廠馬鞍山鋼鐵公司張家港市玻璃廠洛陽玻璃集團工廠建材工業(yè)洛玻生產(chǎn)線

河南洛陽玻璃集團公司是我國浮法玻璃最早的主要生產(chǎn)基地，在國內(nèi)有相當大的知名度，公司最新的流水線全部采用歐姆龍公司的設(shè)備，完成了玻璃熔漿、冷卻、剪切直至搬運包裝的全部工作。廠方對于整套系統(tǒng)給予了很高的評價。西安筑路機械廠具體應(yīng)用：上海大江飼料公司梅林制罐中美天津史克公司新疆利通番茄制品公司糧食、食品機械上海大江飼料公司無論從繼電器控制到PLC控制，還是從引進設(shè)備到國產(chǎn)配套，在大江公司技術(shù)進步過程中歐姆龍的PLC自始至終與其共同發(fā)展、共同提高。至今為止，被大規(guī)模使用的歐姆龍PLC創(chuàng)造了從不因為產(chǎn)品質(zhì)量問題而更換的奇跡。具體應(yīng)用：福州郵電局石家莊郵電局保定郵電局北京郵電局（中二局）承德郵電局秦皇島郵電局郵電郵政樞紐的主要機械設(shè)備采用歐姆龍CV系列大型PLC作為主控單元，運用了集散控制的分揀、運轉(zhuǎn)、包裹推掛系統(tǒng)。此外，增加的上位監(jiān)控功能，也給系統(tǒng)維護帶來了極大便利。整套系統(tǒng)運行可靠，使故障率大大降低，極大的提高了生產(chǎn)效率，保證了郵件的暢通無阻，帶來了良好的社會和經(jīng)濟效益。具體應(yīng)用：西子奧的斯電梯廠,沈陽東芝電梯西安斯達公司,蘇州迅達宏達電梯,浙江湖州巨人電梯

電梯行業(yè)不同于其他機械行業(yè)之處，在于其對自動化產(chǎn)品的要求較高。控制器的運行速度將直接影響到電梯的平層速度和精度。歐姆龍的PLC產(chǎn)品基本指令時間僅為0.1μs，如此快捷的運行速度能夠滿足電梯工業(yè)提出的各種要求。電梯、立體車庫西安斯達云燕立體車庫西子電梯具體應(yīng)用：七星集團恒安集團小松包裝

印刷、包裝機械包裝線印刷機塑料包裝袋生產(chǎn)線

印刷、包裝機械等屬于通用機械行業(yè)。而通用機械技改的主要方向就是實現(xiàn)自動化。作為世界頂尖的PLC制造廠商，歐姆龍尤其在中小型PLC上有顯著優(yōu)勢，而這種優(yōu)勢應(yīng)用到控制點數(shù)不太多的通用機械上，這就為我國的通用機械技術(shù)水平整體上一臺階提供了有力保障。煙草機械廈門卷煙廠徐州卷煙廠中科院沈陽自動化所鐵道部徐州機械廠沈飛工業(yè)集團特設(shè)科NetworkI/OdatarequestmessagesI/Odataresponsemessages

可編程序控制器的結(jié)構(gòu)

可編程序控制器的工作原理PLC1.6PLC的工作原理PLC1.6.1PLC結(jié)構(gòu)

CP1HPLC采用整體式結(jié)構(gòu)，由CPU、系統(tǒng)存儲器、用戶程序存儲器、I/O單元和編程器等組成。CPUI/O接口系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器現(xiàn)場輸入/輸出裝置編程器SYSBUS手編程器/上位計算機按鈕繼電器觸點行程開關(guān)接觸器線圈中央處理器系統(tǒng)程序存儲器電源部分用戶程序存儲器信號燈電磁閥輸出部分輸入部分PLC1.6.2PLC工作原理

PLC的工作原理

PLC的工作方式及流程

PLC的掃描周期

PLC的中斷PLC1.PLC工作原理

PLC作為一種執(zhí)行邏輯功能的工業(yè)控制裝置，由CPU完成邏輯運算功能，存儲器則保持邏輯功能，其工作原理參見以下等效電路圖。PLC工作原理圖PLC采用對整個程序循環(huán)、串行、掃描的工作方式。避免了繼電器控制系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的觸點競爭和時序失配的問題

建立在計算機工作原理基礎(chǔ)上，借助了微處理器的強大功能控制任務(wù)的完成是建立在可編程控制器硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)2.PLC工作方式與流程CPU工作流程圖通電后初始化I/O刷新外圍設(shè)備服務(wù)①②③④⑤是檢查I/O單元連接檢查系統(tǒng)硬件和程序存儲器檢查是否正常？置錯誤標志并接通閃爍指令