可编程控制器-系统概述.ppt

可编程控制器-概述,1-1,产生背景,1.1概述：PLC的产生与发展,1-2,上个世纪60年代，制造过程中继电器控制柜(屏)的广泛应用 一个应用系统中，要使用数百乃至上千只各式各样的继电器，通过大量的接线及其之间的互连关系来确定其控制功能。 这数以百千计的触点继电器以及众多的接线对整个系统的可靠性和可维护性都提出了巨大的挑战。 价格方面，继电器控制屏的价格包含着采购、接线和安装劳工等费用。制造继电器控制柜（屏）需要花费大量的安装接线时间和费用。 更为糟糕的问题是继电器控制系统的控制功能取决于继电器及其相互的硬接线关系，所以当需要变更控制功能时，就需要进行一次艰巨而又艰苦的重新接线。 无法预见的高额维护费用 这一切对于六十年代的汽车制造业矛盾日渐突出。对于先进控制系统的要求日渐清晰。这种新的控制系统应该具有很高的可靠性，故障检修简单方便，功能更改简单。,发展历程,1-3,1968年美国通用汽车公司GM公开招标，寻求一种新的控制装置 1969年DEC公司推出了世界上第一台可编程序控制器 70年代中期，美日一些厂家将微处理器引入可编程控制器，从而彻底打破了可编程控制器作为继电控制系统替代品的框框。 70年代末期到80年代初，为解决各厂家的可编程控制器系统、DCS系统的网络通讯各自为政、无法互联的局面，GM开始制订MAP(Manufacturing Automation Protocol)，可编程控制器网络走上标准化道路。 90年代，迅速发展的各种网络和现场总线技术被广泛地集成在可编程控制器系统中，可编程控制器及其相关系统为工厂自动化提供一种全集成自动化TIA的解决方案。,1.1概述：PLC的产生与发展,GM招标要求,1-4,编程简单，可以在现场修改程序，在使用者的工厂就能够迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程以及重新进行程序设计； 维护方便，最好是插件式，以便在最短的停车时间内维护系统； 能与数据收集处理系统进行通讯，以便监视系统的运行； 可靠性高于继电器控制柜，所有系统能够在工厂无特殊支持的环境条件下运行； 体积小于继电器控制柜，能耗也相应减小； 成本上可以与继电器控制柜竞争； 输入开关量能直接使用已有的按钮和限位开关所使用的交流115V； 输出能够直接驱动电动机启动器和电磁阀线圈，即输出量具有交流115V 2A的负载能力； 扩展时，原有系统只要很小的变更； 用户程序存储器容量至少能扩展到4K；,1.1概述：PLC的产生与发展,早期的可编程控制器,1-5,用于工业级 用于替代继电控制系统 改变其控制逻辑时，无需大量的重新接线和元件更改 用软件设计代替硬接线 输入输出装置可以与外部传感器、执行器直接连接 结构易于扩展 故障诊断简单，维护方便 早期的可编程控制器通常称为可编程逻辑控制器，是以准计算机的形式出现的。在硬件上简化了计算机的内部电路，并在接口上作了适应工业控制要求的变化。在软件上简化了计算机的编程指令和编程方式，采用了面向问题、面向用户、接近“自然语言（电路图）”的编程方式。 在这期间，还同时发展了矩阵式顺序控制器，这种控制器采用矩阵板上二极管的位置实现“与”，“或”，“非”等逻辑运算。,1.1概述：PLC的产生与发展,当前的可编程控制器,1-6,为工厂自动化提供全面的解决方案全集成自动化Total Integrated Automation,1.1概述：PLC的产生与发展,可编程控制器的名称,1-7,1980年美国电气制造商协会NEMA正式命名： Programmable Controller 可编程控制器 Note: 可编程控制器是在工厂的实际要求和应用中发展起来的。早期名称很不统一。 可编程控制器Programmable Controller的英文简写为PC。 可编程控制器Programmable Controller有时简称PLC，以区别于个人计算机（Personal Computer, PC）。 现在PLC是指可编程控制器Programmable Controller，而不是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。,1.2概述：PLC的定义,可编程控制器的定义,1-9,为工业环境应用而设计 循环扫描机制 第一编程语言:梯形图,可编程控制器及其相关系统的设计思想： 提供一种通用的控制产品，可以由OEM厂商(原始设备制造商)或最终用户根据具体的应用来进行配置、修改和定制。并且可编程控制器应用系统的支持和维护都可以由普通的电气技工来完成。 Programmable Controller vs. Industrial Personal Computer IEC1131的定义强调了可编程控制器是“数字运算的电子系统”，是真正的“为在工业环境下应用而设计”的工业控制计算机。,1.2概述：PLC的定义,可编程控制器的分类,1-10,由于可编程控制器的多样性，使其具有多种分类方式，在此我们根据可编程控制器的 规模 性能 结构 三个方面来作分类，这些分类有助于可编程控制器的选型及应用。,1.3概述：PLC的分类,根据规模分类,1-11,可编程控制器的规模以所配置的输入/输出点数来衡量 小型：I/O点数1024(up to 8k and more)，用户程序容量数十,数百kW 应该指出大、中、小的规模主要是指I/O点数，程序容量在目前的多数可编程控制器中是可以扩展，扩展后可达数十兆。,1.3概述：PLC的分类,根据性能分类,1-12,低档：性能主要局限于原来的继电器控制系统的替代品。功能主要是各种逻辑运算，定时，计数，移位等。主要配置开关量输入/输出模块。 中档：除了低档可编程控制器具备的功能外，中档产品具备了诸如数据运算、传递、比较、代码转换等功能，开关量I/O点数也较多，另外有模拟量I/O和远动I/O，其中远动I/O借助于通讯功能来实现。 高档：除了中低档产品的功能外，高档产品借助于其一个或多个高性能的微处理器为工业应用提供了大量的高级功能，诸如浮点运算、文件管理，往往提供了对上，对下的多种网络通讯方式，高档产品是一个完整系列产品，为整个工厂自动化提供了一个完整的解决方案。,1.3概述：PLC的分类,根据结构分类,1-13,整机型：它将电源，CPU和少量I/O(开关量)组装在一个机壳内，称为基本单元。当I/O点数不足或需要诸如模拟量I/O等功能时就需要通过扁平电缆(并行内部总线)连接扩展单元。小型可编程控制器较多地采用这种形式，其结构紧凑，便于安装，成本降低。 模块型：可编程控制器的各个功能模块在结构上也以单独的模块形式出现，如电源模块，中央处理模块，各种I/O模块，他们通过一个共同的基板或者机架上的内部总线构成一个完整的控制系统。这种结构一般在中大型、高档产品中采用。随着近年来小型产品高档化的发展趋势，在小型系统中也有出现。,1.3概述：PLC的分类,Example:SIEMENS,1-14,1.3概述：PLC的分类,Example:Matsushita,1-15,1.3概述：PLC的分类,Example:Schneider,1-16,TSX Neza Modicon TSX Quantum TSX Premium,TSX Momentum TSX Micro TSX Compact,1.3概述：PLC的分类,可编程控制器的特点,1-17,可编程控制器的特点和他的设计思想是分不开的，它以用户在工业现场的需要为目标。 高可靠性 编程简单，使用、维护方便,1.4概述：PLC的特点,可编程控制器的特点:高可靠性,1-18,工业生产要求控制设备具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境下可靠地工作。 平均无故障时间MTBF(Mean Time Between Failure) 平均修复时间 MTTR(Mean Time To Repair) 故障原因： 1. 外界恶劣环境引起 2. 器件失效引起 通过器件选择、硬件(屏蔽、滤波、电源调整保护、隔离、自诊断)、软件(故障检测、信息保护)、结构(模块结构)设计入手提高MTBF、减少MTTR。 (含冗余技术),1.4概述：PLC的特点,可编程控制器的特点:使用方便,1-19,使用方便、编程方便、维护方便 梯形图语言继承了传统的继电控制线路形式，是一种面向使用的编程方式。 使用者在应用程序设计中只需要关心生产工艺流程。 产品的系列化和模块化是大量的工作通过选型和配置完成。 完善的自诊断能力。,1.4概述：PLC的特点,可编程控制器的发展趋势,1-20,廉价小型和高档小型的可编程控制器及其相关产品 更加完善地为工厂自动化系统提供一揽子解决方案,1.5概述：PLC的发展趋势,工厂自动化FA( factory automatic),1-21,现代工业企业自动化应该是一个既负责企业管理经营又负责生产控制的综合自动化系统。,概述：工厂自动化FA,工厂企业自动化模型,1-22,ISO企业自动化模型 NBS工厂计算机控制系统模型,概述：工厂自动化FA,工厂企业自动化的金字塔结构,1-23,上 层负责进行生产管理 中间层负责生产过程的监控和优化 底 层负责现场检测与控制,概述：工厂自动化FA,工厂企业自动化,1-24,概述：工厂自动化FA,Total Integration Automation,1-25,概述：工厂自动化FA,全集成自动化 Total Integration Automation,1-26,概述：工厂自动化FA,工业操作环境,1-27,油污灰尘 振动与冲击 温度极限 湿度 电磁干扰 电源,概述：工厂操作环境,小 结,可编程控制器是工厂自动化中应用最广泛、最普及的控制装置；是一种真正意义上的工业控制计算