可编程控制器综述.ppt

1,可编程控制器的应用技术,郑刚,2,联系方式,教师：郑刚 办公室：北京工业大学西区基础楼406 办公电话：67391621, 67391618 手机邮箱：,3,课程内容,可编程控制器综述 PLC的基本组成和工作原理 可编程控制器的基本指令 可编程控制器的其它编程语言简介 可编程控制器的应用举例,4,参考书目,可编程控制器应用技术与设计实例，高钦和 编著，人民邮电出版社，2004年7月，32元 PLC分析与设计应用，周万珍 高鸿斌 编著，电子工业出版社，2004年1月，25元 可编程控制器入门与应用实例（三菱FX2N系列），张万忠 孙晋 编著，中国电力出版社，2005年，19元,5,考核方式,开卷考试+平时成绩 卷面成绩占60% 平时成绩占40%，分4次试验 电动机控制 红绿灯控制，梯形图 人行横道交通灯，顺序功能图 双门通道控制，结构文本,6,第1章 可编程控制器综述,1.1 PLC的发展简史和定义,1.2 PLC的特点及应用,7,三菱PLC外形图,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,8,西门子PLC外形图,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列PLC,9,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,10,SLC500,11,1.1 PLC的发展简史和定义,一、PLC的诞生,机械控制,分立 非线性,气动控制,标准信号 标准功能,电气控制,标准信号 标准功能 低成本,PLC/DCS,标准信号 标准功能 低成本 编程语言 集中控制,工业自动化的发展史,12,PLC的由来,1968年美国通用汽车公司（GM）提出了“GM十条”,13,10项指标的核心为以下四点：,用计算机代替继电器控制。 用程序代替硬件接线。 输入/输出电平可与外部装置直接连接。 结构易于扩展。,1969年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。这一时期它主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算。,14,主电路原理图,PLC控制原理图原理图,传统的继电接触控制原理图,15,设计思想是吸取继电器和计算机两者的优点,继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜； 计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难； 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）,16,可编程序控制器(PLC)发展的几个阶段,70年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能,17,80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，其名称演变为可编程控制器，简称PC (Programmable Controller) 。但由于PC容易和个人计算机 (Personal Computer) 相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。,18,近年来随着PLC的发展，PLC因集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。 PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。,我国PLC的发展,1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，主要的控制方式是开关量控制。,从1982年开始，由于合资或引进技术、生产流水线等，使我国PLC的应用有了较大的发展。同时也促进了PLC的发展。,19,1985年1月国际电工委员会（IEC）的定义： “可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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指令，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，易于扩充的原则设计”。,二、PLC的定义,20,1.2 PLC的特点及应用,一、PLC的特点,1. 可靠性高，抗干扰能力强,这往往是用户选择控制装置的首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。,硬件措施：屏蔽、滤波、隔离、采用模块式结构。,软件措施：故障检测、信息保护及恢复、设置警戒时钟WDT、对程序进行检查和检验。,21,2. 通用性强、使用方便,PLC产品已经系列化和模块化，PLC的开发制造商为用户提供了品种齐全的I/O模块和配套部件。用户在进行控制系统的设计时，不需要自己设计和制造硬件装置，只需根据控制要求进行模块的配置。用户所做的工作只是设计满足控制对象的控制要求的应用程序。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序，就能变更控制功能。,3. 采用模块化结构，系统组合灵活方便,PLC的各个部件，均采用模块化设计，各模块之间可由机架和电缆连接。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，使系统的性能价格更容易趋于合理。,22,4. 编程语言简单、易学，便于掌握,PLC由继电气、接触器控制系统发展而来的一种新兴的工业自动化控制装置，其主要的使用对象是广大的电气技术人员。PLC的开发制造商为了便于工程技术人员方便的学习和掌握PLC的编程，采取了与继电器、接触器控制原理相似的梯形图语言，从而使之易学、易懂。,5. 系统设计周期短,由于系统硬件的设计任务仅仅是根据对象的控制要求配置适当的模块，而不要去设计具体的接口电路，这样大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程的进度。,23,6. 对生产工艺过程改变适应性强,PLC的核心部件是微处理器，它实质上是一种工业控制计算机，其控制功能是通过软件编程来实现的。当生产工艺发生变化时，不必改变PLC硬件结构，只需改变PLC中的程序，这对现代化的小批量、多品种产品的生产尤其适合。,7. 安装简单、调试方便、维护工作量小,PLC控制系统安装时，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连。软件设计和调试大多可在实验室里进行。 由于PLC本身的可靠性高，又有完善的自诊断能力，一旦发生故障，可根据报警信息迅速查明原因。,24,二、PLC的应用,1. 开关量逻辑控制,PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。这是PLC的最基本最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器、接触器的控制。,2. 模拟量控制,在工业生产过程中，有许多控制量是连续变化的物理量，如温度、压力、流量、位移等，这些都属于模拟量。为了实现工业控制领域对于模拟量控制的广泛要求，许多PLC都具备了处理这些模拟量的功能，即在PLC中配置了A/D和D/A模块。,25,3. 运动控制,PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或数轴到目标位置，当每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。,4. 过程控制,PID(Proportional-Integral-Derivative) 模块的提供使 PLC 具有对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环控制功能。当控制过程中某个变量出现偏差时， PID 控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。 PID 算法一旦适应了工艺，就不管工艺混乱而保持设定值。,26,5. 定时和计数控制,PLC 具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供几十甚至上百个、上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户任意设定，实现定时和计数的控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数模块。,6. 顺序控制,在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或用移位寄存器编程来实现顺序控制。,27,7. 数据处理,现代的PLC 不仅能进行算术运算、数据传送、排序、查表等，而且还能进行数据比较、数据装换、数据通讯、数据显示和打印等，具有很强的数据处理能力。,8. 通信和联网,为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（ FA ）系统、柔性制造系统（ FMS ）及集散系统等发展的需要，首先必须发展 PLC 之间、 PLC 和上级计算机之间的通信功能。其次远程I/O 模块按功能各自放置在生产现场分散控制，采用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。,28,三、PLC与其他工业控制系统的比较,1. PLC与继电器比较,继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能。 PLC控制只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较。传统的继电器控制大多数将被PLC所取代。,29,2. PLC与工业计算机比较,工业控制机控制要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。 PLC采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。 PLC是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。 在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。,30,3. PLC与单片机系统比较,单片机系统硬件需人工设计、焊接，需较强的电子技术技能，抗干扰能力差。 单片机系统程序设计较难，维护、使用需较强的专业知识，系统更新换代周期长。 PLC系统的硬件设计简单，维护方便。 PLC系统软件设计简单易学， 便于推广应用。,31,三、PLC的发展趋势,1. 系列化、模块化,每个PLC生产商都有自己的系列化产品，同一系列的产品指令向上兼容，扩展设备容量以满足新机型的推广和应用。 为提高产品的竞争力，使系统的构成更加灵活、方便，就必然要开发各种模块。模块的体积小，相互连接方便，使用简单，通用性强。,32,2. 小型机功能强化,随着微电子技术的进一步发展，PLC的结构必将更为紧凑，体积更小，而安装和使用更方便。很多小型机不仅有开关量I/O，而且还有模拟量I/O，高速计数器，PWM输出等。一般都具有联网功能。,3. 中、大型机高速度、高功能、大容量,随着自动化水平的提高，对中、大型机处理数据的速度要求也越来越高。随着高性能处理器的应用，扫描时间越来越短