第一章_PLC的概述.ppt

1,可编程控制器原理及系统,教师：廖孝勇Email:lxy_2501TEL:13594024153023-65106188,2,教材：,智能电器与MicroLogix控制器钱晓龙李鸿儒编著机械工业出版社,可编程序控制器原理与设计DavidA.Geller著清华大学出版社ControlLogix系统水泥行业自动化应用培训教程钱晓龙编著机械工业出版社,参考：,3,第一章、PLC控制系统的概述,PLC的应用情况顺序控制器的演变PLC的基本特性PLC的未来趋势主要的PLC厂家及产品,PLC在工业控制中的应用,工业部门对各种工业自控设备的需求,PLC在工业控制中的应用,电力工业-输煤系统、锅炉控制.纺织工业-手套机程控、染缸群控.机械工业-数控机床、自动装卸.汽车制造-自动焊接、装配生产线冶金行业-轧钢机控制、配料控制食品行业-啤酒灌装线、配比控制公用事业-高楼电梯控制、水厂控制.,PLC的应用情况顺序控制器的演变PLC的基本特性PLC的未来趋势主要的PLC厂家及产品,控制器是自动控制系统核心部分，其运算方式及处理能力是系统基本特征，其演变过程具有明显的时代痕迹。,/模拟调节器调节器DCS-/数字调节器/控制器综合自动化/固定式顺序控制器/顺序控制器PLC矩阵式顺序控制器/DCS-DistributedControlSystemPLC-ProgrammableLogicControllerPC-ProgrammableController,控制器的种类及演变,控制器在闭环控制系统中接受来自受控对象的测量信号，按一定的控制规律产生控制信号推动执行器工作，完成闭环控制称为调节器。,用于开环控制系统的控制器称为顺序控制器，它按照预定的时间顺序或逻辑条件顺序推动执行器实现开环控制。,顺序控制器SequentialController,按预先规定的时间顺序或逻辑条件顺序进行工作的控制器。在实际应用中往往是时序和条件的综合控制。20世纪50年代大多采用继电器的固定式顺序控制器20世纪50年代后期出现了二极管的矩阵式顺序控制器20世纪60年代末发明了可编程逻辑控制器20世纪70年代以来，PLC迅速发展,顺序控制的基本器件电磁继电器,继电器的图形符号,a线圈一般符号b通电延时线圈c断电延时线圈,顺序控制的基本器件按纽结构图,1按纽帽2复位弹簧3动触点4常闭静触点5常开静触点,电机的直接起停控制,14,N,电机的直接起停控制,固定式继电控制举例,固定式继电控制举例,固定式继电控制的特点,利用触点完成逻辑运算，运算关系依靠硬接线的方式实现。因此选用的继电器种类繁多，装置体积庞大。这类装置只适应预定的逻辑条件，属于专用型装置。一旦控制要求发生改变，就需重新设计和配线。安装的工作量大，适应能力低，调试、故障诊断困难。更难完成通讯连网的任务，装置通常独立于系统之外。,固定式继电控制的特点,继电器的触点用得多，线头接点多，必将导致装置的故障率高，可靠性低;继电控制装置只能根据具体的要求进行设计和制作，缺乏相应的标准，功能扩展不便;继电控制是一种并行处理方式，其设计方法体现了面向对象的思想。其控制回路常称为梯形图，为广大电气工程师所熟悉。发展成可编程控制器的一种程序设计语言。,矩阵式顺序控制器输出矩阵示意,矩阵式顺序控制器输出控制程序示意,顺序控制器常用检测控制元件,PLC的诞生,针对顺序控制装置的种种不足及不便，美国DEC公司于1969年研制成功第一台PLC。主要是为满足GM公司缩短汽车改型而需经常调整自动控制系统的周期和费用。在PLC中用存储器的位代替继电器，该位既是线圈又是触点。当线圈看待时，对该位进行写（1或0）。作为触点看时，则对该位执行读。其原值代表常开，而其非就代表了常闭。代表触点时可无限制地重复使用。由此带来革命性的变革，逻辑运算不需硬接线，体积相对庞大的继电器由软继电器所代替。,PLC的诞生,1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。1974年，中国研制出第一台PLC。,PLC的概念,国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：可编程序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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。,PLC的应用情况顺序控制器的演变PLC的基本特性PLC的未来趋势主要的PLC厂家及产品,可编程控制器不是继电控制的简单替代品,其功能继电器控制无法比拟：定时控制计数控制步进(顺序)控制PID控制数据控制：PLC具有数据处理能力。逻辑控制通信和联网PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，高速计数模块等。,性能上可编程序控制器更有以下特点：,可靠性所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。,性能上可编程序控制器更有以下特点：,易操作性PLC的编程大部分可以用电脑直接进行，更改程序简单、然后可以在线或离线更改；PLC有多种程序设计语言可以使用，梯形图与电气原理图相似；PLC所具有的自诊断功能对维修人员的技术要求较低，当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断可直接找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间，降低了MTTR。,性能上可编程序控制器更有以下特点：,灵活性PLC采用的标准编程语言有梯形图、指令表、功能图表、功能模块图和结构化文本编程语言等。使用者只要掌握其中一种编程语言就可进行编程，编程方法的多样性使编程方便；PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可以根据应用的规模不断扩展，即进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出卡件增加点数，通过扩展单元扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能；操作的灵活性指设计工作量、编程工作量、和安装施工的工作量的减少。操作变得十分方便和灵活，监视和控制变得很容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作得到简化，不同生产过程可采用相同的控制台和控制屏等。,性能上可编程序控制器更有以下特点：,安装简单、维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。,PLC的应用情况顺序控制器的演变PLC的基本特性PLC的未来趋势主要的PLC厂家及产品,32,1、向高性能、高速度、大容量发展,大型可编程序控制器采用多CPU结构，不断地向高性能、高速度和大容量方向发展，如使用32位微处理器等,2、向超大型、超小型两个方向发展。,微型可编程序控制器的价格便宜，性能价格比不断提高，很适合于单机自动化或组成分布式控制系统。,3、大力开发智能型I/O模块、加强联网通信能力,PLC厂商不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。,33,4、增强外部故障的检测与处理能力,根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前两项共20%故障属于PLC的内部故障；其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂商都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，以期进一步提高系统的可靠性。,5、专业化,在通用功能基础上针对不同行业应用特点开发专业化PLC产品，可以提高产品性能、降低产品成本，可以提高产品易用性和专业化水平，提高产品综合竞争实力。这种专业化应用体现软件功能上，也体现硬件构成上。,34,6、可编程序控制器编程语言的标准化,与个人计算机比，PLC的硬件、软件体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用，通信网络和通信协议也是专用的，编程语言和指令系统也不一致，IEC制定了PLC标准（IEC1131），其中的第3部分（IEC1131-3）是PLC的编程语言标准。,7、可编程序控制器的软件化与PC化,目前已有很多厂家推出了在PC上运行的可实现PLC功能的软件包。亚控公司的KingPLC，研华公司的基于PC的软逻辑控制器ADAM-5501/P31。,8、与DCS相互融合,用PLC同时实现过程与顺序控制,PLC组成分散式控制系统,PLC的应用情况顺序控制器的演变PLC的基本特性PLC的未来趋势主要的PLC厂家及产品,目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。,国内外主要厂家PLC产品简介,日本PLC主要生产厂家及产品性能,日本三菱公司PLC小型：F1F2FX系列大中型：A系列、QnA系列、Q系列日本欧姆龙（OMRON）公司PLCSYSMACC系列PLC整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型OMRON中型机以C200H系列最为典型,日本松下公司PLC松下公司的PLC产品中，FPO为微型机，FP1为整体式小型机，FP3为中型机，FP5/FP10、FP10S（FP10的改进型）、FP20为大型机，其中FP20是最新产品。,日本PLC主要生产厂家及产品性能,欧美PLC主要生产厂家及产品性能,美国罗克韦尔公司PICO系统MicroLogix系统SLC-500系统PLC-5系统ControlLogix系统CompactLogix系统FlexLogix系统美国通用电气公司GE系列PLCGE公司的代表产品是：小型机:GE-1、GE-1/J、GE-1/P中型机:GE-大型机:GE-,欧美PLC主要生产厂家及产品性能,德国西门子（SIEMENS）公司S系列PLC德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。,欧美PLC主要生产厂家及产品性能,小型：SIMATICS7-200PLC中型：SIMATICS7-300PLC大型：SIMATICS7-400PLC工业通讯网络（SIMATICNET）人机界面（HMI）硬件SIMATICS7工业软件：编程工具、基于PC的控制软件、人机界面软件。,瑞典和瑞士的ABB法国施耐德的Modicon,国产PLC主要生产厂家及产品性能,我国有许多厂家、科研院所从事PLC的研制与开发，如中国科学院自动化研究所的PLC-0088，北京联想计算机集团公司的GK-40，上海机床电器厂的CKY-40，上海起重电器厂的CF-40MR/ER，苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A，原机电部北京机械工业自动化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭州机床电器厂的DKK02，天津中环自动化仪表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立电子设备