PLC专业认识实习

1、一、概述工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分，是现代制造领域中最重要的技术之一 。当前用于工业控制的计算机可分为几类：可编程序控制器（PLC）工业控制计算机单片机可编程调节器集散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS）DCS：是由化工行业回路仪表控制系统发展起来的分布控制系统，在连续量的模拟控制和回路调节等方面有一定的优势，是控制（工程师站）、操作（操作站）、现场仪表（现场测控站）三级结构，组态成相对

2、固定的功能，主要是模拟信号，从上到下是树状拓扑大系统，关键是通信。在发展中仍然保持其过程控制的功能和特色。上世纪70年代出现。用于象石化、火电厂等大规模的连续过程控制。缺点是成本高、不通用。主要制造商：贝利、西屋、霍尼韦尔、泰勒、西门子、FOXBORO、ABBPLC：是由继电器逻辑控制系统发展而来的，在开关控制和顺序控制方面有一定的优势，以开关量（顺序控制）为主，大多需要编程，非常灵活，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，与计算机互连，可实现大规模的控制系统网络，能在线组态、编程和下装，在线监控整个生产过程，具备了集散控制系统的形态和功能。现已经成为通用工业控制装置，是当代工业自动化的

3、主要支柱之一。FCS：全数字、智能、多功能取代模拟式单功能仪表仪器及控制装置。在总线上个仪器仪表是平等的。主要制造商：ABB、SIEMENS、SCHNEIDER、AB、HONEYWELL由三种典型FCS：（1）连续的工艺过程自动控制，石油化工（2）分立的工艺动作自动控制，汽车制造机器人、汽车（3）多点控制，楼宇自动化PLC作为一个站挂在高速总线上，充分发挥其控制优势。如火电厂辅助车间的补给水处理、循环水、除灰除渣、输煤车间等，多以顺序控制为主，有其独特的控制优势。PLC从单机控制、流水线到组成分布式控制系统。在80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于P

4、LC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场。 计算机控制系统是指用单片处理器或工业微机、工控机组成的计算机控制系统。20世纪60年代，小型计算机出现后，人们试图用小型计算机来取代当时的继电器控制系统，未获成功，代之的是PLC的出现、应用和发展。PLC的编程概念和控制思想是任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源。21世纪的工业控制领域，PLC仍然能够引导自动化行业的发展。PLC在工业控制中获得了极大的成功，成为工业控

5、制的主流。二、PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，以强大的控制功能，极高的可靠性，使用方便等突出特点，广泛应 用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、 交通等行业。经验表明， 80 以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。三、PLC制造商及品牌全世界PLC生产厂家约200家，生产300多个品种。美国：罗克韦尔公司（AB）、MODICON莫迪康公司、GEFSNUC公司、TI（Texas Instrument）德州仪器公司、WESTHOUSE Electric西屋电气公司欧洲:德国的西门子（Sieme

6、ns）、法国的TE(Telemecanique）(施耐德）瑞士的Selectron公司 、ABB公司日本：三菱电机(MITSUBISHI)、欧姆龙(OMRON)、富士电机（Fuji Electric）、东芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO)、松下电工（MEW）四、可编程序控制器（PLC）发展趋势中国的PLC市场将在2006年达到39亿元人民币，增长率也将超过15%。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。1、微型化；2、网络化过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。现场总线技术及以

7、太网技术也同步发展，所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状稍好一些 。网络向上连是互联网问题，向下连是现场总线问题，通信是PLC应用的关键技术。 EtherNet/IP现在已经是比较成熟的工业以太网，它基于标准TCP/IP以太网和通用工业协议（CIP）来解决实时性、功能安全、确定性和稳定性。工业以太网技术的优势：应用广泛；成本低廉，目前，其网卡的价格只有CONTROLNET等专用网卡的十分之一或更低；通信速率高；软硬件资源丰富；可持续性强；兼容性好；工控厂家的广泛支持和应用。国外知名PLC厂商，都纷纷推出了各自的工业以太网产品和网络体系，以适应市场需求；并且也在技术上加以改进，以

8、使其适应工业控制方面的要求。 3、PC化随着软PLC（Soft PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。4、开放性编程语言标准化：使用与IEC61131-3标准兼容的程序设计语言，包括梯形图、功能模块图表、顺序功能图表、结构化文本和指令表等程序设计语言。五、PLC的构成及原理1、PLC的硬件系统PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成，其结构示意图如图2-1所示。2、PLC的软件系统系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更

9、改。系统程序分为系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用程序。用户程序用户程序又称为应用程序，是用户为完成某一控制任务而利用PLC的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。PLC的编程和微机的编程一样，用户程序需要一个编程环境、一个程序结构和一个编程方法。3、PLC的基本配置根据PLC的结构类型，基本配置分三种：（1）整体式结构 采用整体式结构的PLC将CPU模块、输入/输出模块、电源模块和通信接口模块等基本模块紧凑地封装在一个机壳内，构成一个整体。微型、小型PLC一般采用整体式结构，适用于控制比较集中的工业现场。（2）模块式结构 这种结构的PLC控制点

10、数比较多、功能比较强。各模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，安装时将这些模块插在框架或基板上即可，它们由系统自动进行寻址连接，插入何种模块可根据需要进行配置。大、中型PLC多采用模块式结构，适应各种工业现场的分布式控制。（3）混合式结构 混合式PLC由PLC主机和扩展模块组成。其中PLC主机由CPU、存储器、通信电路、基本输入/输出电路、电源等基本模块组成，相当于一个整体式PLC，可以单独完成控制功能。而扩展模块可以是输入/输出模块、模拟量模块、位置控制模块、PID模块、联网控制模块等智能模块，模块之间通过总线进行连接，由主模块统一管理。4、PLC工作原理PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期

11、扫描）。连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描，扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，CPU反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。如图2-10所示，PLC在一个扫描周期中完成以下5个扫描过程。六、S7-200系列PLC系统特性及硬件构成S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC，它适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列PLC功能强

12、大，不论是独立运行，还是构成网络皆能实现复杂的控制功能。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五种CPU模块。编程时，用户只需记住软元件的地址即可。每一个软元件都有一个地址与之相对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，分别用I、Q、T、C、SM等来表示。当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/O的扩展。I/O扩展包括I/O点数的扩展和功能模块的扩展。扩展模块的数量受两个条件约束：一个是基本单元能带扩展模块的数量；另一个是基本单元的电源承受扩展模块消耗DC5V总线电流的能力。七、S7-200 系列PLC的编程语言及程序结构S7-200系列PLC的编程语言非常丰富，有LAD（梯形图）、STL（语句表）、FBD（功能块图/逻辑功能图）、顺序功能图（SFC）等，用户可以选择一种语言编程，如果需要，也可混合使用几种语言编程。这些编程语言都是面向用户的，它使控制程序的编写工作大大简化，用户程序开发、输入、调试和修改非常方便。梯形图（LAD）编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演