第一章 可编程序控制器概述.

1、沈阳化工大学沈阳化工大学信息工程学院信息工程学院主讲主讲：宗学军宗学军Programmable Logical Controller 简单简单速度控制速度控制 (简易的同步操作)M工作台工作台截刀截刀CLR 輸出功能輸出功能 OFFMY0Y2脈沖串輸出脈沖串輸出正正转转 / 反反转信号转信号PLSV 50000 Y0 Y2可可改变改变速度速度脉冲脉冲指令指令M8140伺服放大器伺服放大器伺服放大器伺服放大器综合自动化系统组成ERP企业资源计划系统MES制造执行系统PCS生产控制系统故障诊断 现场控制系统（DCS, PLC, FCS）综合集成软件平台关系数据库实时监控软件平台实时数据库销售管理工

2、艺计算特定先控软件模糊控制过程动态检测软测量计划排产优化调度质量监控成本管理数据校正实时优化人力资源财务管理库存管理企业信息集成设计建模软件预测函数控制设备管理工业电视监测*计算机控制系统概述计算机控制系统组成计算机控制系统组成计算机控制系统分类计算机控制系统分类 计算机控制装置种类计算机控制装置种类 概 述计算机控制技术及工程应用-是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学科，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。下图为一个制药车间的自动化生产流程。控

3、制系统概念 计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的; 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环控制(图1-1b所示)两种结构形式; 计算机控制系统原理组成用控制计算机代替图1-1的控制器，如图1-2所示；（1）闭环控制系统闭环控制系统-闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合

4、回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。euqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送器测量变送器偏差偏差给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 测量值测量值r+_zf干扰干扰图图1-1(a) 闭环控制系统闭环控制系统（2）开环控制系统开环控制系统-不同于闭环系统，它不需要被控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。uqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 r(b) (

5、b) 开环控制系统开环控制系统（3）计算机闭环控制系统原理组成计算机闭环控制系统的原理组成-是把图1-1中的控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。+re偏偏差差计计算算机机D/A执执行行器器被被控控对对象象uqyA/D测测量量变变送送器器z测测量量值值给给定定值值控控制制计计算算机机生生产产过过程程控控制制作作用用操操纵纵变变量量被被控控量量图图1 1- -3 3 计计算算机

6、机控控制制系系统统原原理理框框图图- 图图1-2 计算机控制系统原理图计算机控制系统原理图 （4）计算机控制系统的监控过程步骤a.a.实时数据采集实时数据采集-对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入采集和输入 ；b.b.实时数据处理实时数据处理-对采集到的被控量进行分析、比较和处理，对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制按一定的控制规律运算，进行控制决策；决策； c.c.实时输出控制实时输出控制-根据控制决策，适时地对执行器发出控制根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；信号，完成监控任务； 控制系统分类

7、数据采集系统（数据采集系统（DASDAS）操作指导控制系统操作指导控制系统 (OGC)(OGC)直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDCDDC）监督计算机控制系统监督计算机控制系统(SCC(SCC）分散控制系统（分散控制系统（DCSDCS）现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）数据采集系统（DAS）计计 算算 机机工工业业对对象象器器换换转转D/A采采样样器器测测量量元元件件统统系系集集采采据据数数1 1图图5 5- -显显 示示 终终 端端打打 印印 机机 数据采集系统数据采集系统(Data Acquisition System)-(Data Acquisition Syste

8、m)-是计算机应用于生产过程控制最早、也是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，如图是最基本的一种类型，如图1-51-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发送和送和A/DA/D通道或通道或DIDI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。 操作指导控制系统(OGC)操作指导控制系统-是基于数据采集系统的一种开环结构，如图1-6所示。计算机根据采集到的

9、数据以及工艺要求进行最优化计算，计算出的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指导的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。OGC系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个回路。计计 算算 机机工工业业对对象象器器换换转转D/A采采样样器器测测量量元元件件显显示示终终端端打打印印机机控控制制仪仪表表 图图1 1- -6 6 操操作作指指导导控控制制系系统统操作指导控制系统(OGC)直接数字控制系统（DDC）DDC系统-是用一台计算机不仅完成对多个被控参数

10、的数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，为了操作方便，DDC系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能的操作控制台。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了多个模拟调节器，而且在各个回路的控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控制。计计算算机机生生产产过过程程显示显示打印机打印机报警报警操作台操作台）ID，D/A（入入输输程程过过）ODA/D（出出输输程程过过图图1-7 1-7 直接数字控制系统直接数字控制系统，直接数字控制系统（DDC）监督计算机控制系统（SCC）监督计算机控制系统即SCC-是OGC系统与

11、常规仪表控制系统或与DDC系统综合而成的两级系统，如图1-8所示。显然，这属于计算机在线最优控制的一种形式。当上位机出现故障时，可由下位机独立完成控制。下位机直接参与生产过程控制，要求其实时性好，可靠性高和抗干扰能力强；而上位机承担高级控制与管理任务，应配置数据处理能力强，存储容量大的高档计算机。工艺数据工艺数据工艺数据工艺数据显示显示打印打印报警报警显示显示打印打印报警报警机机算算计计CCS机机算算计计CCS测量测量测量测量控制控制控制控制模拟控制器CDD生生产产过过程程生生产产过过程程用用计计算算机机(a)统统系系器器制制控控拟拟模模+ +CCS图1-8 监督计算机控制系统的两种结构形式图

12、1-8 监督计算机控制系统的两种结构形式给定值给定值给定值给定值采集采集采集采集统统系系制制控控CDD+CCS (b)分散控制系统（DCS）分散控制系统-是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的先进计算机控制系统。由于早期开发的分散控制系统在体系结构上具有分散式系统的特征，因此国外将该类系统取名为分散控制系统，国内也有人将其称为集散型控制系统，或者是分布式控制系统。分散控制系统简称为DCS。DCS 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则。操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、数字调节器、数字调节器、PLCPLC、专用控制器、专用

13、控制器管理层计算机管理层计算机操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、数字调节器、数字调节器、PLCPLC、专用控制器、专用控制器操作站操作站控制站（器）控制站（器）IPCIPC、数字调节器、数字调节器、PLCPLC、专用控制器、专用控制器功能：监控（功能：监控（ 工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警信息的记录、手自动切换信息的记录、手自动切换/ /手动操作、参数设置、其它功能）手动操作、参数设置、其它功能）操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置）操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置

14、）工程师站：全部功能工程师站：全部功能可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等）可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等）通过操作人员所拥有通过操作人员所拥有 的密码区分，硬件系统完全相同的密码区分，硬件系统完全相同功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）DCSDCS工程实例一：工程实例一：DCSDCS工程实例二：工程实例二：现场总线控制系统（FCS）现场总线控制系统即FCS-是新一代分布式控制结构。该系统改进了

15、DCS成本高和由于各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理控制功能于一身的工作站与现场总线智能仪表的二层结构模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型现场仪表中去，形成一个彻底的分散控制模式。每个现场仪表(例如变送器、执行器)都作为一个智能节点，都带CPU单元，可分别独立完成测量、校正、调节、诊断等功能，靠网络协议把它们连接在一起统筹工作。控制装置种类可编程控制器可编程调节器总线式工控机单片微型计算机其他控制装置第1章 可编程控制器概述可编程序控制器的历史可编程序控制器的特点与应用领域可编程序控制器的发展趋势可编程序控制器的分类PLC的性能指标PLC的主要功能可编程序控制器简

16、称v Programmable Controller PC Personal Computer PCv Programmable Logic Controller PLC1.产生 一 可编程控制器的历史一 可编程序控制器的历史（续）1.发展l性能提高：4位机8位机16位机32位机 ；l逻辑运算 计时，计数等顺序控制，均属开关量控制+；l支持图形编程；l数据处理；l各种功能控制模块；l联网通信功能。2.主要生产商 大中型：A-B、GE、Siemens 中小型：OMRON, Mitsubushi一 可编程序控制器的历史（续）3.定义1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义： 可编程序控制器是：

17、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。1.可编程序控制器的特点二 可编程序控制器的特点与应用领域 无触电免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少 维修工作量小，维护方便 体积小，能耗低.2.可编程序控制器的应用领域

18、二 可编程序控制器的特点与应用领域开关量逻辑控制开关量逻辑控制自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制运动控制运动控制金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。闭环过程控制闭环过程控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。数据处理数据处理数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。通信联网通信联网PLC与远程I/O、PLC之间、PL与其它智能控制器之间。3.可编程序控制器的分类四 可编程序控制器的发展趋势 早期早期 逻辑控制为主逻辑控制为主 Programmable Logical Controller Programmable Controller 本义本义 v高性能、高速度、大容量发展四 可编程序控制器的发展趋势l多CPU结构l高性能、高稳定性(32、64位机)l增加智能控制功能l支持组态设计v大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能l掌上PLCl高性能l支持多种编程方式vPLC编程语言标准化四 可编程序控制器的发展趋势IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)l顺序功能图（SFC）l梯形图l功能块图l指令表l结构文本vPLC与其它工业控制器产品相互融合四 可编程序控制器的发展趋势l与个人计算机PCl集散控制系统DCSl计算机数控CNC四可编程序控制器的发展趋势v大力开发智能I/O模块模拟量I/O、高速计数输入