ControlLogix PLC控制系统设计专题-讲义1课件

1、ControlLogix PLC控制系统设计专题 哈尔滨工业大学 罗克韦尔自动化实验室2011年8月 第3版林景波课程目标1.了解自动化领域的发展现状3.掌握ControlLogix系统的构建与编程2. 了解PLC的发展与应用通过本课程的学习达到：国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义: 是一种数字运算的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算, 顺序控制, 定时, 计数和算数运算 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., 都应按易于与工业控制系统连成一个整体, 易于扩充功能的原则设计。PLC是什么？PLC-P

2、rogrammable Logic ControllerPAC -Programmable Automation ControllerPC -Programmable ControllerPLC能做什么？能源、矿业石油、煤矿、电力加工制造业化工、机械 各种生产线纺织、汽车、酿酒、 制药、电子制造、木材加工印刷业特别是高速印刷行业交通运输民航、交通灯系统水处理城市供水、污水处理农业农产品加工畜牧业自动化农场、乳品加工喇III-I 联合站喇III-I 联合站喇140放水转油站无游梁长冲程抽油机单体连轧轧钢机单体连轧轧钢机热电厂垃圾焚烧发电控制系统热电厂垃圾焚烧发电控制系统一汽丰越联合厂房能源计量系

3、统1. PLC发展及概述、PLC基本组成、工作原理；2. 电气控制与PLC指令概述；3. 熟悉控制系统组成，进行ControlLogix控制器通信连接及ControlLogix I/O模块配置；4. ControlLogix控制系统开关量控制编程；5. ControlLogix模拟量采样、整定及报警编程；6. ControlLogix控制系统诊断及应急处理程序编程；7. 对各个程序进行调试，完成指定功能后保存程序，验收、考核；8. 撰写设计报告并在规定时间内上交，实验指导教师批改后结合操作考核情况给出设计专题成绩。课程内容及要求中国期刊网搜索“PLC”命中204142005年约有19,400,

4、000项符合PLC的查询结果。2009年约有64,600,000项符合PLC的查询结果。2011年约有169,000,000项符合PLC的查询结果。约有3,280,000项符合可编程控制器的查询结果自动控制系统的组成控制器系统的大脑受控对象温柔的羔羊传感器系统的耳目稳定性不可或缺执行器系统的手脚鲁棒性健康的系统传感器控制器执行器受控对象反馈控制器可编程控制器（PLC）工业计算机（IPC）单片机 专用控制器3.抗干扰能力强、可靠性高 PLC是专门为工业现场设计的，采用多层次的抗干扰措施，能在恶劣的环境下工作； 工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度、湿度等的变化会使单片机或PC机无法工作。

5、4.体积小、维护方便 模块具有自诊断功能，出现故障只需更换模块，维护方便； 维护困难。5. 缩短了设计、施工、投产调试的周期。控制器特点比较（2）DCS系统分散（/集散）控制系统（DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）DCS分为三大部分，带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI）每一块I/O板都接在I/O总线上，信号在进入I/O板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波；控制器：闭环运算控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器人机界面：操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务器 DCS由回路控制器（PID）发展而来；PLC由继电器控制系统发展而来。控制器特点比

6、较（3）PLC概述PLC的产生与发展PLC的特点与应用PLC的分类PLC系统原理及基本组成PLC控制系统的产生和发展(1)PLC控制系统的产生:70年代以前的控制系统继电器控制系统 将继电器,定时器, 接触器, 按一定的逻辑关系连接起来, 组成控制系统例如：实现电动机正反转延时，采用延时继电器。MCSE控制系统演示PLC控制系统的产生和发展(2)继电器控制系统的优缺点:优点: 结构简单, 容易掌握, 价格便宜 适用于工作模式固定, 工作方式简单的场合缺点: 对大系统, 设计连线复杂, 控制柜庞大, 故障点多, 维修困难, 通用性/灵活性差.不支持网络通讯PLC控制系统的产生和发展(3)继电控制

7、系统的设计方法：一般设计法（经验设计法）根据生产工艺要求，利用各种典型的线路环节，直接进行控制线路设计。要求设计人员熟悉大量的控制线路，具有丰富的设计经验，通过反复的修改、试验设计出符合要求的控制线路。逻辑设计方法：利用逻辑代数进行电气控制线路设计，适用于较复杂的生产工艺所要求的控制系统设计。但是，逻辑设计法难度较大，不易掌握。PLC控制系统的产生和发展(4)用户对控制系统的要求:现场可修改控制逻辑(编程)维修方便, 采用模块化结构, 即插件式可靠性高体积小方便系统的升级和扩展可以存储用户程序具有数据通讯功能PLC控制系统的产生和发展(5)美国于60年代末期研制成功世界上第一台可编程序控制器

8、- PLC (Programmable Logic Controller). 用以替代继电接触器控制. 其主要功能是执行: 继电器逻辑计时计数等PLC控制系统的产生和发展(6)国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义: 是一种数字运算的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算, 顺序控制, 定时, 计数和算数运算 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连成一个整体, 易于扩充功能的原则设计目前，全世界有生产PLC的厂家200多家，400多

9、种品牌的PLC。 在世界范围内，PLC产品的产量、销量、用量高居各种工业控制装置的榜首，而且市场需求量一直以每年15的比率上升。PLC控制系统的产生和发展(7)世界知名的PLC生产厂商：美国Rockwell Automation（AllenBradely 简称A-B）、通用电气GE（也称光洋、华光）、莫迪康（MODICON）、霍尼韦尔（HONEYWELL）、IPM日本欧姆龙（OMRON）、三菱（MITSUBISHI）、松下电工 （National）国内用量较大的品牌：SIEMENS、A-B、OMRON 、MODICON欧洲德国西门子（SIEMENS）、德国金钟（KlocknerMoeller）

10、、法国TEPLC控制系统的产生和发展(8)凯-北京凯迪恩 德-深圳德森威和-北京合利时全-兰州全志嘉-南京嘉华信-无锡信捷达-台湾台达易-洛阳易达 易-易控微网恒-威海恒日 永-台湾永宏丰-台湾丰伟安-北京安控 国-上海智国 苏-北京张前苏 天-甘肃天水 智-中山智达 箭-杭州新箭 威-湖北科威 锐 - 亚锐电子PLC控制系统的产生和发展(8)国产PLC品牌发展过程：第一代使用一位机，磁芯存储器，只具有单一逻辑控制功能；第二代8位微处理器，半导体存储器；第三代高性能处理器，速度大大提高；第四代16位32位高性能处理器，多处理器，多任务，Flash MemoryPLC控制系统的产生和发展(9)（

11、1）控制规模不断扩大（2）指令不断增加（3）处理速度不断提高（4）编程容量不断扩大（5）编程语言多样化（6）通讯与网络功能不断完善（7）各种智能模板相应推出PLC控制系统的产生和发展(10)发展过程：发展趋势：（1）低档PLC向小型，简易，廉价方向发展，使之更加广泛地取代继电器控制系统（2）高档PLC向大型，高速，多功能方向发展，在大规模，复杂系统中应用（3）体系结构开放化及通信功能标准化（4）I/O模块智能化及专用化（5）编程组态软件图形化（6）发展集成技术及容错技术PLC控制系统的产生和发展(11)I/O4-20 mAAnalyzer4-20 mAPLC操作站PLC控制系统的产生和发展(1

12、2)目前，多数PLC控制系统结构PLC控制系统的产生和发展(13)现场总线控制系统结构EthernetControlNetTMDeviceNetTMInformationDevice ControlComputer 2 Computer 1Controller4Controller3Controller1Controller2Bar Code ReadereSmart Speed ControllerPhotoelectricSensorHMIOperatorInterfaceI/OI/OPLC的分类按处理器实现功能按结构形式按I/O控制容量按结构形式分类：（1）整体式（箱体式） CPU、存储

13、器、输入、输出在同一机体内；优点：结构简单、体积小、价格低；缺点：输入输出固定，控制规模固定，灵活性较低。（2）组合式不同的模块实现不同的功能，CPU和存储器在同一模板；优点：系统构成灵活性高，可构成具有不同规模的控制系统；缺点：成本较高。PLC的分类(1)按I/O容量分类（控制规模）：（1）小型I/O点数在256以下的PLC， 一般64点以下称为微型PLC；（2）中型 I/O点数在256以上，2048以下的PLC（3）大型I/O点数在2048点以上的PLCPLC的分类(2)按实现的功能分类：（1）低档PLC具有逻辑运算、计时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能；（2）中档PLC除具有低档PL

14、C的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较功能、远程通讯、子程序、中断和回路控制功能；（3）高档PLC还应具有矩阵运算、函数、表格、CRT显示、打印等功能。混合型控制器ControlLogixPLC的分类(3)PLC控制系统的基本组成电 源 模 块编 程 设 备微处理器存 储 器CPU 模块输 入 模 块外 部 设 备输 出 模 块外 部 设 备PLC控制系统的基本组成(1)Allen-BradleyA-BQualityRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETR

15、XD TXD OK处理器I/O 模 板I/O 模 板I/O 模 板机架电源 ETHERNETRXD TXD OKI/O 模 板编程器输入输出PLC控制系统的基本组成(2)CPU模块: 可编程序控制器的核心, 由微处理器和存储器组成微处理器: 1) 系统自检和初始化 2) 接收来自编程设备的用户程序和 数据 3) 对设备的状态和用户程序进行诊断 4) 运行用户程序 5) 实现与外部设备的通讯一般用处理器的处理速度和I/O能力来说明PLC控制系统的基本组成(3)存储器: 1) 系统存储器 (ROM, Flash ROM) 用于存储:操作系统程序用户指令解释程序编译程序系统诊断程序通讯管理程序不可以

16、修改2) 用户存储器(RAM, EPROM, EEPROM)分为:用户程序存储器- 存储用户程序用户数据存储器- 存储运算数据PLC控制系统的基本组成(4)输入/输出模块: PLC与现场设备连接的接口输入模块: 用于接收和采集现场设备的输入信号: 开关量输入模块: 直流信号: 24V DC, 48V DC TTL 信号 5V DC 交流信号: 110V AC, 220V AC 模拟量输入模块: 直流信号: 4-20mA, 0-5V DCPLC控制系统的基本组成(5)输出模块: 用于向执行机构输出控制信号: 开关量输出模块: 直流信号: 24V DC, 48V DC 交流信号: 110V AC,

17、 220V AC 触点信号: AC/DC 模拟量输出模块: 直流信号: 4-20mA, 0-5V DC PLC控制系统的基本组成(6)特殊模块: (智能模块) 热电阻输入: Pt (铂电阻) 热电偶输入: mV 高速计数(脉冲输入) 脉冲流量计 称重 注塑 定位模块 ASCII/BASIC 模块 通讯模块 (ModBus, Profilbus) PLC控制系统的基本组成(7)编程设备: 用于输入, 检查, 修改, 调试 用户程序. 在线监视PLC系统的工作状态电源模块: 将交流或直流电源转换成供PLC系统工作的电源(通过机架的基板供电) 外挂式或机架内安装编程器PC机+编程软件 专用编程器Allen-BradleyA-BQualityRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKPLC的基本工作原理(1)基本工作原理性PLC系统在上电并处于运行状态时,开始进行输入扫描输入扫描: 将输入模块的当前状态读取到 CPU 的输入映象表中, 以备程序扫描上电及内部处