第四章可编程序控制器

第四章可编程序控制器第1页，共52页，2023年，2月20日，星期三十七大报告详解中的叙述对工业制造业而言,信息技术改造生产制造过程及装备,实现生产信息化：推广应用CAD/CAM/CAE/CAPP以及并行工程、虚拟设计制造等先进技术，包括数控（CNC）、可编程序控制（PLC）、分布式控制（DCS）、现场总线控制（FCS）、柔性制造单元和柔性制造系统（FMC、FMS）等先进加工控制技术，计算机控制技术，推广精益生产、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造。第2页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的市场规模第3页，共52页，2023年，2月20日，星期三推荐的教材现代电气控制技术北京邮电大学出版社可编程序控制器原理与设计清华大学出版社PLC教程人民邮电出版社ControlLogix系统实用手册机械工业出版社深入浅出西门子S7-200PLC北京航天航空大学出版社ProgrammableControllersTheoryandImplementation第4页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC在系统中的位置第5页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的产生1968年，美国通用汽车公司（GM公司）。拟订了十项公开招标的技术要求：①编程方便，可现场修改程序；②维修方便，采用插件式结构；③可靠性高于继电器控制装置；④体积小于继电器控制盘；⑤数据可直接送入中央控制系统；⑥成本可与继电器控制盘竞争；⑦系统适用于工业环境；⑧输出为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；⑨扩展时原系统改变最少；⑩编程简单，可被现场人员所理解。

第6页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的产生1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成第一台可编程序控制器（简称PC）。PLC：ProgrammableLogicControllerPC：PersonnelComputerPLD：ProgrammableLogicDevice第7页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的发展1.70年代初期：可编程序控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等一些功能，因此称为可编程序逻辑控制器，简称PLC。2.70年代中期：

70年代后随着电子技术和计算机技术的发展，微处理技术应用，PLC还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的发展3.80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，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。4.近年来PLC发展迅速具备了计算机功能的一种通用工业控制装置，成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC技术、机器人、CAD/CAM）之一。第9页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的未来--PAC

自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。

IEC61131-3是可编程序控制器的编程语言的标准，它将现代软件的概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功地结合，使它在工业控制领域的影响越出PLC的界限，成为DCS、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的主要生产厂家欧洲：Siemens、SchneiderElectric（Modicon）；美国：A-B（Allen-Bradly）、

GE（GeneralElectric）；日本：MitsubishiElectric、

OMRON、FUJI；中国：和利时，德维森等小型PLC第11页，共52页，2023年，2月20日，星期三可编程逻辑控制器定义可编程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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。第12页，共52页，2023年，2月20日，星期三按照I/O点数分类

第13页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的应用领域逻辑控制过程控制运动控制数据采集与处理通信与联网第14页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC基本组成第15页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程软件第16页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的硬件结构第17页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的硬件结构第18页，共52页，2023年，2月20日，星期三Logix5550CPU外观第19页，共52页，2023年，2月20日，星期三内存第20页，共52页，2023年，2月20日，星期三应用内存第21页，共52页，2023年，2月20日，星期三I/O接口单元交流、直流输出、输出数字量、模拟量第22页，共52页，2023年，2月20日，星期三I/O接口单元外形图Allen-BradleyDCANALOGINPUT6PT19.2–30VDC2APILOTDUTY(DC–13/SQ)14!!mA@24VDC#*0mA@5.1VDCMADEINU.S.ACAT.NO./SERIES1756-OF6VI/APART.NO.96195274A01*1756-OB16D/A**ST1BV9WC*SER.NO.C0005418ControlLogix03/99CAT.REVE01SERIESF/WREV.A2.3第23页，共52页，2023年，2月20日，星期三直流开关量输入模块接线第24页，共52页，2023年，2月20日，星期三直流开关量输入电路第25页，共52页，2023年，2月20日，星期三NPN和PNP输入开关第26页，共52页，2023年，2月20日，星期三与直流输入模块的连接第27页，共52页，2023年，2月20日，星期三交流开关量输入模块接线第28页，共52页，2023年，2月20日，星期三交流开关量输入电路第29页，共52页，2023年，2月20日，星期三开关量输出电路继电器、晶体管、晶闸管继电器：交流220V或直流24V负载；驱动电流2A，低速，使用寿命短晶体管：直流24V；驱动电流0.2A，高速，使用寿命长晶闸管：交流220V；驱动电流0.2A，高速，使用寿命长第30页，共52页，2023年，2月20日，星期三模拟量输入模块标准模拟量输入热电偶热电阻第31页，共52页，2023年，2月20日，星期三模拟量输出模块第32页，共52页，2023年，2月20日，星期三I/O模块选型实例1756-OB16DSuffix–(Diagnostic,ElectronicFusing,IndividuallyIsolated,VoltageOnly,CurrentOnly,etc.)NumberofPointsorChannelsAforAC,BforDC,FforFastResponseAnalogIorOforInputorOutput第33页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC执行过程第34页，共52页，2023年，2月20日，星期三主设备依次扫描所连接的从设备，采集所需数据影响效率的因素:网络传输速率从设备数量以及传输数据量适用的结构:主/从适用的连接:一对一,一对多数据交换方式之一:轮循第35页，共52页，2023年，2月20日，星期三ControllerDrive1SensorDrive3Drive2DataAcquisitionHMI数据交换方式:轮循AnalogI/O第36页，共52页，2023年，2月20日，星期三应用内存第37页，共52页，2023年，2月20日，星期三输入映像（Map）第38页，共52页，2023年，2月20日，星期三输出映像(map)第39页，共52页，2023年，2月20日，星期三一个内存编址实例第40页，共52页，2023年，2月20日，星期三整个循环扫描过程第41页，共52页，2023年，2月20日，星期三可编程控制器的中断处理问题：输入延时输出延时不同事件的重要性第42页，共52页，2023年，2月20日，星期三中断解决方案立即输入和立即输出指令I/O中断定时中断出错程序中断初始化中断通信中断第43页，共52页，2023年，2月20日，星期三中断处理

PLC中关于中断的处理方法与计算机系统基本相同，如当有中断申请信号后，系统要中断正在执行的程序而转向执行中断子程序；当有多个中断源时，系统将按中断的优先级，先后顺序排队处理；系统可以通过程序设定中断允许或中断禁止等。第44页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC的基本性能指标一、输入输出点数输入输出点数（I/O点数）：输入、输出接线端的个数。二、扫描速度执行1000条基本布尔指令所需的时间来衡量，单位为毫秒/千步。三、存储器容量

PLC的存储容量一般指用户程序存储器的容量。通常用“字”来描述。第45页，共52页，2023年，2月20日，星期三PLC基本性能指标五、可靠性和使用条件可靠性指标：MTBF（平均无故障时间）MTTR（平均故障修复时间）六、编程语言第46页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程语言

IEC61131-3规定了两大类编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。前者包括指令表语言（InstructionList，简称IL）和结构化文本语言（StructuredText，简称ST），后者包括梯形图语言（LadderDiagram，简称LD）、功能块语言（FunctionBlockDiagram，简称FBD）和顺序功能图（SFC）。第47页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程语言1.指令表语言IL指令表语言是一种流行于欧洲和日本的低级语言，类似与计算机的汇编语言。一般可以和梯形图语言互相转换0LDX4001OUTY4302LDIX4013OUTM1004OUTT4505K196LDT4507OUTY430第48页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程语言2.结构化文本语言ST结构文本程序的格式:采用类似BASIC高级语言的编程方法,比较容易完成复杂的算法.IF(xxx)THENYYYELSEZZZENDIF第49页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程语言3.梯形图语言LD梯形图程序的组成:指令

–输入/输出指令梯级

–由一组输入和一个输出指令组成程序

–由多个不同的梯级组成梯形图程序的工作原理:扫描特定梯级的输入指令,决定输出指令的动作(从左到右)从第一级程序扫描到最后一级(从上到下)输入(条件)指令输出指令()

梯级(RUNG)()第50页，共52页，2023年，2月20日，星期三编程语言4.功能块语言FBD功能块图形编程(FBD)–是一种图形化控制语言.程序是由各功能块按应用要求的方式相连接构成.常用于各控制单元间大数据流的应用,例如过程控制.在功能块图形编