基于PLC的自动化控制系统(一)

基于PLC的自动化控制系统七月23

Content01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介PLC的概念国际电工委员会(IEC)“可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”ProgrammablelogicControllerPLC的概念PC主机PLC带上位软件的服务器工业平板电脑工业触摸屏PLC的概念PLC在物联网架构中的位置泛在电力物联网技术架构体系分为“云、管、边、端”四个层面。所谓的“云”是指物联网平台云，“管”则是指管理服务、通讯方式，“边”是指边缘计算，“端”则涵盖了智能传感、智能终端和智能设备。泛在电力物联网技术架构Content01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介行业背景介绍世界上第一台PLC

1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断翻新的局面，以求在竞争日益激烈的汽车工业中占有优势，发布公开招标，首次启动了PLC的研发。1969年，美国数字设备公司（DEC）成功研制出了世界上第一台可编程逻辑控制器，在GM公司汽车自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业自动化控制的新时代。PLC的问世，为通用汽车的崛起提供了不可忽视的巨大助力。行业背景介绍我国的PLC产业概况1977年，我国研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用。

目前国内已涌现出多家具有实力的PLC制造商，如：北京和利时台湾台达无锡信捷洛阳易达南京嘉华兰州全志广州科赛恩行业背景介绍世界PLC的三大流派

01美系罗克韦尔、AB、GE、莫迪康（MODICON）、德州仪器（TI）、歌德（GOULD）、西屋02欧系西门子、施耐德、菲尼克斯、AEG、法国TI03日系三菱、欧姆龙、FUJIContent01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介PLC的特点通用性强，适用于各种规模、各类行业；功能强大，适应面广；可靠性高、抗干扰能力强；控制程序可变，具有良好的柔性；设计、安装、调试、维修工作量极少；体积小、重量轻、功耗低。PLCPLC集三电(电控、电仪、电传)为一体，性价比高、可靠性高，已成为自动化工程的核心设备。作为工业自动化的一种典型应用，PLC最初是做为取代继电器线路、进行顺序控制为主而产生的，后来PLC厂家逐步增加了模拟量运算、PID功能以及更可靠的工业抗干扰技术等功能，并随着网络化的需求增加了各种通信接口，同时伴随着现场总线技术和以太网技术的发展，PLC的应用范围越来越广泛。PLC现已成为工业控制三大支柱(CAD/CAM、ROBOT、PLC)之一，得到广泛应用。PLC的特点Content01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介PLC的功能逻辑控制功能定时控制功能计数控制功能步进控制功能数据处理功能回路控制功能通讯联网功能监控功能停电记忆功能故障诊断功能1、逻辑控制功能PLC的功能逻辑控制功能是PLC最基本的功能之一，可取代传统的继电器控制系统实现逻辑控制和顺序控制，在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用案例，例如：机床电气控制；自动化港口大机控制；皮带运输机控制；饮料灌装生产线控制；造纸、轧钢、汽车等自动化生产线控制；2、定时控制功能PLC的功能定时控制功能也是PLC最基本的功能之一。

PLC内置了许多定时器，功能类似于继电器系统中的时间继电器。

定时器的设定值可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。

PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于实现准确实时控制。例：当VB1171>0时，触发T38计时器；触发40*100ms后，进行一次性赋值操作VW46=1。3、计数控制功能PLC的功能

PLC为用户提供计数器，计数器累积到某一阈值，产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。

计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。

计数器功能多用于产线自动计件、运动频率计算等场景。4、步进控制功能PLC的功能通过PLC向步进驱动器发出具有一定数量和频率的脉冲信号。用脉冲的数量来控制角位移量，达到准确定位的目的；用脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。

步进电机作为一种控制用的特种电机，由于不存在累积误差，广泛应用于各种开环控制。数字量5、数据处理功能PLC的功能

PLC具有丰富的数据处理功能，可以实现逻辑运算、算数运算、数据比较、数据传送、数据位移、进制转换、译码编码等。中大型PLC的数据处理功能更加齐全，可完成开方、取余、PID运算等复杂运算。

工业控制涉及的四个数据类型：开关量脉冲量数字量模拟量开关量脉冲量23120图3：一天当中某诊室就诊病人的年龄分布图1：开关元件图2：脉冲波形图模拟量23120图4：一天当中气温的变化6、回路控制功能PLC的功能

PLC的回路控制分为开环控制和闭环控制。开环控制控制单元向受控单元发送控制指令，受控单元执行指令后，自身（其他开关、智能仪表）不反馈执行结果。闭环控制控制单元向受控单元发送控制指令，受控单元执行指令后，自身（其他开关、智能仪表）向控制单元反馈执行结果。控制单元根据结果和目标之间的偏差，自动进行调校、整定，直至达到目标。PID控制是一种典型的闭环控制，在工控领域应用广泛。PID控制原理图开环控制原理图P：比例调节I：积分调节D：微分调节即时调节滞后调节提前调节7、通讯联网功能PLC的功能

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。PLC组网案例8、监控功能PLC的功能

PLC具有较强的监控功能，通过编程器或监视器，可对PLC的运行状态进行监视。

利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，或者改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供极大方便。通过状态图表对寄存器监视和修改对程序运行情况直接监视和修改9、停电记忆功能PLC的功能

PLC内部的存储器所使用的RAM设置了断电保持器件，其原理是断电后自动切换到内置电池或超级电容，保障RAM的电源供应。

通过某些记忆指令，可以对I/O端子或寄存器的工作状态进行记忆，以保持断电后PLC的数据内容不变。PLC电源恢复后，会在原工作基础上继续工作。10、故障诊断功能PLC的功能

PLC可以对系统构成、硬件（扩展模块）状态、指令的合法性（语法错误、数据类型错误等）进行自我诊断，发现异常情况，立即发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。

PLC的故障诊断功能，大大提高了控制系统的安全性和可维护性。Content01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介梯形图LD顺控图SFC功能模块图FBD语句表IL结构文本ST编程语言PLC的五种标准化编程语言：图形化语言文本语言编程语言梯形图LD梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。沿袭了继电器控制电路的形式，是在常用的继电器与接触器控制基础上简化演变而来的，具有形象、直观、实用等特点，电气技术人员容易接受。梯形图编程语言顺控图SFC初始步步1步2步3条件1条件2条件3条件4顺控图是将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段完成不同的任务，阶段间有一定的转换条件，满足转换条件就能实现阶段转移，上一阶段结束，下一阶段开始。顺控图编程语言功能块图FBD功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门、非门、异或门、与或门这样的逻辑门来表示变量之间的逻辑关系。方块左侧为输入变量，右侧为输出变量，信号自左向右流动。功能块图表达式：Q0.0=(I0.0+Q0.0)*I0.1编程语言语句表语言类似于计算机汇编语言，用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。同一厂家的PLC产品，其语句表语言与梯形图语言是相互对应的，必要时可互相转换。语句表语言常用于手持编程器中，梯形图语言则多用于计算机编程环境。语句表语句表IL编程语言结构文本（StructuredText）是一种高级语言，具有结构化的编程方式，语法与PASCAL类似。结构文本结构文本STContent01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介PLC的组网33PLC的组网方式集中式组网方式远程式分布式项目规模比较小，设备离机房比较近，CPU和I/O集中安装。设备离机房较远，将I/O模块部署在设备就近位置，远程连接CPU模块。设备运行相对独立，彼此之间没有任务关联，一般采用分布式。PLC的组网34PLC系统网络拓扑拓扑结构一个主节点，其他均为从节点；主节点共享，任何两个从节点之间的通信必须通过中心节点转发。星型每个节点都是端节点，且具有中继作用；任意两节点的通信经多次转发完成。环型共享总线，任意两个节点可以直接通信，无须转发。总线型Content01PLC的概念02行业背景介绍03PLC的特点04PLC的功能0506编程语言07PLC的组网阀门控制简介阀门控制简介36阀门的作用：开闭管路控制介质流向调节温度、压力、流量等参数阀门的分类标准：按作用和用途分类按公称压力分类按工作温度分类按驱动方式分类按公称通径分类按结构特征分类按连接方法分类按阀体材料分类阀门控制简介37双作用气动截止阀常见阀门的组成介质流通的通道，阀体内部的阀芯负责通道的开启、关闭、调节开度。阀体负责将执行机构产生的驱动力传递给阀芯。常见形式为传动杆、联轴器。传动部件（传动杆）为阀门动作提供驱动力。电动、气动、转盘（手柄）。执行机构（气缸）阀门控制简介38气缸的内部构造活塞高压气源管道高压气源管道AB气缸剖面阀门控制简介39气缸的内部构造活塞AB气缸剖面高压气源管道高压气源管道阀门控制简介40气缸的内部构造活塞高压气源高压气源AB阀门控制简介41两位五通电磁阀“两位”是指阀芯