第0讲-预备知识..ppt

1、1,工厂自动化综合实践 授课教师：谷鑫 电气工程与自动化学院,2,与其他课程的联系： 综合运用电器学、工厂电气控制、可编程控制器等课程的相关知识解决实际问题，是一门实践性的课程。 课程安排： 3-5周理论教学（4D-311）； 6周熟悉开发环境（4C-209） 7-10周实践教学（4C-513）。 课程考核： 完成课程设计及报告。,工厂自动化综合实践,3,讲解内容： 绪论： 电气控制与PLC的基础知识 1.电器基础知识 2.PLC基础知识 学习说明： 了解电气控制系统中常用器件及用途，理解PLC在电气控制系统中的作用。,工厂自动化综合实践-绪论,4,1.电器的基础知识,电器定义 根据外界施加的

2、信号和要求，能手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的电工器械。,5,1.电器的基础知识,电器分类 应用场合：一般工业用、特殊工业矿用、农用、 其他（航空、船舶等）场合 有无触点：有触电、无触点、混合式 组合：单个电器、组合电器 使用系统：电力拖动自动控制系统、电力系统、 自动化通信系统 电压等级：高压、低压（AC1.2kV以下，DC1.5kV以下） 工作职能：手动操作、自动操作、其他 自动操作：自动切换、自动控制、自动保护 其他：稳压与调压、启动与调速、检测与变换、牵引传动,6,1.电器的基础知识,常用低压电器 接触器：

3、直流、交流。 继电器：电磁式 、热 、时间 、固态 、液位、 温度、速度、压力等。 电磁 ：电压、中间、电流。 时间 ：空气阻尼式、电子式。 开关：低压断路器、刀开关。 低压断路器：塑壳式、万能式。 主令电器：形成开关、转换开关、接近开关、控制按钮。 熔断器：管式、螺旋塞式、快速式。 执行电器：电磁铁、电磁阀、电磁制动器。 信号电器：指示灯、蜂鸣器、电铃。,7,1.电器的基础知识,电气控制线路,笼型异步电机 点动控制线路,8,1.电器的基础知识,电气控制线路,笼型异步电机 星-三角降压启动,9,1.电器的基础知识,电气控制线路,笼型异步电机 正、反转控制,10,2.可编程控制器概述,可编程控制

4、器（Programmable Logic Controller，PLC）的产生 20世纪20年代继电器控制系统 各种继电器、定时器、接触器及触点按一定的逻辑关系组成控制系统 20世纪60年代小型计算机实现工业控制 成本高，未得到推广 20世纪60年代末第一台可编程控制器（PLC） 根据通用汽车的“GM十条”，由美国数字设备公司研制 20世纪70年代与微处理器、微型机结合 真正成为一种电子计算机工业控制设备 1980年国外工业界将其命名为 Programmable Controller,11,2.可编程控制器概述,PLC的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用

5、了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、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，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 国际电工委员会（IEC） 1987年2月,12,2.可编程控制器概述,PLC的发展历史 初级阶段（第一台PLC问世20世纪70年代） 功能简单、完成继电器控制系统功能、语言为梯形图。 崛起阶段（20世纪70年代80年代初） 控制功能增强、数据处理、模拟量的控制等。 成熟阶段（20世纪80年代初90年代初） 大规模多控制器应用、具备通信和联网功能。 飞速发展阶段（20

6、世纪90年代初90年代末） 在过程控制领域大规模使用，功能得到极大提升。 开放性、标准化阶段（20世纪90年代中期以后） 国际标准IEC61131逐步完善和实施、IEC61131-3编程语言推广。,13,2.可编程控制器概述,PLC的发展趋势 向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，PLC结构更为紧凑，功能专用，价格降低 向大容量、高速度、信息化方向发展 采用多微处理器系统，集成通信联网功能，存储容量大大增加 智能化模块的发展 高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、 以太网通信模块、现场总线协议通信模块等 人机界面的发展 编程工具、各种HMI（单色、彩色显示，

7、触摸屏，覆膜键盘等）、 基于PC的组态软件 在过程控制领域的使用以及PLC的冗余特性 为增加过程控制的可靠性，增加了安全性和冗余性产品,14,2.可编程控制器概述,PLC的发展趋势 开放性和标准化 IEC61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等 通信联网功能的增强和易用化 易于与PC和其它智能设备互联，（现场总线接口、以太网接口） 软PLC的概念 利用软件在PC机上实现PLC的功能，有一定缺陷，目前推广较慢。 PAC（Programmable Automation Controller）的概念 PLC的高可靠性和PC机的高级软件功能结合。 80%PLC应用场合使用小型

8、PLC，20%由PAC解决。 PLC在现场总线控制系统中的位置 可作为主站成为FCS的主控制器，也可作为从站实现分散式控制,15,2.可编程控制器概述,PLC的应用领域 中小型单机电气控制系统 塑料机械、印刷机械、装订机械、包装机械、组合机床等 制造业自动化 大规模生产流水线 运动控制 与其他控制手段相比，功能强、体积小、价格低、速度快、操作易 流程工业自动化 如电力、石油、化工、造纸等需对物流进行连续加工 对过程控制中的过程参数进行调节,16,2.可编程控制器概述,PLC的特点 抗干扰能力强，可靠性高 控制系统结构简单，通用性强 编程方便，易于使用 功能强大，成本低 设计、施工、调试的周期短

9、 维护方便,17,2.可编程控制器概述,PLC与其他典型控制系统的区别 与继电器控制系统的区别 控制逻辑：灵活性和扩展性好 工作方式：串行工作方式 可靠性和可维护性高 控制速度：无触点控制，速度快 定时控制：定时精度高，不受环境影响 设计与施工：周期短，施工快。,18,2.可编程控制器概述,PLC与其他典型控制系统的区别 与单片机系统的的区别 本质区别：在成品单片机控制系统上进行的二次开发 使用场合：单机电气控制系统、工业控制 使用过程：硬件工作量小，便于开发 使用成本：整体成本PLC相对较低 学习的难易程度：PLC的图形语言更容易 就业方向：厂矿企业、制造业生产线、流程工业,19,2.可编程

10、控制器概述,PLC分类 按I/O点数和容量分类 小型机（含微型机） 中型机 大型机 按结构形式分类 整体式结构 模块式结构,20,2.可编程控制器概述,PLC的系统组成 中央处理单元：由控制器、运算器和寄存器组成 存储器：包括系统存储器和用户存储器两部分， 存储器类型包括RAM、ROM和EEPROM 输入/输出单元：信号类型为开关量或模拟量。接口一部分与被控设备相连，另一部分是输入和输出的影像寄存器。 电源部分 扩展接口 通信接口：显示、触摸屏、网络等 编程设备：基于PC的编程软件 其他部件：存储卡、电池卡等,21,2.可编程控制器概述,PLC工作过程 输入采样阶段 首先扫描所有输入端子，并将

11、哥各输入状态存入相应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着系统进入执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，器内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。因此，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能超过采样频率。,22,2.可编程控制器概述,PLC工作过程 程序执行阶段 进入到程序执行阶段后，一般来说PLC按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后进行

12、相应的运算，最新的运算结果马上在存入到相应的元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一元件的状态会随着程序执行过程而刷新。,23,2.可编程控制器概述,PLC工作过程 输出刷新阶段 在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出书刷新阶段一起转存到输出锁存器中，通过一定方式集中输出，最后经过输出端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。,24,2.可编程控制器概述,PLC对输入/输出的处理原则 输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上个输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。 程序执行结果取决于用户程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他各元件映像寄存器的内容。 输出映像寄存器的数据取决于输出指令的计算结果。 输出锁存器中的数据，由上一输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定。 输