任务1PLC控制器常识.ppt

1、第一单元 认识PLC 任务一 PLC控制器常识,可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC或PLC，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术，用面向控制过程，面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工业控制装置。目前，可编程序控制器已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也有很大的发展，除了从国外引进设备、自动化生产线外，国外的机床设备已越来越快地采用了PC控制系统取代传统的继电接触控制系统。作为一名电气工程技术人员，必须

2、掌握PC及其控制系统的基本原理与应用技术，以适应当前电气控制技术的发展需要。,介绍 PLC技术的基本组成、原理与应用，了解PLC 工作原理与特点的基础上，重点介绍小型 PLC的应用技术。包括小型 PLC 的硬件与系统构成、基本性能、指令与编程方法、控制系统的硬件与软件的设计方法、系统的安装与调试、PLC 网络与通讯。,任务一 PLC控制器常识,一、PLC的产生和应用,1、PC的由来,随着社会的进步，工业的发展，控制对象越来越多，其逻辑关系也越来越复杂，用继电器组成的控制系统就会变得非常庞大，从而造成系统的不稳定和造价昂贵。主要表现在：,当某个继电器损坏、甚至继电器的某 触点接触不良都会影响系统

3、的运行； 继电器本身并不太贵，但控制柜内元件的安装和接线工作量极大，造成系统价格偏高； 产品需要不断地更新换代， 生产设备的控制系统不断地 作相应的调整。但对庞大的 系统而言，日常维护已很难 ，再作调整难度更大。,继电器控制系统,1968年通用汽车公司提出 利用计算机的功能和继电器控制系统的简单易懂相结合。面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程，使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。指标：,解决问题的设想,1）编程简单，可在现场修改程序。 2）维护方便，最好是插件式。 3）可靠性高于继电器控制柜。 4）体积小于继电器控制柜。 5）可将数据直接送入管理计算机。 6）在成本上可与继电器控制柜竞

4、争。 7）输入可以是交流 115V 。 8）在扩展时，原有系统只需作很小变更。 9）输出交流 115V 以上，2A 以上，能直接驱动电磁阀。 10）用户程序存储器容量至少能扩展到 4Kb。,有名的“GM10条”,结果,这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投标，最后DEC公司一举中标，并于1969年研制成功第一台PC，当时命名为PC(Programmable Controller)。 这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。,各代 PLC 的特点与应用范围,PLC控制系统,2、 PLC 的定义,国际电工委员会IEC对PL

5、C下的定义（1987年2月）,可编程序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命令，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的设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。,定义强调了PLC是： 1）数字运算操作的电子系统也是一种计算机； 2）专为在工业环境下应用而设计，它必须具有很强的抗干扰能力； 3）面向用户指令编程方便（用软件方式来实现“可编程”的目的； 4）逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作； 5）数

6、字量或模拟量输入输出控制； 6）易与控制系统联成一体； 7）易于扩充。,在全世界有7家举足轻重的PLC制造厂家： 美国的Rockwell自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司 GE-Fanuc公司 德国的西门子（Siemens）公司 美国的Modicon公司 法国TE（Telemecanique）公司 日本三菱公司 日本立石（OMRON）公司,二、常用的PLC控制器,我国PLC的生产厂家,我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产，中型PLC已有产品，大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%。主要生产单位有：

7、苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。,世界最大的PLC生产厂家,在全球PLC制造商中,根据美国Automation Research Corp(ARC)调查,世界PLC领导厂家的五霸分别为西门子公司、A-B公司、施耐德公司、三菱公司和欧姆龙公司。他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。,三、PLC的特点,1、可靠性高，抗干扰能力强,偶发故障,永久性故障,在恶劣的工业环境下，工业生产对控制设备的可靠性要求：, 平均故障间隔时间长； 故障修复时间（平均修复时间

8、）短。,如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PC的平均修复时间。为此，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。,1）采用循环扫描，集中采样，集中输出,2）硬件设计采用模块式结构，采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等抗干扰技术，增加输出联锁、环境检测

9、与故障诊断电路,3）软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护、恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障诊断、处理、报警显示及保护功能,解决方法,4）在制造工艺方面，采用超大规模集成电路芯片、扁平封装电路和表面安装技术，对电子器件进行严格的筛选和老化处理。,能在下列条件下可靠工作：,电源电压： AC 220V 15 抗振强度： 1055Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次 抗干扰强度：1000Vp_p、脉宽1s，30100Hz噪声 工作温度： 055 存放温度： 2070 湿度： 3090（不结雾） 耐压：AC1500V 1min（各端子与地端之间）,2、编程简单，易

10、于掌握,梯形图编程与继电器逻辑电路图类似 直观、清晰、修改方便、易掌握,3、组合灵活使用方便,采用标准化模块结构 控制系统接线简单，工作量小，使用、维护方便,4、功能强，通用性好,具备很强的信息处理能力、输出控制能力 具有智能 I/O 功能模块：温度、位置、高速计数、高速模拟量转换、远程 I/O 、通信等模块,具有逻辑运算、定时、计数、步进等功能 可完成 A/D、D/A 转换、数字运算、数据处理、通信联网、生产过程监控 可开关量、模拟量、单台、生产线、机群控制 可现场、远距离、简单系统、复杂系统控制,5、开发周期短，成功率高,只要正确、合理选用各种模块组成系统，采用软件控制,6、体积小、重量轻

11、、功耗低,供编程使用的软继电器（千个）、状态器（千个）、定时器（几百个）、计数器（几百个）、数据寄存器（几千个）,四、PLC 产品分类,1、按结构型式分类,1）整体式 PLC （单元式、箱体式）,将电源、CPU、存储器、I/O装在一起 特点：结构紧凑、体积小、价格低,2）模块式 PLC （积木式）,各个部分按功能做成独立模块,电源模块、CPU模块、I/O模块等 特点：配置灵活、装配维护方便,整体式PLC组成示意图,模块式PLC组成示意图,2、按I/O点数和存储器容量分类,1）小型 PLC,I/O点数 256点，存储器 2kB步 应用：逻辑控制、定时、计数、顺序控制,2）中型 PLC,I/O点数

12、在2562048点，存储器28kB步 具有：逻辑运算、算术运算、数据传 送、中断、数据通信、模拟量处理等功能 应用：开关量、数字量、模拟量混合控制 的较复杂系统,3）大型 PLC,I/O点数在 2048点，存储器 8kB步 具有：数据运算、模拟调节、联网通信、监视记录、打印等功能 应用：大规模控制、自动化网络控制,3、按功能划分,1）低档机,具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机系统,3）高档机,2）中档机,具有低档PLC功能外，具有较强的模拟量输入/输出、算术运

13、算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还增设中断、PID控制等功能,具有中档机功能外，增加带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数运算、制表及表格传送等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。,五、PLC 的应用与发展,1、 PLC 的应用范围,1）用于开关量逻辑控制,利用PLC 最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC 最

14、基本的应用，也是PLC 最广泛的应用领域。 选型依据：因系统控制功能为顺序控制，主要根据系统设计的I/O 点数来确定所选的PLC 型号及I/O 模块的型号。,2）用于闭环过程控制 带有 PID 调整功能 应用：锅炉、冷冻、反应堆、水处理、酿酒、闭环位置控制和速度控制,3）PLC 配合数字控制 应用：数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体,4）用于工业机器人控制,5）用于组成多级控制系统 应用：工厂自动化网络（FA）系统实现分层控制,PLC 的通信包括PLC 与PLC、PLC 与上位计算机、PLC 与其它智能设备之间的通信，PLC 系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相

15、连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。,分层分布控制形式一般是： 第一层是实时控制，主要是顺序控制 第二层是协调控制，协调各种机械动作的配合 第三层是PLC程序的输入，管理数据的采集和调度 第四层是数据管理，由上级计算机处理各种数据,PLC 的应用几乎涵盖了所有的行业，小到简单的单机设备，简单的顺序动作控制，大到整厂的流水线、大型仓储、立体停车场，更大的还有大型的制造行业，交通行业等。,2、PLC 的发展方向,（1）在功能和技术指标方面发展,1）高速、大容量方向发展 扫描速度 0.1s/步，存储器容量几十兆字节,

16、记忆容量由过去的64K，已增加到500K以上，如Triconxw公司的Fault tolerant型机记忆容量为512K，Interactive Microware公司的MFC03型记忆容量为848K，ASEA公司的Terpiece 200/1型机记忆容量到4MB 记忆芯片过去主要是随机存取存储器（RAM）、可擦写可编程只读存储器（EPROM），今后主要是电可擦写可编程只读存储器（EEPROM）、UVEPROM、BATRAM、NVRWM等,2）加强联网和通信能力 PLC 与 PLC、PLC 与 计算机,3）智能 I/O 功能模块 提高系统速度,智能 I/O 模块是以微处理器为核心的功能部件，使

17、一种多CPU系统，它与主机CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC系统的运行速度、信息处理速度和控制功能。 专用的I/O功能模块还能满足某些特定控制对象的特殊控制需求。,4）增强外部故障的检测与处理能力 故障CPU占5，I/O通道占15，传感器占45，执行器件占30，线路占5,故障智能诊断方法：智能可编程I/O系统，供用户了解IO组件的状态和监测系统的故障；故障监测程序；共回路远程诊断和网络诊断技术等。 容错功能，如双机热备、自动切换I/O、双机表决（当输出状态与PLC逻辑状态相比较出错时，会自动断开该输出）和I/O三重表决（当输出状态进行软件硬件表决，取2个相同的）,5）编程语言的多样化 梯形图、步进顺序语句、流程图语 言、汇编、BASIC、C 等语言,（2）在经济指标与产