电气控制与可编程控制器(第2章)

1、2020/9/15,.,1,第二章 可编程控制器（PLC）概述,一、传统控制继电器存在的优缺点 二、可编程逻辑控制器的产生 三、可编程逻辑控制器的特点、现状和发展,2020/9/15,.,2,一、传统控制继电器存在的优缺点,1、结构简单、价格低廉、维修方便， 广泛应用于各类机床和机械设备中。 2、可以方便地实现生产过程自动化，实现集中控制和远距离控制。 3、在长期磨损和疲劳工作条件下工作，容易损坏。 4、触点容易产生电弧，引起严重的后果。 5、对上百个继电器的设备, 其控制箱庞大而笨重。 6、全负荷运载的情况下, 大的继电器将产生大量的热及噪声, 同时消耗了大量的电能。 7、继电器控制系统必须

2、是手工接线、安装， 如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，从而造成巨大的经济损失。,2020/9/15,.,3,二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生,1968年美国通用汽车公司（GM）招标要求： 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。 （1）软连接代替硬接线 ；（2）维护方便 ； （3）可靠性高于继电器控制柜 ； （4）体积小于继电器控制柜； （5）成本低于继电器控制柜 ；（6）有数据通讯功能 ； （7）输入115V ；（8）可在恶劣环境下工作 ； （9）扩展时，原系统变

3、更要少； （10）用户程序存储容量可扩展到4Kb,2020/9/15,.,4,二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生,核心思想： 用程序代替硬接线 输入/输出电平可与外部装置直接相联 结构易于扩展,2020/9/15,.,5,二、可编程逻辑控制器（PLC）的产生,1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功 。 PLC的诞生： 1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC,2020/9/15,.,6,输入电路,输出电路,继电器控制电

4、路,生 产 现 场,继电器控制系统结构框图,输入电路,输出电路,可编程序控制器,生 产 现 场,集中型PLC控制系统结构框图,2020/9/15,.,7,国际电工委员会IEC对PLC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。,2020/9/15,.,8,三、可编程逻辑控制器（PLC）的特

5、点、现状和发展,1、PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。 (一)可靠性高，抗干扰能力强 工业生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求。 PLC采取了一系列措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间(MTBF)高，故障恢复时间短。,2020/9/15,.,9,(1)屏蔽,(2)滤波,(3)隔离,(4)电源调整与保护,(5)元件筛选,(6)模块化结构,(7)自诊断功能,(8)信息保护和恢复,(9)双CPU冗余系统,主要措施包括：,由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF时间已达几十万小时。,2020/9/15,.,10,(二) 编程简单，易于掌握 梯形图编程与

6、继电器逻辑电路图类似 直观、清晰、修改方便、易掌握 (三) 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,2020/9/15,.,11,(四)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,2020/9/15,.,12,(五)开发周期短，成功率高 只要正确、合理选用各种

7、模块组成系统，采用软件控制 (六)体积小、重量轻、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）,2020/9/15,.,13,(七)安装简单，维修方便 采用模块结构 安装时只需将相应I/O端口相连接即可构成PLC控制系统 运行故障指示（灯），可方便用户了解运行情况和故障诊断,2020/9/15,.,14,2、PLC的现状和发展 （1）目前80%以上的工业行业，80%以上的设备均可使用PLC。 从PLC的功能应用来看，它的应用范围大致包括以下几个方面： (一)开关量的逻辑控制 (二)模拟量控制 (三)简单编程 (四)过程控制 (五

8、)数据处理 (六)通信和联网,2020/9/15,.,15,（2）发展史 第一代：1969年1972年，代表产品有： 美国DEC公司的PDP-14/L 日本立石电机公司的SCY-022 日本北辰电机公司的HOSC-20 第二代：1973年1975年，代表产品有：美国GE公司的LOGISTROT 德国SIEMENS公司的SIMATIC S3、S4系列日本富士电机公司的SC系列 第三代：19761983年，代表产品有：美国GOULD公司的M84、484、584、684、884 德国SIEMENS公司的SIMATIC S5系列 日本三菱公司的MELPLAC-50、550 第四代：1983年现在，代表

9、产品有： 日本三菱公司的FX系列德国西门子公司的S7系列,2020/9/15,.,16,各代 PLC 的特点与应用范围,2020/9/15,.,17,2020/9/15,.,18,（3）发展方向： 产品规模向两极分化 处理模拟量 追求高可靠性 通讯接口和智能模块 系统操作站配高分辨率的监视器 追求软、硬件标准化,2020/9/15,.,19,（3）分类： 按容量 PLC按照输入(Input)和输出(Output)即I/O的点数多少可分为下表所示的五种类型。,2020/9/15,.,20,（3）分类： 按结构形式 整体式 模块式 按功能 低档：I/O，算数运算，数据传输等 中档：远程I/O，子程

10、序，通信联网等 高档：矩阵、函数运算，制表、表格处理，更强的网络功能等,2020/9/15,.,21,从继电器控制系统到PLC控制系统,2020/9/15,.,22,2020/9/15,.,23,2020/9/15,.,24,2020/9/15,.,25,X5 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,SB1 SB2,KM,X5 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,2020/9/15,.,26,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,继电器线路图与梯形图,KM,2020/9/15,.,27,SB1 SB2,PLC的I/O端口接线,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,2020/9/15,.,28,SB1 SB2,KM,X0 Y0 X1 PLC COM COM,FU,FR,输出供电电源,X0,X0 常开接通 常闭断开,2020/9/15,.,29,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,2020/9/15,.,30,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,2020/9/15,.,31,X0 X1 Y0,Y0,SB1 SB2 KM,KM,2020/9/15,.,32,SB1 SB2,KM,X0