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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,河南理工大學(xué),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,大家好,第1章 可編程序控制器概述,1.1 PLC的由來與定義 （了解）,1.3 特點(diǎn)與功能 （了解）,1.4 PLC的發(fā)展趨勢 （了解）,1.5 與其它控制系統(tǒng)的比較（,掌握,）,1.2 主要性能指標(biāo)和分類 （,掌握,）,1.6 常用PLC簡介 （了解）,1.1 可編程序控制器的由來與定義,一、可編程序控制器的由來,功能完

2、備,靈活,通用,通用工業(yè)控制裝置,簡單易懂、操作方便,價格便宜,具體要求？,提出十項(xiàng)指標(biāo)：,(1)編程簡單，可現(xiàn)場修改程序。,(2)維護(hù)方便，采用模塊式結(jié)構(gòu)。,(3)可靠性高于繼電器控制柜。,(4)體積小于繼電器控制柜。,(5)數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)。,(6)價格能與繼電器控制柜競爭。,(7)輸入可以是交流 115 V。,(8)輸出AC115 V、2 A，能直接驅(qū)動電磁閥。,(9)擴(kuò)展時系統(tǒng)變更很小。,(10)用戶程序存儲容量至少能擴(kuò)展到 4 K字節(jié)。,1.1 可編程序控制器的由來與定義,1969 年美國 DEC 研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在 GM 公司試用，獲得了成功。,1971 年日

3、本研制出第一臺可編程序控制器。,1974 年我國開始研制，1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。,20 世紀(jì) 70 年代中期，PLC 進(jìn)入了實(shí)用化階段。,20 世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初，PLC 進(jìn)入了成熟階段。,早期的可編程序控制器，一般稱為,可編程序邏輯控制器,(,P,rogrammable,L,ogic,C,ontroller)，簡稱,PLC,。它以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)形式出現(xiàn)。,1980 年，美國電氣制造商協(xié)會正式將其命名為可編程序控制器(,P,rogrammable,C,ontroller)，簡稱,PC,。,現(xiàn)代可編程序控制器，邏輯運(yùn)算僅是其眾多功能之一，故取消了“,L,ogic”。為了區(qū)別“個人計(jì)

4、算機(jī)”，,PC,仍被稱為,PLC,。,1.1 可編程序控制器的由來與定義,二、可編程序控制器的定義（IEC）,1985年1月,國際電工委員會的定義,：,“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，,專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì),。,它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按,易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì),”。,1.1 可編程序控制器的由來與定義,1.2 PLC 的主要性能指標(biāo)和分類,1.PLC 的主要性能指標(biāo),(1)輸入/輸出點(diǎn)

5、數(shù)（I/O 點(diǎn)數(shù)）,(2)存儲容量（字節(jié)）,指用戶程序存儲器容量。大約：1KB 2MB。,(3)掃描速度,指 PLC 執(zhí)行程序的速度。,有兩種表示方法,執(zhí)行 1KB 用戶程序所用的時間。,執(zhí)行一條布爾指令所用的時間。,(4)編程指令的種類和條數(shù),(5)擴(kuò)展能力和功能模塊種類,2.PLC 的分類,(1)按結(jié)構(gòu)形式分類,一體式 PLC,將電源、CPU、I/O 電路都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)。,一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。,模塊式 PLC,將 PLC 各部分分成若干個單獨(dú)的模塊，,如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊、功能模塊。,一般大、中型 PLC 采用模塊式結(jié)構(gòu)。,(2)按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)

6、分類,超小型機(jī),小型機(jī),中型機(jī),大型機(jī),超大型機(jī),64,64 256,256 2048,2048 8196,8196,1 2 KB,2 4 KB,4 16 KB,16 64 KB,64 128 KB,分類 I/O 點(diǎn)數(shù) CPU 存儲器,8 位處理器,8 位處理器,8 位字處理器和位處理器,16 位字、位,浮點(diǎn)處理器,32 位或多個,16 位字、位,浮點(diǎn)處理器,(3)按功能分類,低檔機(jī),中檔機(jī),高檔機(jī),具有邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有的還具備AI/AO、數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算、通訊等。,除上述功能，還有數(shù)制轉(zhuǎn)換、子程序調(diào)用、通訊聯(lián)網(wǎng)功能，有的還具備中斷控制、PID 回路控制等。

7、,除上述功能，還有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能、模擬量調(diào)節(jié)、函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)控、智能控制、通訊聯(lián)網(wǎng)功能等。,分類 主要功能 應(yīng)用場合,開關(guān)量控制、順序控制、,定時/計(jì)數(shù)控制、,少量模擬量控制等。,過程控制、位置控制等。,大規(guī)模過程控制系統(tǒng)，,構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，,實(shí)現(xiàn)全局自動化網(wǎng)絡(luò)。,1.3,可編程序控制器的特點(diǎn)與功能,一、PLC 的特點(diǎn),1.,可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),無故障時間：45 萬小時。,措施：隔離、濾波、屏蔽、檢測與自診斷、,數(shù)據(jù)備份、后備電池,2.功能完善、通用性強(qiáng)、使用方便,能實(shí)現(xiàn)各種控制功能、用于各個控制領(lǐng)域。,3.編程方法簡單、易于掌握,梯形圖圖形語言簡單易學(xué)。,4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、安裝容

8、易、維護(hù)方便,5.體積小、重量輕、功耗低,PLC的可靠性高?,PLC是一種具有很高可靠性的控制裝置，他與可編程序調(diào)節(jié)器DCS系統(tǒng)同被列為,不損壞儀表,。,硬件上-,隔離、濾波、屏蔽、接地,等一系列抗干擾措施;,模板機(jī)箱-完善的,電磁兼容性設(shè)計(jì),;,軟件-,數(shù)字濾波、指令復(fù)執(zhí)、程序卷回、差錯校驗(yàn)等一系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術(shù),;,系統(tǒng)一級的冗余配置;,PLC采用周期循環(huán)掃描方式工作,在一個循環(huán)掃描周期T中，僅只有一小段時間集中進(jìn)行I/O，也只有一小段集中進(jìn)行I/O時間中的干擾才會被引入。,掃描周期控制在100200ms之內(nèi)，比電機(jī)時間常數(shù)小,即使在每個掃描周期，干擾侵入，并造成輸出值錯誤，

9、但當(dāng)它還沒來得及使執(zhí)行器發(fā)生錯誤的動作，下一個掃描周期正確的輸出就會將其糾正。,12,7.兼容性差,PLC 的軟硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的。,如專用總線、專家通訊網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O 模板不通用，,甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。,編程語言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致。,因此各公司的 PLC,互不兼容,。,6.豐富的I/O接口,1.3,可編程序控制器的特點(diǎn)與功能,1.模擬量、開關(guān)量的邏輯控制,用 PLC 的與、或、非指令取代繼電器觸點(diǎn)的串并聯(lián)等邏輯連接，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的控制。,2.定時與計(jì)數(shù)控制,用 PLC 的定時器、計(jì)數(shù)器指令取代時間繼電器等，實(shí)現(xiàn)某些操作的定時或計(jì)數(shù)控制。,

10、3.數(shù)據(jù)處理,用數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、編碼、譯碼以及數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算等指令來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。,4.步進(jìn)控制,用 PLC 的步進(jìn)指令取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器等，實(shí)現(xiàn)上、下工序操作的控制。,1.3,可編程序控制器的特點(diǎn)與功能,二.,可編程序控制器功能,5.運(yùn)動控制,通過高速計(jì)數(shù)器和位置控制模塊等控制步進(jìn)電動機(jī)或,伺服電動機(jī)，從而控制單軸或多軸生產(chǎn)機(jī)械。,6.過程控制,通過 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換，用 PLC 的 PID 指令（或PID,模塊）對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、速度、流量等模,擬量進(jìn)行單回路或多回路的閉環(huán)控制。,7.通信與遠(yuǎn)程控制,通過各種通信模塊能夠?qū)?PLC

11、與 PLC、PLC 與上位,計(jì)算機(jī)之間聯(lián)結(jié)成一個網(wǎng)絡(luò)。,8.監(jiān)控功能,1.3,可編程序控制器的特點(diǎn)與功能,可編程序控制器的應(yīng)用示例,傳送帶生產(chǎn)線控制,印刷機(jī)械,木材加工,電梯控制,空調(diào)控制,可編程序控制器的應(yīng)用示例,灌裝及包裝機(jī)械,紡織機(jī)械,可編程序控制器的應(yīng)用示例,1.PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較,PLC 的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是 PLC 梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號，僅個別處有些不同。,信號的輸入/輸出形式及控制功能也是相同的，但是PLC 是軟邏輯，繼電器是硬邏輯。,PLC 在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方

12、便，而且體積小、功耗低、維護(hù)方便，但價格高于繼電器。,1.4 PLC 與其它控制系統(tǒng)的比較,交機(jī)電機(jī),熔絲,交流接觸器,熱繼電器,刀開關(guān),1.4 PLC 與其它控制系統(tǒng)的比較,20,圖1-1 繼電器邏輯控制系統(tǒng)框圖,1.4 PLC 與其它控制系統(tǒng)的比較,21,1.4 PLC 與其它控制系統(tǒng)的比較,22,單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格比較低等優(yōu)點(diǎn)，一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制。,PLC 在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面不如單片機(jī)。,PLC 用于工業(yè)控制，穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，使用方便，,但單片機(jī)的通用性和適應(yīng)性較強(qiáng)。,2.可編程控制器與單片機(jī)控制的比較,1.4 PLC 與其他控制系統(tǒng)的比較,3.可

13、編程控制器與個人計(jì)算機(jī)控制的比較,使用環(huán)境、程序設(shè)計(jì)、運(yùn)算速度、存儲容量、價格。,應(yīng)用范圍：,微機(jī)除了用在控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等方面。,PLC 是專用微機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于工業(yè)控制。,輸入/輸出：,微機(jī)系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而 PLC 一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器、可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。,系統(tǒng)功能：,微機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件和許多應(yīng)用軟件。,而 PLC 一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查、用戶程序的輸入和修改、用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視等。,1.4 PLC 與其他

14、控制系統(tǒng)的比較,PLC為什么用量高居首位?,工業(yè)自動化系統(tǒng)通常分成三類：,控制開關(guān)量的,邏輯控制裝置,控制慢連續(xù)量的,過程控制系統(tǒng),控制快連續(xù)量的,運(yùn)動控制系統(tǒng),在傳統(tǒng)上對于這三種控制系統(tǒng)用不同的控制裝置:,邏輯控制用電控制（電氣控制裝置即繼電器接觸器控制）,過程控制用儀表裝置（電動單元組合儀表）,運(yùn)動控制用電傳裝置（電氣傳動控制裝置）,所謂,三電,就是指的是,電控、電儀、電傳,。,25,在一家工廠、一個車間、一個工段，甚至在一臺設(shè)備上，這三種設(shè)備常常并存在一起，單設(shè)備各不相干。這主要是因?yàn)檫@三種控制裝置相差太遠(yuǎn)，無法兼容。長久以來，人們一直希望能把他們用一種控制裝置統(tǒng)一起來，協(xié)調(diào)地進(jìn)行控制。

15、這對于提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無疑是很有意義的。把三電合成于一體就叫做,三電一體。,過程控制,邏輯控制,運(yùn)動控制,計(jì)算機(jī),PLC 與三電一體,26,有兩種實(shí)現(xiàn)三電一體化的思路：,網(wǎng)絡(luò)一級實(shí)現(xiàn)三電一體化,：邏輯控制裝置、過程控制裝置、運(yùn)動控制裝置盡管各不相同，但如果它們都可以,連入同一網(wǎng)絡(luò),，則網(wǎng)絡(luò)就成了三電同一的載體，在網(wǎng)絡(luò)一級實(shí)現(xiàn)了三電一體化。,DCS（,distrabuted control system,），花費(fèi)較大，適合于大型自動控制系統(tǒng)。,控制裝置一級實(shí)現(xiàn)三電一體化,：控制裝置既有邏輯控制功能，又有過程控制功能，還有運(yùn)動控制功能。,PLC，靈活機(jī)動，三電一體集成度較高

16、，適合于各種規(guī)模自動控制系統(tǒng),。,PLC 與三電一體,27,為什么PLC有能力在裝置一級集三電于一體，而專門用于過程控制的計(jì)算機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)三電一體卻比較困難呢？,PLC 與三電一體,28,第一,是PLC是以,控制開關(guān)量,起家的，他采用,循環(huán)掃描方式,，為了不丟失輸入信號，要求循環(huán)掃描周期越短越好，這就使得在PLC中配置的處理器性能好，速度快。,這些高性能的微處理器本身有很大的潛能，早期PLC只利用速度快這一條，其他潛能并沒有得到充分得利用。后來發(fā)現(xiàn)處理好不同性質(zhì)的實(shí)時多任務(wù)的調(diào)度，在PLC中加入針對慢連續(xù)量的過程控制并不困難。,反過來，,針對慢連續(xù)量的過程控制計(jì)算機(jī)，改成周期循環(huán)掃描并加入大量開關(guān)控制卻是力不能及的,。,PLC 與三電一體,29,第二,是大中型PLC中普遍采用了,多微處理機(jī),結(jié)構(gòu)進(jìn)行多道處理。,例如,西門子的S5-155U，S5-153U內(nèi)最多配置4個CPU加一個協(xié)處理器；,德州儀器公司的T1565,可編程控制器最多可裝入8臺MC68000的處理器。,這使得PLC不僅速度快，而且可以獨(dú)立各自處理不同問題，也可分解協(xié)調(diào)，共同處理非常復(fù)雜的問題。,第三,是PLC配置著大量