可编程控制器第一章

可编程序控制器第1章 概 述第2章 可编程序控制器的结构和工作原理第3章 基本指令第4章 步进顺控指令系统第5章 功能指令系统第6章 PLC控制系统设计第1章 概 述1.1 可编程序控制器的由来 1.2 可编程序控制器的定义、分类及特点1.3 可编程序控制器的功能和应用 1.4 可编程序控制器与其他工业控制系统的比较1.5 可编程序控制器的发展趋势 1.6 直流电动机的应用控制举例1.1 可编程序控制器的由来在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位的。一、继电器-接触器电气控制线路的特点1、实现了用弱电信号控制强电、实现了自动控制，统治时间长（上百年历史）；2、可靠性低（接线和触点太多，故障排除难）通用性差（对一控制对象进行专门的设计）缺乏“柔性”（工艺变动后生产程序改变困难，使控制设备变动）体积大、耗电多；固态继电器二、市场背景60年代末，大批量少品种的生产转变为小批量多品种的生产，市场所需的“柔性”生产线呼唤新型控制系统的诞生。三、可编程控制器的产生68年GM公司公开招标研制，69年DEC公司应标研制成功世界上第一台可编程序控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC。功能：取代继电接触器控制，逻辑运算、计时计数。四、可编程序控制器主要的生产厂家德国的Siemens公司日本的三菱公司和欧姆龙（OMRON）公司松下 FP系列美国的Rockwell所属的A-B公司；美国的GE-Fanue公司；五.可编程序控制器(PLC)发展的几个阶段从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了 下列四个阶段：第一阶段，从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。主要用于逻辑运算和定时、计数，1 位微处理器 。第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段。可以进行模拟 逻辑运算功能。第三阶段，从20世纪70年代末期到80年代中期，是PLC通信功能的实现阶段。初步形成了分布式的通信网络体系。第四阶段，从20世纪80年代中期开始，是PLC的开放阶段。主要表现为通信系统的开放，使各制造企业的产品可以互相通信，产品的规模增大，功能不断完善。六.我国 PLC的发展1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。由于使用单片1位处理器，因此，应用的规模较小，主要的控制方式是开关量控制。从1982年开始与美国、德国、日本等PLC的制造企业 进行了合资或引进技术、生产流水线等，使我国pLC的应用有了较大的发展 。1.2 可编程序控制器的定义、分类及特点1.2.1可编程序控制器的定义1980年，美国电气制造商协会(NEMA) 年将可编程序控制器命名为PC(ProgrammableController) 。1982年，国际电工委员会( International Electrical Committee，IEC)颁布了PLC标准草案，1985年提交了第2版，并在1987年的第3版中对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.2.2可编程序控制器的分类1.按硬件的结构类型分类通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：整体式PLC和结构化模块式PLC。1）整体式PLC对整体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等。它的特点是结构紧凑，体积小，成本低，安装方便，缺点是输入/输出点数是固定的，不一定能适合 具体的控制现场的需要。2)模块式结构模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。整体PLC、模块式PLC在网络结构上的不同用途：无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。模块式PLC用于大型机、中型机，在底板上可插一些特殊模块。2.按应用规模及功能分类可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点数和输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将PLC分为超小(微)、小、中、 大、超大等五种类。(1)超小型PLC： I/O点数小于64点，内存容量为256 B 1KB。(2)小型PLC： I/O 点数为65128点，内存容量为13.6KB。一般是整体式的，主要用于逻辑运算、定时、计数、顺序控制。 (3)中型PLC： I/O 点数范围为129512点，内存容量为3.6 13KB。增加了数据处理能力 。(4)大型PLC： I/O 点数范围为513896点，内存容量为13KB以上。(5)超大型PLC： I/O点数为896点以上，内存容量为13 KB 以上。1.2.3可编程序控制器的特点1.编程方法简单易学梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂。2.功能强，性能价格比高.一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。4.可靠性高，抗干扰能力强可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。同时还采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力。可编程序控制器已被广大用户公认为是最可靠的工业控制设备之一。5.系统的设计、安装、调试工作量少6.维修工作量小，维修方便7.体积小，能耗低1.3 可编程序控制器的功能和应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，功能主要分为如下几类：1开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。1.3 可编程序控制器的功能和应用3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。1.3 可编程序控制器的功能和应用4数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金食品工业中的一些大型控制系统。1.3 可编程序控制器的功能和应用5通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.3 可编程序控制器的功能和应用 PLC技术在公路交通系统中的应用1 PLC型交通灯控制器2 PLC型车道控制器1） 对棚灯及雾灯的控制由于PLC本身具有时钟功能，通过软件编程，可对棚灯、雾灯进行无人化、智能控制。1.3 可编程序控制器的功能和应用2. 对费额显示器的控制3. 对挡车器的控制1.4可编程序控制器与其他工业控制系统的比较1.PLC与继电器控制系统的比较继电器控制柜是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程改变，则控制柜必须重新设计、重新配线。而PLC各种控制功能都是通过软件来实现的，因此只要改变程序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、维护等各方面进行比较，PLC都有显著的优势。因此，传统的继电器控制系统大多数将被PLC所取代。2.PLC与工业控制计算机的比较工业控制计算机对要求快速、实时性强、模型复杂、计算工作量大的工业对象的控制占有优势。但是，使用工业控制机控制生产工艺过程，要求开发人员具有较高的计算机专业知识和微机软件编程的能力。PLC硬件结构专用性强，通用性差，但是，采用了工厂技术人员熟悉的梯形图语言编程，易学易懂，便于推广应用。PLC有更高的可靠性。PLC软件方面的抗干扰措施在监控程序里已经考虑得很周全，而控机用户程序则必须考虑抗干扰问题，一般的编程人员很难考虑周全。这也是工控机应用系统比PLC应用系统可靠性低的原因。尽管现代PLC在模拟量信号处理、数值运算、实时控制等方面有了很大提高，但在模型复杂、计算量大且较难、实时性要求较高的环境中，工业控制机则更能发挥其专长。1.5 可编程序控制器的发展趋势PLC将向两个方面发展：一方面向着超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一方面则向着大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。电机1先启动，延时一段时间，电机2再启动！FR : 热继电器的动断触点QS:隔离开关FU: 熔断器KT: 时间继电器，应串联一KM1常开触点！