可编程序控制器概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,西华大学电气信息学院,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,西华大学电气信息学院,*,第1章 PLC 的发展与特点,可编程序控制器,原理及应用,绪论,郑敏,1,西华大学电气信息学院,PLC,原理及应用,第1章 可编程序控制器概述和基本原理,第2章,FX系列PLC,的硬件系统,第3章,FX系列,PLC 的指令系统,第4章 梯形图设计方法,第5章 顺序控制梯形图编程方法,第6章 FX系列PLC的应用指令,第7章 可编程序控制器的通信及网络,第8章 PLC与组态软件,第9章 PLC在模拟量控制和运动控制中的应用,第10章 PLC应用中的其他问题,2,西华大学电气信息学院,第1章 可编程序控制器概述,功能完备,灵活,通用,通用工业控制装置,简单易懂、操作方便,价格便宜,3,第1章 可编程序控制器概述,1.1 可编程序控制器的由来与定义,1.2 可编程序控制器的特点与功能,1.3 可编程序控制器的发展与应用,1.4 常用可编程序控制器简介,4,西华大学电气信息学院,1.1 可编程序控制器的由来与定义,一、可编程序控制器的由来,功能完备,灵活,通用,通用工业控制装置,简单易懂、操作方便,价格便宜,提出十项指标：,(1),编程简单，可现场修改程序。,(2),维护方便，采用模块式结构。,(3),可靠性高于,继电器控制柜。,(4),体积小于,继电器控制柜。,5,西华大学电气信息学院,(5)数据直接送入计算机。,(6)价格能与,继电器控制柜竞争,。,(7)输入可以是交流 115 V。,(8)输出AC115 V、2 A，能直接驱动电磁阀。,(9)扩展时系统变更很小。,(10)用户程序存储容量至少能扩展到 4 K字节。,1969,年美国,DEC,研制出世界上第一台可编程,序控制器，并在,GM,公司试用，获得了成功。,1971,年日本研制出第一台可编程序控制器。,1974,年我国开始研制，,1977,年开始工业应用。,20,世纪,70,年代中期，,PLC,进入了实用化阶段。,20,世纪,70,年代末和,80,年代初，,PLC,进入了,成熟阶段。,6,西华大学电气信息学院,早期的可编程序控制器，一般称为,可编程序逻,辑控制器,(,P,rogrammable,L,ogic,C,ontroller,),，,简称,PLC,。它以准计算机形式出现。,1980,年，美国电气制造商协会正式将其命名为,可编程序控制器,(,P,rogrammable,C,ontroller),，,简称,PC,。,现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多,功能之一，故取消了“,L,ogic,”,。,为了区别“个人计算机”，,PC,仍被称为,PLC,。,7,西华大学电气信息学院,二、可编程序控制器的定义（IEC）,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的,指令，并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。,可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控,制系统形成一个整体、易于扩充功能的原则设计。,8,西华大学电气信息学院,三、PLC 的主要性能指标和分类,1.PLC 的主要性能指标,(1)输入/输出点数（I/O 点数）,(2)存储容量（字节）,指用户程序存储器容量。大约：1KB 2MB。,(3)扫描速度,指 PLC 执行程序的速度。,有两种表示方法,执行 1KB 用户程序所用的时间。,执行一条布尔指令所用的时间。,(4)编程指令的种类和条数,(5)扩展能力和功能模块种类,9,西华大学电气信息学院,2.PLC 的分类,(1)按,结构形式分类,一体式,PLC,将电源、,CPU,、,I/O,电路都集中装在一个机箱内。,一般小型,PLC,采用这种结构。,模块式,PLC,将,PLC,各部分分成若干个单独的模块，,如,CPU,模块、,I/O,模块、电源模块、功能模块。,一般大、中型,PLC,采用模块式结构。,10,西华大学电气信息学院,(2)按数字量 I/O 点数分类,超小型机,小型机,中型机,大型机,超大型机,64,64 256,256 2048,2048 8196,8196,1 2 KB,2 4 KB,4 16 KB,16 64 KB,64 128 KB,分类 I/O 点数 CPU 存储器,8 位处理器,8 位处理器,8 位字处理器和位处理器,16 位字、位,浮点处理器,32 位或多个,16 位字、位,浮点处理器,11,西华大学电气信息学院,(3)按功能分类,低档机,中档机,高档机,具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具备AI/AO、数据传送、运算、通讯等。,除上述功能，还有数制转换、子程序调用、通讯联网功能，有的还具备中断控制、PID 回路控制等。,除上述功能，还有较强的数据处理功能、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制、通讯联网功能等。,分类 主要功能 应用场合,开关量控制、顺序控制、,定时/计数控制、,少量模拟量控制等。,过程控制、位置控制等。,大规模过程控制系统，,构成分布式控制系统，,实现全局自动化网络。,12,西华大学电气信息学院,四、可编程序控制器的硬件,PLC,系统的构成都属于积木式结构,。,通过扩展各种功能模块使,PLC,系统的功能易于,扩充和增强。,13,西华大学电气信息学院,1.2 可编程序控制器的特点与功能,一、PLC 的特点,1.可靠性高、抗干扰能力强,无故障时间：45 万小时。,措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、,数据备份、后备电池,2.,功能完善、通用性强、使用方便,能实现各种控制功能、用于各个控制领域。,3.编程方法简单、易于掌握,梯形图图形语言简单易学。,4.系统,设计周期短、安装容易、维护方便,5.体积小、,重量轻、功耗低,14,西华大学电气信息学院,6.兼容性差,PLC 的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。,如专用总线、专家通讯网络及协议，I/O 模板不通用，,甚至连机柜、电源模板亦各不相同。,编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、,语言结构均不一致。,因此各公司的 PLC,互不兼容,。,15,西华大学电气信息学院,二、PLC 的主要功能及其应用,1.逻辑控制,用 PLC 的与、或、非指令取代继电器触点的,串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。,2.定时与计数控制,用 PLC 的定时器、计数器指令取代时间继电器等，,实现某些操作的定时或计数控制。,3.数据处理,用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码,以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、,分析和处理。,用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器,人控制系统等大中型控制系统中。,16,西华大学电气信息学院,4.步进控制,用 PLC 的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等，,实现上、下工序操作的控制。,5.运动控制,通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或,伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械。,6.过程控制,通过 A/D 和 D/A 转换，用 PLC 的 PID 指令（或PID,模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模,拟量进行单回路或多回路的闭环控制。,7.通信与远程控制,通过各种通信模块能够将 PLC 与 PLC、PLC 与上位,计算机之间联结成一个网络。,8.监控功能,17,西华大学电气信息学院,可编程序控制器的应用示例,传送带生产线控制,印刷机械,18,西华大学电气信息学院,木材加工,电梯控制,空调控制,可编程序控制器的应用示例,19,西华大学电气信息学院,灌装及包装机械,纺织机械,可编程序控制器的应用示例,20,西华大学电气信息学院,基于PLC控制的高压真空配电装置,21,西华大学电气信息学院,PLC 无功补偿装置,22,西华大学电气信息学院,基于PLC 的供配电监控系统的设计,（1）,调节主变的分接开关以调整母线电压，实现主变带电并联倒闸；,（2）对高压开关实行远程操作，实现各类用电设备的停送电；,（3）在上位机监控画面显示供配电设备的电量（电压、电流等），将数据归档并生成相应曲线；,（4）采集供配电设备状态、报警信息，归档并生成相应的报警画面。,23,西华大学电气信息学院,采用工控机作为监控单元，以S7400PLC 作为控制单元，ET200（远程I O 设备）,24,西华大学电气信息学院,PLC在电力系统中的应用,PLC 控制器实现倒闸操作顺序控制,倒闸操作有：运行转热备用、运行转冷备用、运行转检修、热备用转冷备用、热备用转检修、冷备用转检修等操作及其反向操作。操作中的每一步都有严格的逻辑顺序。,25,西华大学电气信息学院,基于PLC的变电站中央信号系统,中央事故信号装置的作用是：当电力系统事故，断路器发 生跳闸后，启动蜂鸣器发现出音响。,事故信号：进线、转出线、变压器、一次及二次母线、,配出线,预告信号是在电气设备运行发生异常时，一面发出铃响，一面使相应得光字牌点亮，通知运行人员进行处理。,预告信号：电压互感器二次回路断线、交流回路绝缘监视、直流回路绝缘监视、操作回路断线、变压器轻、重瓦斯、变压器过负荷、变压器油温过高、自动装置动作、事故照明切换动作、直流电压过高或过低、断路操动机构的液压或气压异常。,26,西华大学电气信息学院,基于PLC的直流电池放电自动控制系统,基于PLC的数字化变电站开关设备智能接口装置,常规变电站：过程层设备还普遍采用由硬结点向间隔层设备传输开关状态量，利用电缆传输间隔层设备发出的保护、遥控信号，利用继电器回路实现断路器的跳合闸逻辑,PLC在电力系统中的应用,27,西华大学电气信息学院,三、PLC 与其他控制系统的比较,1.PLC 与继电器控制系统的比较,PLC,的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原,因是,PLC,梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电,路元件符号，仅个别处有些不同。,信号的输入,/,输出形式及控制功能也是相同的，但是,PLC,是软逻辑，继电器是硬逻辑。,PLC,在性能上比继电器控制逻辑优异，,特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，,而且体积小、功耗低、维护方便，,但价格高于继电器。,28,西华大学电气信息学院,单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点，,一般用于数据采集和工业控制。,PLC,在数据采集、数据处理等方面不如单片机。,PLC,用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，,使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。,3.,可编程控制器与个人计算机控制的比较,使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。,应用范围：,微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、,数据处理、计算机通信等方面。,PLC,是专用微机控制系统，主要用于工业控制。,2.可编程控制器与单片机控制的比较,29,西华大学电气信息学院,输入,/,输出：,微机系统的,I/O,设备与主机之间采用微电联系，一般,不需要电气隔离。,而,PLC,一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输,出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功,率晶体管进行功率放大。,系统功能：,微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。,而,PLC,一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、,用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。,互相配合各司其职：,在一个联网运行的集散控制系统中，使,PLC,集中在功,能控制上，微机则集中在信息处理上，两者相辅相成。,30,西华大学电气信息学院,一、PLC 的发展概况,早期的,PLC,控制功能简单,基本逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。,PLC,已经成为工业控制的标准设备,现代工业的三大支柱：,PLC,技术、机器人技术、,CAD/CAM,技术。,PLC,的生产也成了重要的产业,随着微电子技术的快速发展，,使,制造成本,，,功能,。,我国,PLC,的应用和发展,1.3 可编程序控制器的发展与应用