过程装备控制技术及应用2016第五章剖析

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1、第五章 可编程控制器,5.1 继电器控制系统基础,5.1.1 常用元件,1、检测元件（输入部分） 用于操作指令及受控量的检测，并将其转换为开关量信号。 1) 按钮和手动开关 作用：用于操作指令的检测,常开型按钮,常闭型按钮,复合型按钮,按钮开关(带锁/自锁型按钮),手动开关,2)自动检测开关 作用：用于工艺信号检测,并将其转换为开关量动作. 分类及表示符号：,行程开关（限位开关）、接近开关,信号检测开关 例如温度、压力、流量、液位检测开关；电流、电压、转速检测开关等。,2、控制元件（逻辑部分） 按照控制要求，对检测部分送来的开关量信号进行逻辑运算或延时等操作，并将结果送至执行部分。 1) 中间

2、继电器 作用：用于逻辑运算及触点的转换和扩展与驱动。 构成：由电磁机构和触点部分等组成。,构成及工作原理,示意图中为1对常开（NO）和1对常闭（NC）触点。,桥式动触头,静触头,静触头,构成及工作原理,i / I,线圈控制可以是24VDC、220VAC、380VAC。,构成及工作原理,i / I,表示符号：,构成及工作原理,2) 时间继电器 作用：用于延时操作。 构成：由电磁机构、延时装置和触点等部分组成。,表示符号：,继电器线圈,继电器触点,3、执行元件（输出部分） 作用：用于驱动受控对象动作。 1) 接触器 作用：用于接通或断开主电路或大容量控制电路。 线圈电压：DC24V，AC220V，

3、AC380V。 表示符号：,常开触点,常闭触点,主触点,辅助触点,2) 电磁阀 作用：用于流体管路的控制。 分类：按动作形式分为带电打开和带电关闭。 线圈电压：DC24V，AC220V 表示符号：,带电关闭，失电打开,带电打开，失电关闭,电磁线圈,阀门,FO,FC,5.1.2 继电器式控制系统简介,1、报警系统 主要起自动监视作用。当工艺参数偏离规定值或运行状态出现异常时发出声光信号，以便提醒操作人员采取措施，使生产正常进行。 2、联锁系统 1) 作用 实现异常情况的自动处理及特定过程的顺序操作。 2) 分类 由工艺参数偏离规定范围引发的联锁；保证设备正常运转或设备之间正常联络所需的联锁。,5

4、.1.3 继电器式控制线路分析方法1直观分析法,1、分析步骤： 1）了解动作要求，即输入与输出的对应关系； 2）分清输入、输出及中间环节； 3）分析线路（直接读图）； 4）绘制图表。,一、组合型线路的分析,2、分析举例（1）： 某控制系统的动作要求如下： 1）开关SW1闭合时，关闭A阀和B阀； 2）检测开关SW2闭合时，关闭A阀，只开B阀； 3）检测开关SW3闭合时，关闭A阀，只开B阀； 同时要求开关闭合时时，相应的指示灯点亮。 注：A、B两阀均为带电关闭。,控制系统线路图如下图(自然状态未上电)：,R1、R2、R3不带电，AL1、AL2、AL3不亮，VS1、VS2、不带电，A、B阀打开。,1

5、）系统上电，各元件状态无变化。,R1、R2、R3不带电，AL1、AL2、AL3不亮，VS1、VS2、不带电，A、B阀打开。即状态未改变。,2）SW1闭合时：,AL1亮、R1带电,R1的触点状态翻转(R1-1闭合),VS2带电，B阀关闭,同时经R2-1、R3-1使VS1带电，A阀关闭,3）SW1断开，AL1灭，R1失电,R1-1复原断开，VS1、VS2失电，A、B阀打开,4）SW2闭合时：,AL2亮、R2带电,R2的触点状态翻转(R2-1断开，R2-2闭合),R2-2闭合使VS1带电，A阀关闭,5）SW2断开，系统复原。,6）SW3闭合时：,AL3亮、R3带电,R3的触点状态翻转(R3-1断开，

6、R3-2闭合),R3-2闭合使VS1带电，A阀关闭,7）SW3断开，系统复原。,动作表,说 明,SW3闭合,SW2闭合,SW1闭合,正常,执 行,中 间,输 入,状态,元件,加热槽温度报警联锁系统控制要求：当温度超限时发出报警信号（灯亮及铃响），同时有联锁动作，即关闭VS阀。按PB按钮确认后，铃消音。待温度正常后，VS重新打开，同时报警灯灭。 注：VS为带电关闭。,3、分析举例（2）：,控制系统线路图（自然状态）,R2-1为自锁点,1) 系统上电：各部件无动作,T,L,N,2) 温度超限时：TS闭合,T,L,N,TS闭合使R1带电,T,L,N,R1的触点状态翻转（R1-1、R1-2闭合）,T,

7、L,N,R1-1闭合使VS带电，阀关闭,T,L,N,R1-2闭合使AL灯亮、BL 带电铃响,T,L,N,3) 按PB后，R2带电,T,L,N,R2带电，触点状态翻转（R2-1闭，R2-2断 ）铃消音,T,L,N,4) PB按钮复原后，因R2-1自锁作用，R2仍带电,T,L,N,5) 温度正常后，TS断开，R1失电,L,N,R1的触点状态翻转复原（R1-1、R1-2断开）,L,N,R2失电， AL灯灭,L,N,R2失电使其触点状态翻转复原，全系统复原。,L,N,绘制动作顺序表：,VS,BL,AL,R2,R1,PB,TS,灯灭 铃不响 阀打开,灯亮 铃停 阀关闭,灯亮 铃响 阀关闭,灯不亮 铃不响

8、 阀打开,说 明,执行,中间,输入,TS 1 PB 1 TS 0,复原,确认,报警,正常,状态,元件,条件,转步,动作顺序表,动作表,表达方式,有自锁点,无自锁点,线路特征,与当前输入及上一周期的各元件状态有关,只与当前输入状态有关,输出状态,时序型线路,组合型线路,类型,项目,三、组合型线路与时序型线路比较,加热槽温度报警联锁系统控制要求：当温度超限时发出报警信号（灯亮及铃响），同时有联锁动作，即关闭VS阀。按PB按钮确认后，铃消音。待温度正常后，VS重新打开，同时报警灯灭。 注：VS为带电开通。,分析设计（1）：,分析设计（2）： 某控制系统的动作要求如下： 1）开关SW1闭合时，关闭A阀

9、和B阀； 2）检测开关SW2闭合时，关闭A阀，只开B阀； 3）检测开关SW3闭合时，关闭A阀，只开B阀； 同时要求阀开通时，相应的指示灯点亮。 注：A、B两阀均为带电开通。,一、可编程控制器的产生 上个世纪60年代末期开始研制。 1968年，通用汽车(Gener Motors)公司根据汽车生产流水线改造需要，面向社会进行招标提出了相应的招标条件，即：“GM10条” 。,5.2 可编程控制器的构成及工作原理,5.2.1 可编程控制器的产生与发展,GM10条： 1）编程简单：一般电气工程师不需特殊的计算机知识即可编程，且可现场修改； 2）维护方便：最好采用插件式结构； 3）可靠性高：优于继电器控制

10、系统； 4）体积小：小于继电器控制系统； 5）成本低：性价比高于继电器控制系统； 6）可与计算机通信：数据直接传给计算机； 7）输入可以是115VAC：可直接接收交流信号； 8）输出也可以用115VAC：可直接驱动电磁阀、接触器等； 9）具有可扩展性：采用模块化结构； 10）用户程序存储器容量：4K以上。,美国PLC发展得最快200余家： A-B（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司 MODICON莫迪康公司； GEFSNUC公司； 欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Sele

11、ctron公司等。 日本生产PLC的厂家有40余家： 三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON), 富士电机（Fuji Electric）,东芝（TOSHIBA） 国内： 北京和利时 大连理工大学计算机控制有限公司,可编程控制器的应用,1）开关量逻辑控制 主要用于生产流水线控制及联锁保护系统等； 2）运动控制 主要用于加工机械、吊车、工业机器人、电梯等控制； 3）过程控制 主要用于连续变化的模拟量（如温度、压力、流量等）的闭环控制； 4）通信联网及多级控制 主要用于网络型监控系统及远程控制系统。,5.2.2 可编程控制器的构成及工作过程 一、可编程控制器的构成,构成与一般的计算机控

12、制系统相似。,二 、可编程控制器的分类,1、按I/O点数分类 分为微型、小型、中型及大型等。 微型：一般I/O点数在128点以下； 小型：一般I/O点数在512点以下； 中型：一般I/O点数在2048点以下； 大型：一般I/O点数在2048以上。,2、按结构型式分类 常用的PLC可分为整体式和模块式PLC。 1)整体式PLC：各组成部分集成在一起，封装为单一整体，单台主机具备一定的控制能力。通常微型及小型PLC采用此结构。 2)模块式PLC：各组成部分按其功能制成独立的模块，如CPU模块、电源模块、输入模块、输出模块等，并按需要选择某些模块组合在一起，构成各种规模或用途的系统。通常中大型PLC

13、采用此结构。 此外，还有基于PC的PLC，包括PCI卡式和软PLC。,三、可编程控制器的工作过程,1、小型PLC工作过程 分为输入采样、程序执行和输出刷新三个过程。,2、中大型PLC工作过程,上电,复位操作,硬件检查,WDT复位,自诊断,与外部信息交换,执行用户程序,输入/输出操作,四、可编程控制器的编程语言,1 、梯形图编程 梯形图编程语言是借鉴继电器控制线路的特点而形成的，因此与继电器控制线路非常相似。,继电器控制线路,梯形图编程语言,2、指令语句编程 在计算机汇编语言基础上开发产生的，因此与计算机汇编语言非常相似。其它编程语言均可转化为指令语句。,A( O I 0.0 O Q 0.0 )

14、 AN I 0.1 = Q 0.0,指令语句编程语言,梯形图编程语言,3、逻辑符号图编程 逻辑符号图编程语言是在数字电路逻辑符号图基础上产生的，与数字电路中的逻辑图非常相似。,继电器控制线路,逻辑符号图编程语言,4、顺序功能图编程 主要用于顺序控制。,PLC与其它控制系统比较 一、PLC与继电器控制系统比较,PLC取代以继电器控制系统的原因是:现代生产线要求的时间响应快,控制精度高,可靠性好,控制程序可随工艺改变,易与计算机接口,维修方便等诸多高品质与功能,继电器控制系统远远比不上PLC控制系统。 但对于一些简单的系统，由于其控制逻辑简单，采用继电器系统时，成本较低。所以，目前仍有大量的继电器

15、系统在使用。,二、PLC与集散控制系统（DCS）比较,可编程序控制器与集散系统(分布式控制系统)都是自动化控制设备,它们分别由两个不同的古典设备发展而来。可编程序控制器是由继电器逻辑控制系统发展而来,所以它在数字处理、顺序控制方面具有优势,发展初期主要侧重于数字量顺序控制方面的应用。在此之后,其模拟量处理功能也得到了迅速的发展。 集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来, 它在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势,发展初期主要侧重于回路调节功能。与PLC系统相比，功能较为完善，但成本较高。目前，大多用于中、大规模控制系统中。,这两种设备都在随着微电子技术、大规模集成电路芯片、计算机技术、通信技

16、术等的发展而发展,同时都向对方扩展自己的技术功能。 特别是大型PLC出现后，由于其运算速度快，存储器容量大，处理功能完善，网络系统形式多样，现已在中、大型系统中得到广泛应用。,三、PLC与工业控制计算机比较 这两种设备都适合于工业控制应用。工业控制计算机是由通用微机推广应用发展起来的,在硬件结构方面,总线标准化程度高,品种兼容性强,是微机厂及芯片制造厂开发的。可编程序控制器是由电气控制厂家研制生产的,从开始就是针对工业顺序控制而发展起来的。因此硬件结构专用、各厂家产品不兼容。 工业控制机由于直接由通用微机而来,采用板卡结构，软件资源较为丰富,特别是有实时操作系统的支持,故在要求快速,实时性强,运算复杂的领域占有优势。,可编程序控制器非常适合于逻辑及顺序控制。编程时使用的梯形图编程语言直观易懂，很受熟悉电器控制人员欢迎。 目前，可编程序控制器其功能已进一步扩充,，其模拟量控制功能也已较为完善，提高了很多的处理指令，如