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1、课程名称:可编程控制器及应用 课程性质:选修 学时:36，包括实验6学时（3次实验） 参考书目： 可编程控制器原理及应用李希胜，孙昌国，舒雄鹰编 S7-300/400PLC应用技术廖常初主编 S7-300PLC 和MM440变频器的原理与应用 马 宁、孔红著 深入浅出西门子S7-300西门子自动化与驱动集团编等 课程考核方式： 理论：考察可编程控制器的基本概念，占50% 实验：考察实际的动手能力，对于给出的基本功 能能否设计出一个较完整的控制系统。占50%。平 时实验课要认真做，实验考试均是曾经做过的类似 的实验。 答疑时间：周二下午2：00-3：00 地点：信息楼1021 联系方式：手机13
2、693631281 email:dongdandan9 QQ：877055941 第1章 可编程序控制器概述 1.1 可编程序控制器产生与发展 1.2 可编程序控制器的特点与分类 1.3 网络型PLC与DCS的关系 1.4 可编程控制器的基本组成 1.5 梯形图 1.6 可编程控制器的工作原理 1.7 可编程控制器的性能指标 1.8 可编程控制器的发展趋势 1.1 可编程序控制器产生与发展 1.接线程序控制系统 按钮、开关、时间继电器、压力继电器 、 温度继电器、过流过压继电器 接触器、继电器、电磁阀 压力传感器、温度传感器、湿度传感器 伺服电机、电动阀、距离、速度等控制信 号。 1.接线程序
3、控制系统 以往的电气控制装置主要采用继电器、接触器或 电子元件来实现，由连接导线将这些器件按照一 定的工作程序组合在一起，以完成一定的控制功 能，这种控制叫做接线程序控制。 接线程序控制的电气装置体积大，生产周期长 ，接线复杂，故障率高，可靠性差。控制功能略 加变动，就需重新组合、改变接线。 继电器控制系统 先进自动控制系统 2 .可编程序控制器产生 编程简单方便，可在现场修改程序； 硬件维护方便，最好是插件式结构； 可靠性要明显高于继电器控制系统； 体积要明显小于继电器控制柜； 价格便宜，其性能价格比要高于继电器控制系 统； 输入可以是AC 115 V； 输出为AC 115 V，2 A以上，
4、能直接驱动电磁 阀； 具有数据通信功能； 扩展时，原有系统只需做很小改动； 用户程序存储器容量至少可以扩展到4 KB。 l对先进自动控制装置提出设想： 工业控制单板机（计算机） 继电器控制系统 先进控制装置 美国数字设备公司（DEC）1969年研制成功了第 一台可编程序控制器PDP14，由于当时主要用于顺序 控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器 （Programmable Logic Controller，简称PLC）。 3.存贮程序控制系统 例如，有两个开关K1、K2。控制要求，只有两个开 关都接通时小灯D1 才亮。当D1亮秒钟后小灯D2开始亮。当开关K3切 断时两个小灯就同时熄
5、灭。 1) 接线程序控制 2）存贮程序控制 （PLC控制） 进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展 ，也使得可编程序控制器逐步形成了具有特色的多种系 列产品。系统中不仅使用了大量的开关量，也使用了模 拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用 范围。故称为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）。但由于PC容易和个人计算机（ Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可 编程控制器的英文缩写名字。 4 .可编程序控制器发展简史 阶阶段时时期 主要特点 硬件软软件应应用 初创创 期 1969 1972 CPU采用中 、小
6、规规模 的集成电电 路，只是 逻辑逻辑 控制 器 采用汇编语汇编语 言等初级级 语语言编编程 ，只具备备 逻辑逻辑 、计计 时时、计计数 和顺顺序控 制功能 大型设备设备 或 自动动化生 产线产线 4 .可编程序控制器发展简史 阶阶段时时期主要特点 硬件软软件应应用 成熟 期 1973年 1978 年 CPU采用微处处理 器，除完善原有 逻辑逻辑 、计时计时 、 计计数功能外， 具有了数值值（ 字）运算、数据 处处理和传传送、 模拟拟量接口等 硬件功能 开发发出 面向 用户户 的梯 形图图 编编程 方法 进进入实实用化 阶阶段 大发发 展期 1978年 1984 年 CPU采用8位 、16位微
7、处处 理器，运算 速度提高， 接口功能增 强 编编程方法进进 一步完善， 形成PLC的 特有编编程方 法 广泛应应用于 各个工业领业领 域 4 .可编程序控制器发展简史 继续继续 发发展 期 1985年 至今 CPU采用32 位乃至专专用 高速微处处理 器，接口更 加丰富，网 络络功能大大 增强 编编程语语言除 传统传统 的梯形 图图、流程图图 、语语句表外 ，还还能采用 高级语级语 言及 数控语语言编编 程，面向对对 象编编程功能 日趋趋完善 成为为与工业业 控制计计算机 （IPC）、 集散控制系 统统（DCS） 相并列的重 要控制装置 ，广泛应应用 于各种自动动 化系统统 4 .可编程序控
8、制器发展简史 2 可编程序控制器的特点与分类 国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义： 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 编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑 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、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，易于扩充其功能的原则 设计。” 1. 可编程序控制器的特点 归纳起来，可编程序控制器主要具有以下特点。 可靠性高 例如三菱和可编程序控制器平均无故障时 间可以达到30万小时（约34年）。 环境
9、适应性强 在环境温度-2065、相对湿度为3585情况 下可正常工作。 灵活通用 使用方便、维护简单 整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成。 2. 可编程序控制器的分类 (1) 按控制规模分类 可编程序控制器可以分为大型机、中型机和小型 机。 小型机 : 小型机的控制点一般在256点之内,适合于 单机控制或小型系统的控制。 日本OMRON公司CQM1 德国SIEMENS S7-200 中型机: 中型机的控制点一般不大于2048点,可用 于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编 程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的 控制。 日本OMRON公司 C200HG 数字量1184点 德国
10、SIEMENS S7-300 数字量1024点，模拟量128路 网络: PROFIBUS/ 工业以太网/ MPI 大型机 大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算 术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备 进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器 进行监控。 德国SIEMENS S7-400 存贮器512k I/O点12672 （2）按控制性能分类 低档机 工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较 少。 中档机 具有较强的控制功能和较强的运算能力。工作速度比 较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和输出 模块的种类也比较多。 高档机 具有强大的控制功能
11、和强大的运算能力。工作速度很快 ，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种 类也很全面。在联网中一般做主站使用。 （3）按结构去划分 整体式 整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器 、I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做作基本单元。 一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不符合需要时 ，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小 、成本低、安装方便。 组合式 组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各 个组成部分按功能分成若干个模块，如 CPU模块、输入模块、 输出模块、电源模块等 等。其中各模块功能比 较单一，模块的种类却 日趋丰富。比如，一些 可编程序控
12、制器， 分布式 特点是CPU自成独立的基本单元（由CPU和一定的I/O点组 成），其它I/O模块为扩展单元。在安装时不用基板，仅用 电缆进行单元间的联接，各个单元可以一个个地叠装。使系 统达到配置灵活、体积小巧。 例：SIEMENS S7系列PLC分类 小型机 : 中型机: 大型机 SIMATIC S7 - 200 模块化 模块化 SIMATIC S7 - 300 模块化 SIMATIC M7 - 300 一体化 SIMATIC C7 - 620 模块化 SIMATIC S7 - 400 模块化 SIMATIC M7 - 400 1.3 网络型PLC与DCS的关系 DCS（Distribute
13、d Contorl System）,集散控制系 统，又称分布式控制系统。 PLC（Program Logic Control ）,可编程逻辑控 制器。 FCS（FieldBus Contorl System），现场总线控 制系统 1.3 网络型PLC与DCS的关系 DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来，强调的 是在运算放大器的基础上用计算机代替原来的模 拟运算能力 。 PLC从传统的继电器回路发展而来，强调的是逻 辑运算能力 二者相互渗透、取长补短，功能上日趋接近，使 数字世界、模拟世界更加模糊 决定DCS与PLC应用面大小的是其性能/价格比 1.4 可编程序控制器的组成 1.4 可编程序控制
14、器的组成 中央处理单元（CPU） 存贮器单元 电源单元 输入输出单元 功能模块：温度检测模块、位置检测模块、 位置控制模块、PID控制模块等。 接口单元：扩展接口、编程器接口、存贮器 接口和通讯接口 外部设备：编程器、文本显示器、操作面板 、打印机 1、存贮器单元 存贮器单元:系统程序存储器和用户程序存储器 用户程序存储器可分为三部分：用户程序区、数据区 、系统区 所谓PLC的内存大小，一般是指用户程序存储器的容量 当用户程序很长或需存储的数据较多时，可考虑进行存 储器扩展。 PLC的内部电源系统一般有三类： 第一类是供PLC中的TTL芯片和集成运算放大器使用的 基本电源(如+5 V和15 V
15、 DC电源)； 第二类电源是供输出接口使用的高压大电流的功率电源 ； 第三类电源是锂电池及其充电电源。 2、电源单元 3、 输入输出接口电路 输入输出接口电路实际上是PLC与被控对象间传递 输入输出信号的接口部件。输入输出接口电路要有良好 的电隔离和滤波作用。 1) 输入接口电路 输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有： （1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。 （2）利用滤波电路提高抗干扰能力。 2)输出接口电路 (1)小型继电器输出形式 (2)大功率晶体管或场效应管输出形式 (3)双向晶闸管输出形式 作用:转换电平,隔离,抗干扰和滤波 （1）数字量输入/输出模块 交流输入模块 直流输出模块 直
16、流输出模块的输出电路 交流输出模块 交流输出模块的输出电路 继电器输出模块 继电器输出模块的输出电路 (2) 模拟量输入/输出模块 模拟量输入模块： 模拟量输入模块又叫A/D模块。 A/D模块把模 拟信号转换成数字信号。转换速度和分辨率是A/D模 块的重要指标。 (2) 模拟量输入/输出模块 模拟量输出模块： 模拟量输出模块又叫D/A模块。D/A模块 把数字信号转换成模拟信号。数字量的位数和 转换速度是D/A模块的重要指标。 4、功能模块 高速计数器模块： 高速计数器可以对CPU 扫描速度无法控制的高速 事件进 行计数，可设置多种不同操作模式。 （单向计数器 ，双向计数器 ，正交计数器 等多种工作模 式。） CT001-V1高速计数器有六种工作模式。 线性计数方式，循环计数方式，予置方式，门式，锁式， 采样方。 输入的控制
