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1、1,2,功能：监控（ 工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警信息的记录、手自动切换/手动操作、参数设置、其它功能）操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置） 工程师站：全部功能可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等） 通过操作人员所拥有 的密码区分，硬件系统完全相同,功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站）,系统的设计硬件设计和实现 软件设计和实现,3,7. 可编程序控制器,4,7.1可编程序控制器概述,可编程逻辑控制器,早期,逻辑控制为主,Programmable Logical Contr
2、oller PLC,现代PLC绝不意味着只有逻辑控制的功能，它是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置；具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使PLC广泛应用于各种工业领域。,5,7.1.1 PLC的产生,原动力60年代末期，美国的汽车工业的迅速发展,在PLC问世以前，继电器控制在顺序控制领域中占有主导地位，但由继电器构成的控制系统对生产工艺多变化的系统适应性极差： 需要使用大量的继电器 继电器间通过硬接线相连接 一旦工艺发生或控制要求变化，需要改变控制柜
3、内继电器系统的硬件结构，甚至需要重新设计新系统,初 衷开发新的可编程序的控制设备取代继电器控制系统,美国数字设备公司DEC于1969年根据通用公司的要求，研制出了世界上第一台可编程序控制器PDP-14，并在的汽车生产线上获得成功应用,6,7,7.1.2 PLC的特点,可靠性高、抗干扰能力强,功能完善，通用灵活,编程简单、使用方便,此外，PLC还具有接线简单、系统设计周期短、体积小、重量轻、易于实现机电一体化等特点，使得PLC在设计、结构上具有其它许多控制器所无法相比的优越性。,8,7.1.3 PLC的分类,9,按厂家分类,在我国占有较大市场份额、较有影响的公司和PLC有：,1.SIEMENS公
4、司 80年代S5系列PLC，主要有（更早还有S3系列PLC）S590U、95U：微型PLC，整体式S5100U：小型PLC，模块式（提供3种型号的CPU）S5115U：中型PLC，模块式（提供5种型号的CPU）S5115H：中型PLC，是由S5115U组成的双冗余系统，高可靠性S5135U、S5155U：大型PLC，控制点数可达6000多点S5155H：大型PLC，是由S5155U组成的双冗余系统，高可靠性90年代S7系列PLC，主要有S7200系列：小型PLC，模块式S7300系列：中型PLC，（事实上，这类PLC也可以构成规模很大的系统）S7400系列：大型PLC,10,2.OMRON公司
5、 80年代初，主要有C系列PLC，如C2000、C1000、C500、C20随后出现C系列P型机，如C20P，普通型号尾部加字母“P”80年代后期推出H型机，如C20H、C2000H，尾部加字母“H”还有SP系列超小型PLC，如SP20/SP16/SP10，点数小/价格低/速度极快/体积小90年代初期，推出大型机CV系列和小型机CQM1，前者性能比大型H机更高，后者为无底板、模块式结构，执行速度比中型机C200H还快90年代后期，中型机C200H发展到C200HS(96年)、C200H(97年)，后者组网能力更强97年推出来P型机的升级产品，即CPM1A，体积小、通信功能加强99年推出功能比机
6、更完美的CS1系列PLC（代表来当今PLC发展动向）与此同时，还有CPM2A、CPM2C、CPM2AE等小型机总之，有CPM1A，P型机，H型机，CQM1、CV、CV型机，型等大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长在中国及世界市场，都占有相当的份额。,11,美国GE公司、日本FANAC合资的GEFANAC 美国Modicon 公司(被施奈德兼并) 美国AB（AlienBradley） 日本三菱公司 日本日立公司 日本东芝公司 日本松下公司 日本富士公司等都生产PLC，并有一定的地位。 国内PLC厂家规模多不大。最有影响的算是无锡的华光。它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，
7、发展也很快，在价格上很有优势。相信会在世界PLC之林中一定有其位置的。,12,7.1.4 PLC的发展趋势,长期以来PLC走的是专有化的道路，这使其获得成功的同时也带来了许多制约因素，目前绝大多数PLC不属于开放系统，寻求开放型的硬件或软件平台成了当今PLC的主要发展目标。就PLC系统而言，现代PLC主要有以下二种发展趋势：,向大型网络化、综合化方向发展,向体积小、速度快、功能强、价格低的小型化方向发展,13,7.2 PLC基本工作原理,PLC的产品很多，不同型号、不同厂家的PLC在结构特征上各不相同，但绝大多数PLC的工作原理都基本相同。,1.2.6 PLC的基本组成,14,PLC控制的基本
8、概念,既然最初PLC的产生是为了取代继电器控制，以下就以一个继电器控制电路为实例，来认识“PLC控制的原理”。,要求：有一个启动按钮(无自锁)，有一个停止按钮(无自锁)，按动启动按钮，电机M1运转，过10s钟电机M2运转按动停止按钮，电机M1、M2同时停止。 设计：继电器控制回路。,15,要求：有一个启动按钮(无自锁)，有一个停止按钮(无自锁)， 按动启动按钮，电机M1运转，过10s钟电机M2运转，按动停止按钮，电机M1、M2同时停止。 设计：继电器控制回路。,16,PLC (CPM1A),PLC接线原理图,17,PLC控制等效电路图,内部继电 器触点,内部输出 继电器线圈,PLC控制程序（梯
9、形图）,输入部分,输出部分,控制部分,18,PLC控制等效电路图,输入部分,输出部分,控制部分,接收操作指令(启动、停止按钮等)， 或被控对象的各种状态信息(由行程开关、接近开关等提供)。 PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入COM端接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开,这一部分是用户编制的控制程序，通常用梯形图的形式表示。控制程序放在PLC的用户程序存储器中。系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有需要输出的结果则送到PLC的输出端子，以控制外部负载的工作。,根据程序执行的结果直接驱动负载。 在PLC
10、内部有多个输出继电器，每个输出继电器对应输出端的一个硬触点，当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制负载的动作。,19,PLC控制等效电路图,梯形图是从继电器控制电路的原理图演变而来的。 PLC内部的继电器 并不是实际的硬继电器， 每个继电器是PLC内部存储单元的一位，因此称为“软继电器”。 梯形图是由这些“软继电器”组成的控制线路，但它们并不是真正的物理连接，而是逻辑关系上的连接，称为“软接线”。 当存储单元的某位状态为1时，相当于某个继电器线圈得电；当状态为0时，相当于该继电器线圈断电。 软继电器的常开触点、常闭触点可以在程序中使用无数多次。 PLC为用户提供的继
11、电器一般有：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、定时器、计数器等。 其中，输入、输出继电器一般与外部输入、输出设备相连接，而其它继电器与外部设备没有直接联系。,20,7.2.1 PLC基本组成,中央处理单元CPU,存储器,I/O接口,智能模块,接口和扩展接口模块,电源模块,编程工具,21,7.2.1.1 中央处理单元CPU PLC的核心,基本功能,？,通过输入装置读入外设的信号和状态，用户程序根据输入信号、状态进行处理，处理结果通过输出装置去控制外设。 外设包括：I/O模块、OP、编程器,22,7.2.1.2 存储器,PLC常用的存储器主要有PROM、EPROM、E
12、2PROM、RAM等几种，多数都直接集成在CPU单元内部。 用于存放：系统程序、用户程序和工作数据,系统程序：指PLC的操作系统，用户不能直接访问或修改，一般存储在只读存储器ROM、PROM或EPROM。,用户程序：指用户根据系统功能编制的应用程序，在正式投运之前往往需要经常调试和改动，多存放于RAM中，并配有后备电池以防止电源丢失程序；调试完毕，可以将其转存于EPROM或E2PROM之中，以免用户程序被随意改动。,工作数据：指PLC在工作过程中经常变化、需要经常存取的数据，如：参数测量结果、运算结果、设定值，这部分数据一般存放在RAM之中。,PLC存储器的配置形式基本相同，但存储器容量随PL
13、C规模有较大差别,23,7.2.1.3 I/O接口,I/O模块的主要类型包括：模拟量输入模块（AI）模拟量输出模块（AO）开关量输入模块（DI）开关量输出模块（DO）,24,（1）模拟量输入模块（A/D、AI）,A/D作用：将现场仪表输出的（标准）模拟量信号010mA、420mA、15VDC等转化为计算机可以处理的数字信号,变送器：温度变送器压力变送器流量变送器液位变送器成分分析仪传感器：Pt100Cu50热电偶,检测仪表,25,A/D组成：一般是由多路转换开关、前置放大器、采样保持器、ADC（Analog to Digital Converter）等组成,A/D转换通常有二种方式： 逐次比较
14、型 双积分型,26,逐次比较型A/D转换器,转换速率：一般小于 1 MHz（s级）,Step1：产生一个比较电压VC， VC = Vr / 21 = 0.5Vr VC与Vi相比较：(a) 若Vi = VC，则 输出最高位置“1”，VC保持不变进入下一次比较(b) 若Vi = VC，则输出次高位为1，VC保持不变进入下一次比较，(b)若Vi Vc，最高位置“1”，Vc不变进入下一次比较 2）产生比较电压Vc（ Vc Vc0.25Vr3V)ViVc，第3位置“1”，Vc不变进入下一次比较 4）产生比较电压Vc（ Vc Vc0.0625Vr2.75V)ViVc，第4位置“0”，转换完成转换结果：10
15、10,28,双积分型A/D转换器,双积分型A/D转换器：中等转换速率且分辨率较高，抗干扰性强(ms级),Step1：Vi 加入 积分器，积分器从0V开始积分一固定时间T，积分器输出VT Vi TK,Step3：得出Vi的转换结果：T（ViT）/ Vr,Step2：断开输入电压，负参考电压Vr 加入 积分器，开始反向积分，由高精密计数器记录记录积分器输出从 VT 降回到0V所需要的时间T ：KVrT + KViT = 0,29,-转换技术,-调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC（1个简单的开关，可以将差分放大器的反相输入接到正或负参考电压）构成的反馈环。 反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。 调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号，如果输入电压上升，比较器必须产生更多数量的“1”，反之亦然。 积分器用来对误差电压求和，对于输入信号表现为一个低通滤波器，而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样，大部分量化噪声就被推向更高的频段。如果对噪声成形后的-调制器输出进行数字滤波，将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。,
