可编程控制器应用技术

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1、,学习目标:,项目1 初识PLC,知识目标： 了解PLC的由来与发展及使用场合 掌握PLC的主要特点、分类方法 熟悉PLC的基本构成和外形特征 理解PLC与继电器控制系统的区别与联系 能力目标： 对PLC有初步的认识，能识别PLC的外形，能描述PLC的主要特点。,任务一：观看PLC在工厂自动化中的应用录相。了解PLC在实际生产，生活中的应用 任务二：参观工厂，参观实训室。感性认识PLC在控制系统中的作用；了解PLC的型号、外形特征及各种类型的PLC的特点 任务三：比较继电器控制与PLC控制自锁电路的运行，通过此任务的训练，使学生感性认识两种控制方式的异同。,项目任务:,一、PLC的由来与发展,

2、1PLC的由来 20世纪60年代初期，顺序控制器还主要是由继电器，接触器组成，由此构成的控制系统都是按预先规定的时间或条件顺序地工作，若要改变控制顺序就必须改变控制器的硬件接线。对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费时和困难的。 社会的进步要求制造业生产出小批量，多品种，多规格、低成本、高质量的产品以满足市场的需要，不断地提出改善生产机械功能的要求。再加上当时电子技术已经有了一定的发展，于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备。这就是后来的PLC。,相关理论知识:,美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号的不

3、断翻新，想寻求一种新方法 。为了用新的控制装置取代继电器控制装置，在公开招标中提出了十项指标： 1） 编程简单、现场可修改程序； 2）维护方便、采用插件式结构； 3）可靠性高于继电器控制系统； 4）体积小于继电器控制系统； 5）数据可以直接送入管理计算机； 6）可以直接用115V输入； 7）输出交流115V负载电流要求2A以上，可以直接驱动电磁阀、接触器负载元件； 8）通用性强、易于扩展，扩展时原系统只需很少变更； 9）用户存储器容量大于4KB。 10）成本可与继电器装置竞争；,这十项招标指标奠定了可编程控制器最基本的功能要求。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制成功第一台PLC，应用于

4、美国通用汽车自动装配生产线上，取得了极大的成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、体积小、适于在工业化的环境下运行、使用寿命长等一系列优点，迅速地在各工业领域被广泛使用。 1971年，日本从美国引进了这项新技术，研制出他们的第一台可编程控制器。 1973年，西欧国家也相继研制成功了可编程控制器。 1974年，我国开始研制、引进，1977年开始生产并投入使用。,2PLC的发展历程 早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成,可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。 70年代初：微处理器的出现，使PLC增加了运算、数据传送及处理功能，成为真正的具有计算机特征的工业控制

5、装置 70年代中期：计算机技术已全面引入PLC，使功能发生了飞跃。更高的运算速度，超小型的体积，更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 80年代初：PLC在先进工业国家获得了广泛的应用。这个时期的PLC的发展特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化，这标志着PLC已进入成熟悉阶段。 20世纪末期：更加适应于现代化工业控制的要求。 在控制规模上：发展了大型机和超小型机 从控制能力上：诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合； 从产品的配套能力：生产了各种人机界面单元，通讯单元、使PLC的工业控制设备的配套更加容

6、易。,二、PLC的定义 1980年，美国电气制造商协会(National Electronic Manufacture Association，NEMA)将可编程控制器正式命名为Programmable Controller，简称为PC。 关于可编程控制器的定义： 1969年第一台可编程序的逻辑控制器研制出来，当时人们把它称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。 1980年，NEMA将可编程控制器定义为“可编程控制器是一种带有指令存储器、数字或模拟的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产

7、过程的自动装置。” 1985年1月，国际电工委员会(International Electro-technical Commission，IEC)在颁布可编程控制器标准草案第二稿时，又对PLC作了明确定义：“可编程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和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它应按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。” 1987年2月，国际电工委员会(1EC)将可编程控制器定义成一种

8、“为了专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统”。它采用可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，集成电路的体积越来越小，功能越来越强。现今人们熟知的个人计算机也简称PC，为了不与个人计算机相混淆，将可编程控制器简称为PLC。,三、PLC的特点 （一）功能丰富 1指令系统丰富 它的指令可多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理；可进

9、行各种类型数据的运算，凡普通计算机能做到的，它也都可作到。 2内部器件丰富 I/O继电器：可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至十几万。这意味着这可进行这么多I/O点的入、出信息变换，进行这么大规模的控制。 中间继电器：数量更多。内存中的一个位就可作为一个中间继电器。 定时器/计数器：是继电器电路所望尘莫及的。因为内存中的一个字，再加上一些标志位，即可成为定时器、计数器。 数据存储区：可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且掉电后还不丢失。 这些内部器件还可设置成掉电保持的，或掉电不保持的，以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。 3

10、外部设备丰富 可建立友好的人机介面，以进行信息交换；可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据；数据读出后，可转储，可打印；数据送入可通键盘送入，可以读卡送入。 4具有通讯口 可与计算机链接或联网，与计算机交换信息；也可自身联网,以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统； 5自检功能强大 可进行自诊断，结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。,（二）工作可靠 1硬件方面 （1）PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信号靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。 （2）PLC使用的元器件

11、多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。 （3）在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境湿度可高达摄氏50多度,有的PLC可高达100多度。 （4）有的PLC的模块可热备，一个模块工作，另一个模块也运转，但不参与控制，仅作备份，一旦工作模块出现故障。热备的可自动接替其工作。 （5）还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本很高

12、的，只用于特别重要的场合。如铁路车站的道叉控制系统。,2软件方面 （1）PLC的工作方式为扫描加中断。这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的“冒险竞争“，其控制结果总是确定的；而且又能就急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。 （2）为监控PLC运行程序是否政党，PLC系统都设置了看门狗监控程序。，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现死循环而影响其工作的可靠性。 （3）PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的作废程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。

13、 （4）PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了,用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。,（三）使用方便 PLC控制逻辑的建立是程序，用程序代替硬件接线，编程序比接线，更改程序比更改接线，当然方便得多。PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且这些模块是配套的，已实现系列化与规格化。正因为如此，用可编程序控制器才有这 个可字，对软件讲，它的程序可编，也不难编，对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。 1配置方便 PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配置的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块，P

14、LC厂家多有现货供应，市场上即可购得。 可按控制系统的要求确定要使用的哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上购买即可。 2安装方便 PLC硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。,3编程方便 PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序与系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的PLC，内部继电器都可以千计，定时器、计数器也以百计。而

15、且，这些继电器的接点可无限次地使用。PLC的指令系统也丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。 总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。 PLC的外设很丰富，编程器各类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。使用软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用BASIC语言，C语言，以至于自然语言。这上些也为PLC编程提供了方便。 PLC的程序也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡

16、这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。,4、维修方便： PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。 即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况记录。所以，PLC出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。 改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。,（四）经济合算 尽管使用PLC首次投资要大些，但从全面及长远看，使用PLC还是经济的。这是因为： 使用PLC的投资虽大，但它体积小、所占空间小，辅助设施的投入少； 使用时省电，运行费少； 工作可靠，停工损失少； 维修简单，维修费少； 还可再次使用以及能带附加价值，从中可得到更大的回报。 所以，在多数情况下，它的效益是可观的,