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1、1,第五章 可编程序控制器 及其工作原理,本章主要内容：,第五节可编程序控制器的主要性能指标,第四节可编程序控制器的工作原理,第三节可编程序控制器的软件组成,第二节可编程序控制器的硬件组成,第一节 可编程序控制器概述,2,作 业,P152 ：2、7、8、10,3,背景：因为继电器逻辑电路配线复杂，缺乏通用性和灵活性,一、可编程序控制器的产生与发展,（一）可编程序控制器的产生,第一节 可编程序控制器概述,4,1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM），为了适应汽车型号不断更新的需要，提出了十条技术指标在社会上公开招标，制造一种新型的工业控制装置。,5,1968年，通用公司提出十项设计标
2、准： 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计算机； 可直接使用115V交流输入电压； 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等； 通用性强，扩展方便; 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。,6,1969年美国数字设备公司（DEC）根据招标的要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。 1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程序控制器（Programmable Controller），简称 PC。,7,继电器
3、控制系统,PLC控制系统,8,（二）可编程序控制器的发展,1969年美国研制出世界上第一台PLC以后，日本、德国、法国等国相继研制了各自的PLC。 70年代中期，PLC进入了实用化阶段。 70年代末和 80年代初，PLC进入了成熟阶段。PLC应用面扩大、销售额剧增，功能进一步增强、处理速度更快 。 80年代初至今，继续发展阶段。性能/价格比大幅度提高，编程语言多样化，人机对话能力增强。,9,美国PLC发展得最快： 1984年有48家，生产150多种PLC； 1987年有63家，生产243种PLC； 1996年有70余家，生产近300种PLC。 著名厂家有: AB（AllenBradley）艾伦
4、一布拉德利公司， MODICON莫迪康公司， GEFSNUC公司， TI（Texas Instrument）德州仪器公司， WESTHOUSE Electric西屋电气公司， IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等。,10,欧洲PLC的厂家有60余家: 1.西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 2.金钟默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG， 3.法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 4.瑞士的Selectron公司等。,11,1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日
5、本第一台PLC。 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）, 光洋（KOYO)，松下电工（MEW）, 和泉（IDEC），夏普(SHARP）, 安川等公司。,12,我国在 70年代末和 80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有： 北京机械工业自动化研究所， 上海工业自动化仪表研究所， 大连组合机床研究所， 成都机床电器研究所， 中科院北京计算机所及自动化所， 长春一汽， 上海起重电器厂， 上海香岛机电公司， 上海自力电子设备厂等单位。 以上诸单位都没有形成规模化
6、生产。,13,从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。 如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。,14,辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC； 无锡电器和日本光洋合资生产的 PLC; 中美合资的厦门 AB公司生产的PLC； 上海香岛机电公司引进技术生产的PLC; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。,中国规模生产的公司有：,15,PLC著名品牌,美国 AB公司 （AllenBradley艾伦-布拉德利） 德国 西门子公司（Siemens） 法国 施耐德公司（Sch
7、neider） 日本 欧姆龙公司（OMRON） 三菱电机株式会社（Mitsubishi） 富士电机株式会社（Fuji Electric） 中国 和利时、台达、永宏、安控、凯迪恩,16,大型PLC市场份额,大型PLC市场，欧美品牌占据绝对主导，2009年大型PLC市场规模居前三位的是： Siemens(西门子)、Schneider（施耐德）和 Rockwell(罗克韦尔) 占比分别为25.5%、22.7%和17.0%。,中国PLC市场（ 2009年度）,17,中型PLC市场份额,Siemens (西门子) 占据 52.0%的市场规模，紧随其后的是 Schneider (施耐德)(7.9%)、Mi
8、tsubish(三菱)(6.1%)、Omron(欧姆龙)（5.5%）、Rockwell(罗克韦尔)(4.9%)。,18,小型PLC市场份额,在小型PLC市场，Mitsubishi(三菱)占据22.6%的市场规模，Siemens(西门子)占据 20.1%，Omron(欧姆龙)占据15.0%。,19,在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 1.可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller） 2.可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 3.可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Lo
9、gic Controller）,PLC的名称,20,国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月对可编程序控制器作了如下的定义： “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命令，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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。,21,（一）可编程序控制器的用途,1、PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力
10、、电子、食品、 交通等行业。 经验表明， 80以上的工业控制可以使用PLC来完成。 2、在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。,二、可编程序控制器的用途与特点,22,PLC的应用通常可分为五种类型：,顺序控制,运动控制,闭环过程控制,数据处理,通信和联网,23,PLC的典型应用,传送带生产线控制,印刷机械,24,木材加工,电梯控制,空调控制,25,灌装及包装机械,纺织机械,26,（二）可编程序控制器的特点,抗干扰能力强，可靠性高,控制系统结构简单、通用性强、应用灵活,编程方便，易于使用,功能完善，扩展能力强,PLC控制系统设计、安装、调试方便,维修方便，维修工作量小,
11、体积小、重量轻，易于实现机电一体化,27,（一）按IO点数容量分类,小型机：IO点数在256以下为小型PLC； 中型机：IO点九在2562048为中型PLC； 大型机：IO点数大于2048为大型PLC； 以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是固定不变的。,三、可编程序控制器的分类,28,按结构分为两类：整体式、组合式 1、整体式PLC 整体式PLC又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I0部件都集中装在一个机箱内。 特点：结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。 一般小型PLC采用这种结构。,（二）按结构形式分类,29,整体式PLC组成示意图,30,西门子 S7-200系列,OM
12、RON CP1L,31,2、组合式PLC ： PLC各部分分成若干个单独的模块，如 CPU模块、I0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。 特点：配置灵活，输入输出接点可自由选择，各种功能模块也可自由选择。 一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。,32,组合式PLC组成示意图,33,电源模块,CPU模块,IO模块,底 板,组合式PLC,34,组成：由中央处理器（CPU）、存储器、I/O接口、电源、扩展I/O接口、通信接口、编程工具、智能单元等组成。,第二节 可编程序控制器的硬件组成,35,1. 中央处理单元（CPU）的作用：
13、(1) 接收并存储用户程序和数据； (2) 诊断PLC内部电路的工作故障和编程中语法错误； (3) 接收输入信号，送入存贮器并保存； (4)运行时顺序读取、解释、执行用户程序，完成用户程序的各种操作；,一、中央处理器（CPU）,36,2. CPU的类型： （1）通用处理器：8086、80286、80386 （2）单片机：8031、8096 （3）位片式微处理器：AMD-2900 小型PLC多采用8位微处理器或单片机作为CPU； 中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU； 大型PLC多采用高速位片式微处理器。,37,1、系统存储器,存放PLC生产厂家编写的系统程序，固化在只读存储器中。只
14、读，用户不能更改。 系统程序组成：由系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块、系统调用程序组成。,用来存放用户用规定的PLC语言编写的用户程序。 小型机存储容量一般为几k，大型机存储容量高达几百k。另外用户可根据需要进行扩展。,2、用户存储器,二、存储器,38,输入/输出接口：通常也称 I/O 单元或I/O 模块，是PLC与外界的连接接口。 1) 输入接口作用：是将按钮、行程开关、传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。 2) 输出接口作用：是将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈、电磁阀等各种执行元件。,三、输入、输出接口,39,3）输入输出接口类型
15、：,输入接口,输出接口,输入输出接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC的抗干扰能力,40,（一）开关量输入接口电路,1直流输入接口电路,起限流作用,R1、R2起分压作用,R2、C起滤波作用,实现光电隔离并转换成标准信号(5V),输入接通显示作用,用户提供电源,41,2交流输入接口电路,隔直通交作用,输出接通显示作用,42,3、交、直流输入接口电路,与直流输入接口基本相同。 差异：每个发光二极管由两个并联反接的发光二极管代替。,43,（二）开关量输出接口电路,1晶体管输出接口电路（直流输出接口）,PLC,光电隔离,输出接通显示作用,过电压保护,起开关作用,短路保护,用户提供电源,44,2
16、晶闸管输出接口电路（交流输出接口）,输出开关,R2、C作用：高频滤波减少高频干扰。 浪涌吸收器：抑制关断时的过电压和外部的浪涌电压,输出接通显示作用,用户提供电源,45,3继电器输出接口电路（交直流输出）,起开关和隔离作用,R2、C起灭弧作用,输出接通显示作用,用户提供电源,起泄流作用,46,三种开关量输出接口电路比较,47,四、电源,一般使用220V交流电源或24V直流电源供电。 PLC内部有一个开关电源，为主机、扩展模块、其它用电设备提供5V、24V直流电源。 CPU还可向外提供的 24V直流电源。,48,五、扩展接口,作用：将扩展单元与基本单元连接在一起，使PLC的配置更加灵活。,49,六、通信接口,PLC配有多种通信接口，可实现与打印机、监视器、计算机、其它PLC等连接。 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来。 与其它PLC连接，组成多机系统或联成网络，实现更大规模的控制。 与计算机连接，组成多级分布控制系统。,50,七、智能IO接口,智能I/O接口：实现与智能模块的
