第1章 可编程序控制器概述

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1、西华大学电气信息学院,1,可编程序控制器原理及应用,绪论,郑敏,2,西华大学电气信息学院,PLC 原理及应用,第1章 可编程序控制器概述和基本原理第2章 FX系列PLC的硬件系统第3章 FX系列PLC 的指令系统第4章 梯形图设计方法第5章 顺序控制梯形图编程方法第6章 FX系列PLC的应用指令 第7章 可编程序控制器的通信及网络第8章 PLC与组态软件第9章 PLC在模拟量控制和运动控制中的应用第10章 PLC应用中的其他问题,3,第1章 可编程序控制器概述,4,西华大学电气信息学院,第1章 可编程序控制器概述,1.1 可编程序控制器的由来与定义,1.2 可编程序控制器的特点与功能,1.3

2、可编程序控制器的发展与应用,1.4 常用可编程序控制器简介,西华大学电气信息学院,5,1.1 可编程序控制器的由来与定义,一、可编程序控制器的由来,提出十项指标： (1) 编程简单，可现场修改程序。 (2) 维护方便，采用模块式结构。 (3) 可靠性高于继电器控制柜。 (4) 体积小于继电器控制柜。,西华大学电气信息学院,6,(5) 数据直接送入计算机。 (6) 价格能与继电器控制柜竞争。 (7) 输入可以是交流 115 V。 (8) 输出AC115 V、2 A，能直接驱动电磁阀。 (9) 扩展时系统变更很小。 (10) 用户程序存储容量至少能扩展到 4 K字节。 1969 年美国 DEC 研

3、制出世界上第一台可编程 序控制器，并在 GM 公司试用，获得了成功。,1971 年日本研制出第一台可编程序控制器。 1974 年我国开始研制，1977 年开始工业应用。 20 世纪 70 年代中期，PLC 进入了实用化阶段。 20 世纪 70 年代末和 80 年代初，PLC 进入了 成熟阶段。,西华大学电气信息学院,7,早期的可编程序控制器，一般称为可编程序逻 辑控制器 (Programmable Logic Controller)， 简称 PLC。它以准计算机形式出现。 1980 年，美国电气制造商协会正式将其命名为 可编程序控制器 (Programmable Controller)， 简称

4、 PC。 现代可编程序控制器，逻辑运算仅是其众多 功能之一，故取消了“Logic”。 为了区别 “个人计算机”， PC 仍被称为 PLC。,西华大学电气信息学院,8,二、可编程序控制器的定义（IEC）,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 指令，并通过数字式或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、易于扩充功能的原则设计。,西华大学电气信息学院,9,三、PLC 的主要性能指标和分类

5、,1. PLC 的主要性能指标 (1) 输入/输出点数（I/O 点数）(2) 存储容量（字节） 指用户程序存储器容量。大约：1KB 2MB。 (3) 扫描速度 指 PLC 执行程序的速度。 有两种表示方法,(4) 编程指令的种类和条数 (5) 扩展能力和功能模块种类,西华大学电气信息学院,10,2. PLC 的分类,(1) 按结构形式分类 一体式 PLC 将电源、CPU、I/O 电路都集中装在一个机箱内。 一般小型 PLC 采用这种结构。 模块式 PLC 将 PLC 各部分分成若干个单独的模块， 如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块、功能模块。 一般大、中型 PLC 采用模块式结构。,西华

6、大学电气信息学院,11,(2) 按数字量 I/O 点数分类,西华大学电气信息学院,12,(3) 按功能分类,西华大学电气信息学院,13,四、可编程序控制器的硬件,PLC 系统的构成都属于积木式结构。 通过扩展各种功能模块使 PLC 系统的功能易于 扩充和增强。,西华大学电气信息学院,14,1.2 可编程序控制器的特点与功能,一、PLC 的特点1. 可靠性高、抗干扰能力强 无故障时间： 45 万小时。 措施：隔离、滤波、屏蔽、检测与自诊断、 数据备份、后备电池 2. 功能完善、通用性强、使用方便 能实现各种控制功能、用于各个控制领域。 3. 编程方法简单、易于掌握 梯形图图形语言简单易学。4.

7、系统设计周期短、安装容易、维护方便 5. 体积小、重量轻、功耗低,西华大学电气信息学院,15,6. 兼容性差 PLC 的软硬件体系结构是封闭而不是开放的。 如专用总线、专家通讯网络及协议，I/O 模板不通用， 甚至连机柜、电源模板亦各不相同。 编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、 语言结构均不一致。 因此各公司的 PLC 互不兼容。,西华大学电气信息学院,16,二、PLC 的主要功能及其应用,1. 逻辑控制 用 PLC 的与、或、非指令取代继电器触点的 串并联等逻辑连接，实现开关量的控制。2. 定时与计数控制 用 PLC 的定时器、计数器指令取代时间继电器等， 实现某些操作的定时或计数控制。

8、3. 数据处理 用数据传送、比较、移位、数码转换、编码、译码 以及数学运算和逻辑运算等指令来实现数据的采集、 分析和处理。 用于数控机床、柔性制造系统、过程控制系统和机器 人控制系统等大中型控制系统中。,西华大学电气信息学院,17,4. 步进控制,用 PLC 的步进指令取代由硬件构成的步进控制器等， 实现上、下工序操作的控制。5. 运动控制 通过高速计数器和位置控制模块等控制步进电动机或 伺服电动机，从而控制单轴或多轴生产机械。6. 过程控制 通过 A/D 和 D/A 转换，用 PLC 的 PID 指令（或PID 模块）对生产过程中的温度、压力、速度、流量等模 拟量进行单回路或多回路的闭环控制

9、。7. 通信与远程控制 通过各种通信模块能够将 PLC 与 PLC、PLC 与上位 计算机之间联结成一个网络。8. 监控功能,西华大学电气信息学院,18,可编程序控制器的应用示例,传送带生产线控制,印刷机械,西华大学电气信息学院,19,木材加工,电梯控制,空调控制,可编程序控制器的应用示例,西华大学电气信息学院,20,灌装及包装机械,纺织机械,可编程序控制器的应用示例,西华大学电气信息学院,21,基于PLC控制的高压真空配电装置,西华大学电气信息学院,22,PLC 无功补偿装置,西华大学电气信息学院,23,基于PLC 的供配电监控系统的设计,（1） 调节主变的分接开关以调整母线电压， 实现主变

10、带电并联倒闸；（2） 对高压开关实行远程操作， 实现各类用电设备的停送电； （3） 在上位机监控画面显示供配电设备的电量（电压、电流等）， 将数据归档并生成相应曲线；（4）采集供配电设备状态、报警信息， 归档并生成相应的报警画面。,西华大学电气信息学院,24,采用工控机作为监控单元， 以S7400PLC 作为控制单元，ET200 （远程I O 设备）,西华大学电气信息学院,25,PLC在电力系统中的应用,PLC 控制器实现倒闸操作顺序控制 倒闸操作有：运行转热备用、运行转冷备用、运行转检修、热备用转冷备用、热备用转检修、冷备用转检修等操作及其反向操作。操作中的每一步都有严格的逻辑顺序。,西华大

11、学电气信息学院,26,基于PLC的变电站中央信号系统,中央事故信号装置的作用是：当电力系统事故，断路器发 生跳闸后，启动蜂鸣器发现出音响。事故信号：进线、转出线、变压器、一次及二次母线、 配出线预告信号是在电气设备运行发生异常时，一面发出铃响，一面使相应得光字牌点亮，通知运行人员进行处理。预告信号：电压互感器二次回路断线、交流回路绝缘监视、直流回路绝缘监视、操作回路断线、变压器轻、重瓦斯、变压器过负荷、变压器油温过高、 自动装置动作、事故照明切换动作、直流电压过高或过低、断路操动机构的液压或气压异常。,西华大学电气信息学院,27,基于PLC的直流电池放电自动控制系统基于PLC的数字化变电站开关

12、设备智能接口装置 常规变电站：过程层设备还普遍采用由硬结点向间隔层设备传输开关状态量，利用电缆传输间隔层设备发出的保护、遥控信号，利用继电器回路实现断路器的跳合闸逻辑,PLC在电力系统中的应用,西华大学电气信息学院,28,三、PLC 与其他控制系统的比较,1. PLC 与继电器控制系统的比较 PLC 的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原 因是 PLC 梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电 路元件符号，仅个别处有些不同。 信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但是 PLC 是软逻辑，继电器是硬逻辑。 PLC 在性能上比继电器控制逻辑优异， 特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便

13、， 而且体积小、功耗低、维护方便， 但价格高于继电器。,西华大学电气信息学院,29,单片机具有结构简单、使用方便、价格比较低等优点， 一般用于数据采集和工业控制。 PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单片机。 PLC 用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强， 使用方便，但单片机的通用性和适应性较强。3. 可编程控制器与个人计算机控制的比较 使用环境、程序设计、运算速度、存储容量、价格。 应用范围： 微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、 数据处理、计算机通信等方面。 PLC 是专用微机控制系统，主要用于工业控制。,2. 可编程控制器与单片机控制的比较,西华大学电气信息学院,30,输入/输

14、出： 微机系统的 I/O 设备与主机之间采用微电联系，一般 不需要电气隔离。 而 PLC 一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输 出均用光电耦合，输出还采用继电器、可控硅或大功 率晶体管进行功率放大。 系统功能： 微机系统一般配有较强的系统软件和许多应用软件。 而 PLC 一般只有简单的监控程序，能完成故障检查、 用户程序的输入和修改、用户程序的执行与监视等。,互相配合各司其职： 在一个联网运行的集散控制系统中，使 PLC 集中在功 能控制上，微机则集中在信息处理上，两者相辅相成。,西华大学电气信息学院,31,一、PLC 的发展概况 早期的 PLC 控制功能简单 基本逻辑和顺序控制、条件和时间步进控制等功能。 PLC 已经成为工业控制的标准设备 现代工业的三大支柱： PLC 技术、机器人技术、CAD/CAM 技术。 PLC 的生产也成了重要的产业 随着微电子技术的快速发展，使制造成本，功能。 我国 PLC 的应用和发展,1.3 可编程序控制器的发展与应用,