可编程序控制器概序课件

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1、可编程序控制器(PLC)课程,廖国华 中南大学信息学院自动化系,= 教材： 现代电气及可编程控制技术 主编： 王永华 出版社：北京航空航天大学出版社 = 参考教材：深入浅出西门子S7200 出版社：北京航空航天大学出版社 =参考教材：西门子S7200用户手册 西门子公司编 =,?,可编程序控制器(PLC) Programmable Logic Controller,产生 定义 分类 应用领域 国内外状况 发展趋势 组成 工作方式 选择,Programmable Logic Controller,什么是PLC,著名品牌,PLC的发展,PLC系统设计,PLC,定 义,分类,应用领域,Program

2、mable Logic Controller,产生,3.1 PLC的产生及定义 1. PLC的产生,传统的生产机械自动控制装置继电器控制系统 优点结构简单、价格低廉、容易操作 。 缺点体积庞大、生产周期长、接线复杂、故障率高、可靠性及灵活性差 。 应用比较适用于工作模式固定，控制逻辑简单等工业应用场合。,美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）原汽车生产线采用的是继电器控制系统。 为了适应汽车型号不断更新的需要，实现小批量、多品种的生产需要， 于1968年提出设想，希望能有一种新型的工业控制器，它能够尽可能减少重新设计和更换电气控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。 其设计思想：集继电器控制及

3、计算机两者的优点。,继电器控制系统,先进自动控制系统,对先进自动控制装置提出设想： 把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。,工业控制单板机（计算机） 继电器控制系统 先进控制装置,（1）编程方便，可现场修改程序； （2）维修方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制盘； （5）数据可直接送入管理计算机； （6）成本可与继电器控制盘竞争； （7）输入为市电； （8）输出为市电，容量要求在2A以上，

4、可直接驱动接触器； （9）扩展时原系统改变最小； （10）用户存储器大于4KB。,著名的GM10条,可编程序逻辑控制器的产生 美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器。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，PLC）。,2. PLC的定义,因为PLC一直飞速发展，迄今为止还未有一个十分确切的定义。 国际电工委员会（IEC) 对PLC的定义颁发过多稿； 于1982年11月颁发PLC标准草案第一稿； 于1985年1月颁发PLC标准第二稿； 于1987年2月颁发PLC标

5、准第三稿； 国际电工委员会（ IEC）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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。 定义强调了两点：一是PLC直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围；这是区别于微机控制系统的一个重要特征；二是 它也是一种计算机，是为工业环境而设计的工业计算机。,PLC是由

6、继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控 制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（a）逻辑运算（b）弱电控制强电。,PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工 业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM） 的首位。,初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。（简单功能、梯形图编程） 崛起阶段 从20世纪70年代中期到80年代初期。（功能增强、推广应用） 成熟阶段 从20世纪80年代初期到90年代初期。（大规模应用、通信联网） 飞速发展阶段 从20世纪90年代初期到90年代末期。（过程控制、复杂控制系统） 开

7、放性、标准化阶段 从20世纪90年代中期以后。（IEC61131）,PLC发展的五个阶段,PLC 发展到现在，其功能远远超出其定义的范围。,3.2 PLC的分类,1. 按 IO点数分类（PLC可从外部接收多少个输入量和向外部输出多少个输出量） IO点数小于 32为微型PLC； IO点数在32128为微小型PLC； IO点数在128256为小型PLC； IO点数在2562048为中型PLC； IO点数大于2048为大型PLC； IO点数在4000以上为超大型PLC。 以上划分不包括模拟量I0点数，且划分界限不是十分严格的。,NEZA；s7-200 micrologix 1000 FX系列；OMR

8、ON 的CPM2A系列,S7-300系列 OMRON的C200H系列 SLC500系列 TE的PREMIUM系列,S7-400系列 OMRON的CS1系列和CNM1系列 ,SLC505系列 MODICON的QUANTUM系列,GE Faunc的7i系列,3.2 PLC的分类,2 . 按结构形式分类 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。一般小型PLC采用这种结构。 其优点低：结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，容易装配在工业设备的内部，比较适合生产设备的单机控制。 缺点：主机的I/O点数固定，使用不够灵活，维修不方便。 模块式PLC：将P

9、LC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。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。 优点：PLC配置灵活，装配方便，易于扩展。 缺点：结构复杂，各种插件比较多，造价也比较高。 有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。,SIEMENS PLC系列,SIEMENS PLC系列,AB PLC系列,AB PLC系列,GE RX7i PLC,GE 90-30PLC,GE FAUNC PLC系列,施耐德modicon M340,施耐德 PLC系列,3. 按输出形式分,(1) 继电

10、器输出 为有触点输出方式，适用于低频大功率直流或交流负载。,（2）晶体管输出 为无触点输出方式，适用于高频小功率直流负载。,（3）晶闸管输出 为无触点输出方式，适用于高速大功率交流负载。,3.3 PLC的特点,PLC种类虽然千差万别，但有许多共同的特点 ). 抗干扰能力强，可靠性高 在硬件上，采用了隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，所用元件是精心挑选的并经筛选老化处理； 在软件上，采用数字滤波等抗干扰技术和故障诊断措施； 在工作方式上，采用了周期循环扫描方式，对输入或输出几乎同时进 行处理，有效地提高了PLC的工作可靠性； 在结构上，对耐热、防潮、防尘、抗振等都有精确考虑。 ). 控制系统结

11、构简单，通用性强 接线简单，一般直接连线，不需要用户再进行电路板的设计； 控制要求及功能改变时只需修改程序。 ). 编程方便，易于使用 梯形图与继电器原理图相似，形象直观，容易掌握，不需专门计算机知识。 ). 功能完善、通用性好，可实现三电一体化 多种功能模板，适应各种信号的输入输出。 具有逻辑运算、算术运算、定时，计数，顺序控制，PID控制、排序查表 函数运算、中断等功能。 PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。可以方便,灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统 。,可靠性高(平均无故障时间3-5万小时） 在硬件上，采用了隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措

12、施，所用元件是精心挑选的并经筛选老化处理； 在软件上，采用数字滤波等抗干扰技术和故障诊断措施； 在工作方式上，采用了周期循环扫描方式，对输入或输出几乎同时进行处理，有效地提高了PLC的工作可靠性； 在结构上，对耐热、防潮、防尘、抗振等都有精确考虑。 简单方便 接线简单，一般直接连线，不需要用户再进行电路板的设计； 语言方面，所有厂家PLC都支持梯形图，编程简单直观； 模块化设计或者扩展模块的使用，简化了系统的形成； 系统设计容易，开发周期短，程序易调试和修改； 利用PLC的网络和通信技术易于实现复杂或分散的控制任务。,). 设计、施工调试的周期短 设计和施工可同时进行，使用软件编程取代硬接线实

13、现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作。 ). 体积小，能耗低，性价比高，维护操作方便 体积小，质量轻，便于安装；诊断功能强，便于直观监视系统的I/O状态，通讯状态、电源和故障状态。,PLC的缺点,主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，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。 SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC11313国际标准的新一代开放体系结构的PLC。,3.4 PLC的应用领域,PLC在工业自动化

14、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、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。 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。 （1）顺序控制 应用最广也最适合PLC的领域，用来取代传统的继电器顺序控制。用在单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如装配生长线、电镀流水线、电梯控制等。 （2） 运动控制 具有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，能把描述目标位置的数据送给模块，并输出移动一轴或数轴到目标位置，且轴移动时，位置控制模块能保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 （3）过

15、程控制 具有PID控制功能模块，用于过程控制。 （4）数据处理 大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，如加、减、乘、除、乘方、开方等 （5）通讯联网 为适应复杂的控制任务且节省资源，可采用单级网络或多级分布式控制系统。 （6） CIMS应用,CIMS是英语Computer Integrated Manufacturing System的缩写，意思是计算机集成制造系统。它是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术、自动化技术、制造技术与现代管理技术的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计、制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。,3.5 PLC控制系统的分类,1. 集中式控制系统 集中式控制系统是用一个PLC控制一台或多个被控设备。主要用于输入、输出点数较少，各被控设备所处的位置比较近，且相互间的动作有一定联系的场合。其特点是控制结构简单。,2. 远程式控制系统 远程式控制系统是指控制单元远离控制