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1、PLC概述 南煤集团大阳泉煤炭有限责任公司 监测监控信息中心编制 李建军主讲,第1章 PLC概述,1.1 PLC的产生、发展及应用领域 1.2 PLC的组成和基本工作原理 1.3 PLC的功能、分类和特点,2,继电接触器 控制,计算机技术,电子技术,PLC,PLC是专用于工业现场的智能控制器,3,1、PLC的产生、发展及应用领域,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、抗干扰能力强、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。 这类系统对于生产的适应性很差，一旦生产任务或工艺
2、流程发生变化，就要改变硬件结构，重新设计。这使得继电器接触器控制系统很难适应现代工业的需求。,4,用户迫切需要一种先进的自动控制装置,继电器控制系统,先进自动控制系统,5,编程简单，可在现场修改程序； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 维护方便，最好是插件式； 可将数据直接送入管理计算机； 在成本上可与继电器控制柜竞争； 输入可以是交流115V； 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等； 在扩展时，原系统只需很小变更； 用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。,GM10条是可编程序控制器出现的直接原因：,6,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
3、，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）。,7,国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。” PLC 是一种专门用于工业控制的计算机。,8,PLC与传统的继电器逻辑相比 1 工作原理不同 PLC采用的是逐行扫描的
4、方式 2 可靠性和可维护性不同 3 控制功能不同 4 相应速度不同 5 定时与计数功能不同 6 设计与调试方法不同,9,PLC与工业控制计算机相比 PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。 PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。 PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性
5、强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求使用者具有一定的计算机专业知识。,10,PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。 都具有很高的可靠性。 PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展。,11,PLC的优点,可靠性高(平均无故障时间3-5万小时） 编程简单 通用性强 体积小、结构紧凑、安装、维护方便,12,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
6、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。,13,PLC的应用领域,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、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。,14,1. 开关逻辑和顺序控制 开关逻辑和顺序控制是可编程控制器应用最广的领域。由于可编程控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算能力，其内部还有计时器/计数器，因此可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联代替
7、继电器进行组合逻辑控制，实现定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域还涉及微电子和家电行业。,15,2. 运动控制 可编程控制器通过使用专用的运动控制模块或灵活运用指令，可以使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器的普遍使用，可编程控制器可以与变频器结合，运动控制功能更为强大。此外，PLC还广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等。,16,3. 模拟控制 通过模拟量输入/输出模块，可编程控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，实现模拟量和数字量之间的模/数转换和数/模转换，并对被控模拟量进行
8、PID(Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分)闭环控制。现代的大中型可编程控制器一般都有PID闭环控制功能，此功能已经被广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业中。,17,4. 数据处理 新型的可编程控制器多具有数据处理能力，不仅可以进行数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等操作，还可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值，可通过通信功能传送到别的智能装置上进行保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统(如无人柔性制造系统)，也可以用于过程控制系统(如造纸、冶金、食品工业中的
9、一些大型控制系统)。,18,5. 通信联网控制 可编程控制器的通信包括主机与远程输入/输出单元之间的通信、多台可编程控制器之间的通信、可编程控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)。,19,PLC的国内外状况,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。,20,PLC的国内外状况,美国PLC发展得最快：
10、 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。,21,PLC的国内外状况,欧洲PLC的厂家有60余家: 西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。 金钟默勒 （Klockner Moeller
11、 Gmbh）， AEG 法国的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公司等。,22,PLC的国内外状况,1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台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。,23,PLC的国内外状况,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，
12、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生产。,24,PLC的国内外状况,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。,25,PLC的发展趋势,（1）向高速度、大存储容量方向发展 （CPU处理速度nS级；内存2M字节） （2）向多品种方向发展和提高可靠性 （超大
13、型和超小型） （3）产品更加规范化、标准化 （硬件、软件兼容的PLC） （4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I0 （5）加强联网和通信的能力 （6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open Modular Architecture for Control）,26,近年来PLC发展迅速,PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。 PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。 我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本
14、OMRON、三菱、富士，松下、德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的工控系统中占据重要地位。,27,（一）大型化 大存储容量、高速度、高性能、增加I/O点数方向发展。,发展趋势,1、增强的网络通信功能 计算机集成控制系统（DCS）; 现场总线及智能化仪表控制系统（Field bus Control System, FCS）。 2、发展智能模块 以微处理器为基础的功能部件。 3、外部故障诊断功能 自诊断技术、冗余技术、容错技术。 4、编程语言、编程工具标准化、高级化 高级语言，个人计算机。 5、实现软件、硬件标准化 6、编程组态软件发展迅速,（二）小型化 分散的、中小型工业控制场合。
15、,增强通信联网能力,PLC三大流派,30,欧洲： 西门子（Siemens）； 法国的（Telemecanique） 美国： A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本： 三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、 FUJI、松下（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）,三菱PLC外形图,2006-3-3,31,Q系列PLC,FX2N系列PLC,FX1N系列PLC,FX1S系列PLC,31,西门子PLC外形图,2006-3-3,32,S7-200系列PLC,S7-300系列PLC,S7-400系列
16、PLC,32,欧姆龙PLC外形图,C200H系列PLC,CPM1A、CPM2A系列PLC,33,2、PLC的组成和基本工作原理,PLC的基本结构 PLC的工作原理,34,PLC的基本组成结构,PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通讯模块和编程器等六部分组成,PLC的基本结构,36,SIEMENS S7-200CN PLC基本结构,37,可编程控制器由哪几部分组成？,硬件,软件,存储器,CPU,I/O口,编程器,电源,系统程序,用户程序,38,1、CPU,中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 CPU由控制电路、运算器和寄存器等组成，通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、I/O接口电路连接。,39,CPU模块
