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1、化工仪表及自动化,第十六章 可编程控制器,内容提要,可编程控制器概述 可编程控制器(PLC)的发展过程 可编程控制器的功能与特点 可编程控制器的基本构成及工作原理 可编程控制器的基本组成 可编程控制器的软件系统 可编程控制器的分类,1,内容提要,OMRON C 系列 PLC 简介 OMRON PLC指令 应用实例 水箱液位控制 变量越限机警控制 自动包装机控制,2,第一节 可编程序控制器概述,可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置,由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操作性。 可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应用而设计,有较强的抗干扰能力。 可编程控制
2、器可以单独使用,也可以通过网络成为 DCS控制系统的一部分。,3,第一节 可编程序控制器概述,一、可编程控制器 (PLC)的发展过程 1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。 从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推广使用。 20世纪80年代末, PLC技术已经很成熟,并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制(CNC等)领域。 近年生产的PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展。,4,第一节 可编程序控制器概述,二、可编程控制器的功能与特点,1.可编程控制器的功能,PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制，且配置了计数器、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能，同时可
3、以完成各种类型的计数要求。 PLC具有了A/D、D/A转换的功能,丰富了控制手段和控制范围。 PLC有了较强的通信功能,可以组成PLC控制的计算机网络。,5,第一节 可编程序控制器概述,2.可编程控制器的特点,控制程序可编程 编程方便 扩展灵活 可靠性高,6,第一节 可编程序控制器概述,表16-1 PLC控制与继电接触控制比较,7,第一节 可编程序控制器概述,集散控制系统侧重回路连续调节功能,在模拟量处理、反馈控制等方面具有明显优势； 可编程控制器侧重开关量顺序控制功能,在数字处理、顺序控制方面具有一定优势。,可编程控制器与集散控制系统比较,发展初期,8,第一节 可编程序控制器概述,网络功能方
4、面,DCS从一开始就十分重视网络通信,PLC也在不断增强网络通信功能。,顺序控制功能方面,PLC优势强,模拟量处理功能方面,DCS系统较完善,9,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,一、可编程序控制器的基本组成,10,图16-1 PLC的基本组成框图,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,11,1.中央处理器,解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调一致地工作。,主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。,2.存储器,（1）存储器类型： RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等,作用,
5、（2）存储区分配,图16-2 简化的存储映像,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,12,3.输入输出模块,I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。,PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,4.编程器,功能,编程器是PLC必不可少的重要外部设备。 编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。 编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与
6、PLC之间进行人机界面。,13,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,14,工作方式,编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到PLC中。,离线（脱机）编程方式,编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，将程序送到PLC存储器中。,在线（联机）编程方式,分类,便携式编程器和通用计算机。,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,二、可编程序控制器的软件系统,15,(1)梯形图语言,1.可编程控制器的编程语言,梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继
7、电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有所区别。,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,16,图16-3（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。,图16-3 梯形图程序,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,17,(2)助记符语言,又称为命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示PLC的某种操作。,助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。,图16-3（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,2
8、.可编程控制器的工作过程,18,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,19,1.按容量分,（1）小型PLC,I/O点总数一般为20128点。,（2）中型PLC,其I/O点总数通常为129512点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。,三、可编程控制器的分类,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,20,（3）大型PLC,其I/O点总数在513点以上。,编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,21,.按硬件结构分,（1）整体式PLC,它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的
9、上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。,图16-5 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图,第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理,22,（2）模块式PLC,输入/输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采用模块式结构。其优点为：,图16-6 SIMENS SIMATIC S7-300的外形图,采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。 品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。,（3）叠装式PLC,它吸收了整体式和模块式PLC的优
10、点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。,第三节 OMRON C 系列 PLC,一、简介,23,OMRON C 系列PLC有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。,微型PLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，I/O容量为几十点，最多可扩至120点。,小型PLC分为C120和C200H两种，C120最多可扩展256点I/O，是紧凑型整体结构。,第三节 OMRON C 系列 PLC,中型PLC有C500和C1000H两种，I/0容量分别为512点和1024点。,大型PLC有C2000H，
11、I/O点数可达2048点，同时多处理器和双冗余结构使得C2000H不仅功能全、容量大，而且速度快，由于也是模块化结构，外形与C200H相近。,24,图16-7 SYSMAC C28H外形示意图,图16-9 C200H 外观示意图,25,图16-8 CPM1A C * * P外观图,第三节 OMRON C 系列 PLC,二、 OMRON PLC 指令,指令大多数是按照位（bit）寻址，个别指令按照通道寻址。按位寻址的地址编号为：通道号。位号，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十进制数，范围为015。,在OMRON PLC中，对于输入、输出等继电器的编号不用加字母。小型整体PLC的输入、输
12、出编号是固定不变的，使用者可以按照PLC主机标注编号编程；对于模块式PLC则根据输入或输出模块安装位置决定其编号。,26,第三节 OMRON C 系列 PLC,按功能分类,基本指令 特殊功能指令,构成,助记符：表示指令要完成的功能。 操作数：指出了要操作的对象。,27,第三节 OMRON C 系列 PLC,图16-10 OMRON PLC的基本指令应用示例,28,1.OMRON PLC的基本指令,第三节 OMRON C 系列 PLC,29,.几个功能指令,（1）保持指令KEEP（11） 它执行继电器保持操作，可保持为ON或OFF状态，直到它的两个输入端之一使它复位或置位。,图16-11 电机启
13、动、停止控制,第三节 OMRON C 系列 PLC,30,（2）微分指令DIFU（13）和DIFD（14）,微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行，且只执行一次；若执行条件解除后再次满足，则再执行。DIFU是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。,图16-12 微分指令应用示例,第三节 OMRON C 系列 PLC,31,（3） 定时器,定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种。定时器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据。,（4）计数器,计数器包括单向递减型CNT和双向可逆型CNTR（12）两种，其操作数包括计数器编号和设定值两个数据。,图16-13 计数
14、包装控制程序,第四节 应用实例,一、水箱液位控制,32,输入、输出点分配如下： 上限检测开关 0.00；下限检测开关 0.01平； 电磁阀 10.00,图16-14 水箱液位控制示意图,为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在控制的上限和下限设置检测传感器，用PLC控制注入水电磁阀。 当液位低于下限时，下限检测开关断开，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁阀。 PLC采用OMRON的CPM2A-60CDR。工艺要求如图16-14所示。,第四节 应用实例,33,控制接线如图16-15所示，图16-16为液位控制梯形图。 当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，0
15、.00与0.01常闭触点闭合，使输出继电器10.00导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位，虽然0.01触点断开，但由于10.00触点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测开关闭合，0.00的常闭触点断开，输出继电器10.00断开，注水阀关闭。,第四节 应用实例,图16-15 控制接线示意图,图16-16 液位控制梯形图,34,第四节 应用实例,35,二、变量越限报警控制,1.基本控制环节, 在实际中往往要求一旦变量超限，即使恢复到正常值，仍然进行声光报警，直到操作人员按下确定按钮后，报警才解除。, 在的要求基础上，要求一旦报警，指示灯是闪亮的。, 在的要求基础上，如果允许按下消音按钮（点
16、动），则电笛断开，灯变成平光。, 工艺要求过程变量越限后立即用指示灯和电笛报警，当工艺变量恢复到正常之后，报警自动解除。,第四节 应用实例,报警梯形图,36,第四节 应用实例,37,2.闪光报警系统,图16-21 加热炉的安全联锁保护系统,三个联锁报警点 燃料流量下限 原料流量下限 火焰检测,要求用三个指示灯指示三个报警点。 在整个系统中有三个工艺检测输入、一个复位按钮、一个实验按钮和一个消音按钮，输出有三个指示灯和一个电磁阀。,第四节 应用实例,38,采用OMRON CPM2A-60CDR PLC控制，输入、输出点分配见下表,表16-2 输入、输出点分配表,第四节 应用实例,39,图16-22 系统接线示意图,第四节 应用实例,40,三、自动包装机控制,图16-23 双秤包装机工作流程图,采用可编程序控制器来实现包装过程，可延长设备的寿命，提高包装的精度。,图16-23 自动包装机控制流程图,第四节 应用实例,41,表16-13 自动包装机PLC的输入、输出点分配表,END,
