可编程序控制器概述-(3)

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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

2、点与功能,1.3 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

3、年美国 DEC 研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 Contro

4、ller)， 简称 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

5、主要性能指标和分类,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

6、用模块式结构。,西华大学电气信息学院,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

7、形语言简单易学。 4. 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

8、某些操作的定时或计数控制。 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

9、拟量进行单回路或多回路的闭环控制。 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,21,三、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

10、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， 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,22,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

11、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,23,输入/输出： 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：

12、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,24,一、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,西华大学电气信息学院,25,二、PLC 的发展趋势,1. 向小型化方向发展 便于实现“机电仪”一体化。 2. 向大型

13、化方向发展 (1) 功能不断加强 各种运算、定时、计数、模拟调节、监控、记录、 与计算机接口、通信 (2) 应用范围不断扩大 逻辑控制、中断控制、智能控制、过程控制、 通信控制 (3) 性能不断提高,西华大学电气信息学院,26,(3) 性能不断提高,处理速度、响应时间、存储容量、多处理器技术、 各种智能模块 (4) 编程软件的多样化和高级化 如 BASIC、C、汇编语言、专用高级语言等。 (5) 构成形式的分散化和集散化,三、PLC 在中国的发展与应用 最早研究和应用PLC始于20世纪70年代末期。 自2001年起，我国机械工业成为工业发展新亮点。 近年来每年约新投入10万台套PLC产品。 化

14、工行业也是需求PLC的一个持续而稳定的市场。,西华大学电气信息学院,27,一、西门子公司的可编程序控制器 主流产品：SIMATIC S7200、300 、400。,1.4 常用可编程序控制器简介,(a) S7-200系列PLC (b) S7-300系列PLC (c) S7-400系列PLC 西门子公司的可编程序控制器,西华大学电气信息学院,28,二、AB 公司的可编程序控制器,SLC500 系列属于小型模块化 PLC 产品。 MicroLogix 1500 属于高级的小型 PLC 产品。 PLC-5 系列属于大中型 PLC 产品。,(a) Micro Logix 1500 PLC (b) Co

15、ntrol Logix 1756系列 PLC A-B公司的可编程序控制器,西华大学电气信息学院,29,三、三菱公司的可编程序控制器,F、F1/F2 、FX 系列属于小型整体式与模块化 PLC 产品。 MELSEC-A 系列通用型属于小型快速的模块式 PLC 产品。 MELSEC-Q 系列属于中大型 PLC 产品。,(a) FX3G系列PLC (b) FX1NC系列PLC 三菱公司的可编程序控制器,西华大学电气信息学院,30,四、立石公司的可编程序控制器,小型 PLC：CPM1A、CPM2A、CPM2A 。 中型 PLC：C200H、CJ1、CJ1M、CQM1H。 大型 PLC：CS1、CS1D、CV、CVM1、CVM1D。,(a) CPM2C CPU (b) CJ1M CPU (c) CVM1 CPU 立石公司的可编程序控制器,西华大学电气信息学院,31,五、和利时公司的可编程序控制器,小型 PLC：LM 系列。 大型 PLC：LK 系列。,LM31043107 CPU (b) LM31083109 CPU (c) LK202 CPU,立石公司的可编程序控制器,西华大学电气信息学院,32,参考书籍,现代电气控制技术 重庆大学出版社 可编程序控制器原理及应用教程北京航空航天大学出版社 可编程序控制器原理及其在液压系统中的应用机械工业出版社 可编程序控制器网