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1、可编程控制器原理及应用可编程控制器原理及应用赵子玉陈德荣上海交通大学电院电气工程系1精选ppt 1 1、参考书：、参考书：三菱系列三菱系列PLCPLC原理及应用原理及应用编著者编著者 王万丽王万丽 郝郝庆文庆文 藏永福藏永福 ，人民邮电出版社，人民邮电出版社，20092009年。年。PLCPLC应用实践应用实践主著主著 束长宝，东南大学出版社，束长宝，东南大学出版社，20082008年。年。2 2、课程安排：、课程安排： 9 91616周，周周，周1 1的的7-87-8节，周节，周4 4的的9-109-10节，讲课节，讲课2424学时学时+ +实验实验1212学时学时, ,共共3636学时。讲
2、课在东下院学时。讲课在东下院204204，实验在电信，实验在电信群楼群楼4-3254-325对面的施耐德实验室。对面的施耐德实验室。3 3、考核：、考核： 笔试成绩：笔试成绩：50% 50% 实验成绩：实验成绩：30%30% 平时成绩：平时成绩：20%20%课程安排2精选ppt本章内容本章内容本章内容本章内容第一章 可编程序控制器概述1.1继电器控制系统1.2PLC的产生及发展 1.3PLC的特点 1.4PLC的分类 1.5PLC的应用和发展趋势 1.6PLC产品介绍1.7PLC与其他工业控制系统的区别3精选ppt 一、基本知识一、基本知识 （1 1）常开按钮）常开按钮 常闭按钮常闭按钮1.1
3、 1.1 继电器控制系统继电器控制系统精选ppt （2 2）继电器（）继电器（RelayRelay） 作用：一种弱电信号控制强电信号的电磁开关。作用：一种弱电信号控制强电信号的电磁开关。精选ppt（3 3）表示方法）表示方法继电器线圈常开触点常闭触点二、继电器应用实例二、继电器应用实例 （1 1）逻辑运算：与、或、非）逻辑运算：与、或、非 KA1=A*BKA2=(KA1+D)*C精选ppt（2 2）弱电控制强电及电气隔离）弱电控制强电及电气隔离 精选ppt（3 3）异步电机启动、停止电路）异步电机启动、停止电路精选ppt 三、继电器控制系统的特点三、继电器控制系统的特点 优点：优点：结构简单、
4、价格低廉、抗干扰能力强结构简单、价格低廉、抗干扰能力强 缺点：缺点： 对于复杂系统，整个系统可靠性差对于复杂系统，整个系统可靠性差 安装、接线工作量大，设备体积大、造价高安装、接线工作量大，设备体积大、造价高 可维护性、可扩展性、可修改性差可维护性、可扩展性、可修改性差精选ppt四、四、PLCPLC常用的外围设备常用的外围设备电磁阀电磁阀电磁阀电磁阀空气开关空气开关空气开关空气开关光电传感器光电传感器光电传感器光电传感器精选ppt继电器继电器继电器继电器接触器接触器接触器接触器LEDLED12精选ppt电机电机电机电机变频驱动器变频驱动器变频驱动器变频驱动器伺服驱动器伺服驱动器伺服驱动器伺服驱
5、动器精选ppt1.2 PLC1.2 PLC的产生及发展的产生及发展一、一、PLCPLC的产生与发展的产生与发展 1968 1968年美国年美国General Motors公司要求制造商为公司要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器。其装配线提供一种新型的通用程序控制器。 1969 1969年，美国数据设备公司年，美国数据设备公司(DEC)研制出世界研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司公司的生产线上。的生产线上。 1971 1971年日本开始生产可编程控制器。年日本开始生产可编程控制器。 19731973年欧洲也开始生产。年欧洲也开始
6、生产。精选ppt二、二、PLCPLC在国内发展的三个阶段在国内发展的三个阶段初级认识阶段初级认识阶段 7070年代后期，冶金、石油、化年代后期，冶金、石油、化工、轻工等都引进了使用工、轻工等都引进了使用PLCPLC进行控制的生产线。进行控制的生产线。引进使用阶段引进使用阶段 8080年代，在成套设备引进的年代，在成套设备引进的同时，许多部门和单位也相继引进了同时，许多部门和单位也相继引进了PLCPLC并自己并自己设计组成控制系统。设计组成控制系统。广泛发展阶段广泛发展阶段 9090年代，我国年代，我国PLCPLC进入广泛发进入广泛发展阶段，已经渗透到国民经济各个部门、工业过展阶段，已经渗透到国
7、民经济各个部门、工业过程的各个角落。程的各个角落。 15精选ppt1 1最重要的特点最重要的特点“可编程可编程” PLC组成的控制系统控制逻辑的改变不是组成的控制系统控制逻辑的改变不是取决于硬件的改变，而是取决于程序的改变。取决于硬件的改变，而是取决于程序的改变。2 2可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强 硬件：硬件：a.a.电磁兼容性好电磁兼容性好 b. b.与软件配合有自诊断电路与软件配合有自诊断电路 c. c.模块结构，易修复模块结构，易修复 d. d.采用了电源后备和冗余技术采用了电源后备和冗余技术 1.3PLC的特点的特点精选ppt 软件：软件： a.a.设置设置watchd
8、og警戒时钟，防止程序警戒时钟，防止程序“跑飞跑飞” b.b.对程序重要参数进行检查和校验对程序重要参数进行检查和校验 c.c.对程序及动态数据进行电池后备对程序及动态数据进行电池后备 d.d.有自诊断、报警、数字滤波功能有自诊断、报警、数字滤波功能3 3编程语言（梯形图）简单、易学、易懂、易接受。编程语言（梯形图）简单、易学、易懂、易接受。4. 4. 控制能力强。控制能力强。5. 5. 控制系统结构简单，通用性强。采用模块化控制系统结构简单，通用性强。采用模块化 结构，组合灵活方便，扩展及外部连接方便。结构，组合灵活方便，扩展及外部连接方便。6. 6. 体积小，维护操作方便。体积小，维护操作
9、方便。7 7设计、施工、调试周期短。设计、施工、调试周期短。精选ppt1.3 PLC1.3 PLC的分类的分类 一、根据一、根据I/OI/O点数分点数分 微型微型PLCPLC：32 I/O32 I/O 小型小型PLC: 256 I/O PLC: 256 I/O 中型中型PLC: 1024 I/O PLC: 1024 I/O 大型大型PLC: 4096I/OPLC: 4096I/O巨型巨型PLC: 8195 I/OPLC: 8195 I/O 二、二、 根据结构分根据结构分 根据根据PLCPLC的结构形式不同可以的结构形式不同可以分为整体式和模块式两大类。分为整体式和模块式两大类。l 整体式：整体
10、式： 将将PLCPLC的基本部件，如的基本部件，如CPUCPU板、板、I/OI/O板、显示面板、板、显示面板、 内存块、电源等安装在一个标准机内存块、电源等安装在一个标准机壳内，构成一个整体。壳内，构成一个整体。18精选pptl 模块式：模块式： 由标准模块单元构成，包括由标准模块单元构成，包括CPUCPU模块、模块、I/OI/O模块、内存、模块、内存、电源模块、底板或机架，将模块插在框架或是基板上。电源模块、底板或机架，将模块插在框架或是基板上。19精选ppt一、一、PLCPLC的应用场合的应用场合 1.1.逻辑控制：逻辑控制： 代替传统继电器系统和顺序控制器实现顺序控代替传统继电器系统和顺
11、序控制器实现顺序控制、联锁、计时、计数等功能。制、联锁、计时、计数等功能。例如：例如：自动电梯、皮自动电梯、皮带传送控制系统。带传送控制系统。 2.2.运动控制运动控制: : 可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设可用于精密金属切削机床、机械手、机器人等设备的控制。备的控制。 PLCPLC的应用场合及发展趋势的应用场合及发展趋势精选ppt 3.3.过程控制：过程控制： 通过配用通过配用A AD D、D DA A转换模块及智能转换模块及智能PIDPID模块实现模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。的模拟量
12、进行闭环调节控制。例如：例如：锅炉运行控制。锅炉运行控制。 4.4.数据处理数据处理 5.5.多级控制多级控制 利用利用PLCPLC的网络通信功能模块及远程的网络通信功能模块及远程I IO O控制模块控制模块实现多台实现多台PLCPLC之间、之间、PLCPLC与上位计算机的连接，以完成与上位计算机的连接，以完成较大规模的复杂控制。较大规模的复杂控制。 精选ppt传送带生产线控制传送带生产线控制灌装及包装机械灌装及包装机械木材加工木材加工电梯控制电梯控制空调控制空调控制纺织机械纺织机械印刷机械印刷机械精选ppt 冶金冶金作为大型作为大型PLCPLC最大最大的行业分支，占据了四分之一的的行业分支，
13、占据了四分之一的市场；冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，是市场；冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，是大中型大中型PLCPLC应用的主要行业。应用的主要行业。汽车汽车行业主要对各生产线的工位进行控制，对行业主要对各生产线的工位进行控制，对PLCPLC的应的应用数量多，但控制点数一般不高，在用数量多，但控制点数一般不高，在300300个个IOIO左右，以中型左右，以中型PLCPLC为主。汽车行业被认为是为主。汽车行业被认为是PLCPLC应用应用最有潜力最有潜力的行业之的行业之 一；一；虽然虽然电力电力行业对单机容量行业对单机容量5 5万千瓦以下的常规火电机组万千瓦以下的常规火电机组
14、的关停在很大程度上影响了的关停在很大程度上影响了PLCPLC在该行业的应用规模，但由在该行业的应用规模，但由于电力行业本身自动化水平很高，对于电力行业本身自动化水平很高，对PLCPLC的应用规模基数很的应用规模基数很大，因此电力行业仍然处于大中型大，因此电力行业仍然处于大中型PLCPLC应用的应用的第三大行业第三大行业。精选ppt 二、二、PLCPLC的发展趋势的发展趋势 1 1低档低档PLCPLC向小型、简易、廉价方向发展，使之能向小型、简易、廉价方向发展，使之能更加广泛的取代继电器控制。更加广泛的取代继电器控制。 2 2中、高档中、高档PLCPLC向大型、高速、多功能方向发展，向大型、高速
15、、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。杂系统进行综合性的自动控制。 3 3产品更加标准化、规范化产品更加标准化、规范化 PLCPLC控制技术已成为现代工业自动化的主要手段。控制技术已成为现代工业自动化的主要手段。PLCPLC技术、机器人技术、技术、机器人技术、CAD/CAM CAD/CAM 已成为现代工业自动已成为现代工业自动化的三大支柱。化的三大支柱。精选ppt1 1、 电梯行业应用案例电梯行业应用案例高层电梯控制系统结构示意图自动扶梯控制系统结构示意图三、三、PLCPLC的应用实例的应用实例
16、25精选ppt2 2、包装行业应用案例、包装行业应用案例连续式垂直包装机系统结构示意图方便面生产线系统结构示意图26精选ppt3 3、 纺织行业应用案例纺织行业应用案例退煮漂联合机系统结构示意图橡毯预缩处理机系统结构示意图27精选ppt4 4、 HVAC行业应用案例行业应用案例 HVAC是是Heating, Ventilation and Air Conditioning 的的英文缩写英文缩写, ,就是供热通风与空调工程。就是供热通风与空调工程。 节能永远是节能永远是HVACHVAC行业的主题。一年当中冷负荷是随行业的主题。一年当中冷负荷是随着季节、昼夜变化而变化，往往系统在运行过程中大多着季
17、节、昼夜变化而变化，往往系统在运行过程中大多数时间是不能达到最大设计的符合能力的，这就为变频数时间是不能达到最大设计的符合能力的，这就为变频在在HVAC HVAC 行业节能提供了契机。行业节能提供了契机。28精选pptHVAC系统系统结构示意图螺杆式冷热机组系统结构示意图29精选ppt1.6 PLC1.6 PLC产品的介绍产品的介绍Twido系列TSXMicroM340PremiumQuantumModicon系列施耐德PLC生产生产PLCPLC的主要公司有：美国的主要公司有：美国AB AB 公司、德国的西门子公司公司、德国的西门子公司(Siemens)(Siemens)、法国施奈德、法国施奈
18、德(Schneider)(Schneider)自动化公司、日本的欧姆龙自动化公司、日本的欧姆龙(Omron)(Omron)和三菱和三菱(Mitsubishi)(Mitsubishi)公司等，这几家公司控制了全球公司等，这几家公司控制了全球80%80%的的PLCPLC市场。市场。 PLCPLC的品牌很多种，我们主要介绍下施耐德公司生产的品牌很多种，我们主要介绍下施耐德公司生产的的PLCPLC产品。产品。 30精选ppt一、可编程控制器一、可编程控制器TWDIOTWDIO优势优势灵活的配置，紧凑的结构，强大的功能，丰富的通信方灵活的配置，紧凑的结构，强大的功能，丰富的通信方式，式，CPUCPU的的
19、FirmwareFirmware可不断升级可不断升级 应用范围应用范围简单独立安装的场合：照明管理，暖通空调，简易控制简单独立安装的场合：照明管理，暖通空调，简易控制以及监控等以及监控等 重复操作的集成化机型：物流派送，起重，自动售货机重复操作的集成化机型：物流派送，起重，自动售货机等等精选ppt32精选ppt33精选ppt二、二、过程控制可编程控制器过程控制可编程控制器MODICON QUANTUM MODICON QUANTUM 优势优势操作简便，功能强大操作简便，功能强大 ModiconModicon Quantum Quantum自动化控制平台拥有全系列完整的处理器，自动化控制平台拥有
20、全系列完整的处理器，适用于复杂的过程控制与基础设施关键系统。适用于复杂的过程控制与基础设施关键系统。 集成优异的通讯功能，诊断功能，大容量的数据储存空间，集成优异的通讯功能，诊断功能，大容量的数据储存空间， ModiconModicon Quantum Quantum仍保持极佳的扫描周期仍保持极佳的扫描周期 。安装新模块时支持热插拔。安装新模块时支持热插拔。应用范围应用范围过程控制过程控制 、基础设施关键系统。、基础设施关键系统。精选ppt性能描述性能描述 Modicon Quantum Modicon Quantum自动化控制平台拥有业界领先的性能，包自动化控制平台拥有业界领先的性能，包含：
21、含：5 5种种IECIEC编程语言（编程语言（ SFC SFC 、 LD LD、 ILIL 、 FBDFBD 、 ST ST ）适用）适用于各种应用需求于各种应用需求 高性能多任务系统高性能多任务系统 高达高达7MB 7MB 储存空间储存空间 涂层保护模块，适用于恶劣环境；安全涂层保护模块，适用于恶劣环境；安全I/O,I/O,高可靠性；支持高可靠性；支持第三方设备第三方设备 高性能热备解决方案。每个模块均有小型高性能热备解决方案。每个模块均有小型LCDLCD荧幕及按键，荧幕及按键，便于本地监控便于本地监控 前面板有多个内置端口（前面板有多个内置端口（USBUSB、Ethernet TCP/IP
22、Ethernet TCP/IP、ModbusModbus PlusPlus、以及至少一个、以及至少一个 ModbusModbus 端口）端口） 本地机架上可安装第三方模块以连接本地机架上可安装第三方模块以连接ProfibusProfibus-DP-DP35精选pptMODICON QUANTUMMODICON QUANTUM灵活架构灵活架构选择一种定制的体系结构选择一种定制的体系结构适用于任何配置的低成本、高性能解决方案适用于任何配置的低成本、高性能解决方案用于过程控制和基础设施场合的理想平台用于过程控制和基础设施场合的理想平台精选ppt精选ppt1.7 PLCPLC与其他工业控制系统的区别与
23、其他工业控制系统的区别一、一、 PLCPLC与与继电器控制继电器控制的区别的区别可靠性高、逻辑功能强、体积小。可靠性高、逻辑功能强、体积小。在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，器的场合，PLC 无需增加硬设备。无需增加硬设备。 随着要求的变更随着要求的变更PLC对程序修改方便。继电器线对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。差。 具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量具有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。进行处理，实现各种复杂
24、控制功能。 精选ppt二、二、 PLCPLC与与个人计算机个人计算机的区别的区别比较项目比较项目PLCPLCPCPC应用范围工业控制科学计算，数值处理等使用环境工业现场环境要求高输入输出 控制强电，需电气隔离 微电联系，无需隔离程序设计编程语言简单，易学语言丰富，语法复杂系统功能简单的监控程序系统软件功能强大运算速度数据处理速度慢速度快存储容量小大价格低高比较项目比较项目PLCPLC工业控制计算机工业控制计算机兼容性兼容性各厂家的产品不通用各厂家的产品不通用 总线标准化程度高，总线标准化程度高， 产品兼容性强产品兼容性强可靠性可靠性可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高灵活性灵活性 模块结构，可针对不同对模块结构，可针对不同对象进行组合和扩展象进行组合和扩展不可灵活扩展不可灵活扩展 对微机许多对微机许多软件的可用性软件的可用性不能直接使用不能直接使用 可直接使用通用微机的各可直接使用通用微机的各种编程语言。对要求快速、实种编程语言。对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势的控制占有优势三、三、PLCPLC与与工业控制计算机工业控制计算机相比相比 精选ppt精选ppt
