PLC專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)

1、一、概述 工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技 術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加 產(chǎn)量、 提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)。主要包括工業(yè)自動(dòng)化 軟件、 硬件和系統(tǒng)三大部分，是現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一 。當(dāng)前用于工業(yè)控 制的計(jì)算機(jī)可分為幾類：可編程序控制器（ PLC） 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)單片機(jī) 可編程調(diào)節(jié)器 集散控制系統(tǒng)（ DCS） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）DCS是由化工行業(yè)回路儀表控制系統(tǒng) 發(fā)展起來的分布控制系統(tǒng)，在連續(xù)量 的模擬控制和回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢，是控制（工程師站 ）、操作（操作 站）、現(xiàn)場儀表

2、（現(xiàn)場測控站）三級(jí)結(jié)構(gòu)，組態(tài)成相對(duì)固定的功能，主要是模擬 信號(hào)，從上到下是樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，關(guān)鍵是通信。在發(fā)展中仍然保持其過程 控制 的功能和特色。上世紀(jì) 70 年代出現(xiàn)。用于象石化、火 電廠等大規(guī)模的連續(xù)過程控制。缺點(diǎn) 是成本高、不通用。主要制造商：貝利、西屋、霍尼韋爾、泰勒、西門子、 FOXBOR、OABBPLC:是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而 來的，在開關(guān)控制和順序控制方面有 一定的優(yōu)勢，以開關(guān)量（順序控制）為主，大多需要編程，非常靈活，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，與計(jì)算機(jī)互連，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，能在線組態(tài)、編程和下裝，在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)

3、和功能。現(xiàn)已經(jīng)成為通用工業(yè)控制裝置，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。FCS全數(shù)字、智能、多功能取代模擬 式單功能儀表儀器及控制裝置。在總 線上個(gè)儀器儀表是平等的。主要制造商 ABB、 SIEMEN、S SCHNEIDE、RAB、 HONEYWELL 由三種典型 FCS（1）連續(xù)的工藝過程自動(dòng)控制，石油化工（2）分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制，汽車制造機(jī)器人、汽車（3）多點(diǎn)控制，樓宇自動(dòng)化PLC作為一個(gè)站掛在高速總線上，充分發(fā)揮其控制優(yōu)勢。如火電廠輔助車間的補(bǔ)給水處理、循環(huán)水、除灰除渣、輸煤車間等，多以順序控制為主，有其 獨(dú)特 的控制優(yōu)勢。PLC從單機(jī)控制、流水線到組成分布式控制系統(tǒng)。在80年代至90年

4、代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為 3040%由于PLC機(jī)聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進(jìn)步，擠占了一部 分DCS 的市場（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理 等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC（IPC）的 出現(xiàn)， 特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是指用單片處理器或工業(yè)微機(jī)、工控機(jī)組成的計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)。20 世紀(jì) 60年代，小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，人們?cè)噲D用小型計(jì) 算機(jī)來取代當(dāng)時(shí)的 繼電器控制系統(tǒng)，未獲成功，代之的是 PLC的出現(xiàn)、應(yīng)用和發(fā)展。PLC的編程概念和控制思想是任何其他工業(yè)控制器都無法與之相提并論的巨大知識(shí)資源。21世紀(jì)的工業(yè)控制

5、 領(lǐng)域，PLC仍然能夠引導(dǎo)自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展。PLC在工業(yè)控制中獲得了極大的成功，成為工業(yè)控制的主流。二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，以強(qiáng)大的控制功能，極高的可靠性，使用方便等突出特點(diǎn)，廣泛應(yīng) 用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、 電力、電子、食品、 交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明， 80 以上的工業(yè)控制可以使用 PLC來完成。在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用 PLC來取代。三、PLC制造商及品牌全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。美國：羅克韋爾公司（AB、MODICC莫迪康公司、FSNU（公司、TI （TexasInstrument ）德

6、州儀器公司、 WESTHOUSEElectric 西屋電氣公司歐洲:德國的西門子（Sieme ns）、法國的TE（Telemeca nique）（施耐德）瑞士的Selectron公司、ABB公司日本：三菱電機(jī)（MITSUBISHI）歐姆龍（OMRON）富士電機(jī)（Fuji Electric ）、東 芝（TOSHIBA、光洋（KOYO、松下電工（MEW四、可編程序控制器（PLQ發(fā)展趨勢中國的PLC市場將在2006年達(dá)到39億元人民幣，增長率也將超過 15% 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方向。1 、微型化；2、網(wǎng)絡(luò)化過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是 Ethernet技術(shù)的擴(kuò)

7、展，PLC也不例外。 現(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口?，F(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技 術(shù) 也同步發(fā)展，所以PLC構(gòu)成的PCS系統(tǒng)比DCS的開放性所處的現(xiàn)狀稍好一 些。網(wǎng) 絡(luò)向上連是互聯(lián)網(wǎng)問題，向下連是現(xiàn)場總線問題，通信是 PLC應(yīng)用的關(guān)鍵技 術(shù)。EtherNet/IP 現(xiàn)在已經(jīng)是比較成熟的工業(yè)以太網(wǎng)，它基于 標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 以太網(wǎng) 和通用工業(yè)協(xié)議（CIP）來解決實(shí)時(shí)性、功能安全、確定性和穩(wěn)定性。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢：應(yīng)用廣泛；成本低廉，目前，其網(wǎng)卡的價(jià)格只有CONTROLNET專用網(wǎng)卡的十分之一或更低；通信速率高；軟硬件資源豐富；可持續(xù)性強(qiáng)；兼容性好；工控廠家的廣泛支持和應(yīng)

8、用。國外知名PLC廠商，都紛紛推出了各自的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)體系，以適應(yīng)市場需求；并且也在技術(shù)上加以改進(jìn)，以使其適應(yīng)工業(yè)控制方面的要求。3、PC化隨著軟PLC( Soft PLC控制組態(tài)軟 件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC 組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。4、開放性編程語言標(biāo)準(zhǔn)化：使用與IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)兼容的程序設(shè)計(jì)語言，包括梯形 圖、功能模塊圖表、順序功能圖表、結(jié)構(gòu)化文本和指令表等程序設(shè)計(jì)語言。五、PLC的構(gòu)成及原理1、PLC的硬件系統(tǒng)PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成，其結(jié)構(gòu)示 意圖如圖2-1所示。錐電器觸點(diǎn)電厳閥楷示燈圖一

9、1 FL匚結(jié)枸示壽圖2、PLC的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是由PLC的制造者采用匯編語言編寫的，固化于 ROh型系統(tǒng)程序存 儲(chǔ)器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更改。系統(tǒng)程序分 為系統(tǒng)管理程序、 用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序。用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用PLC的編程語言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。PLC的編程和微機(jī)的編程一樣，用戶程序需要一個(gè)編程環(huán) 境、一個(gè)程序結(jié)構(gòu)和一 個(gè)編程方法。3、PLC的基本配置根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)類型，基本配置分三種：(1) 整體式結(jié)構(gòu) 采用整體式結(jié)構(gòu)的PLC將CPU莫塊、輸入/輸出模塊、

10、電 源模塊和通信接口模塊等基本模塊緊湊地封裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體。微 型、小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)，適用于控制比較集中的工業(yè)現(xiàn)場。(2) 模塊式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的PLC控制點(diǎn)數(shù)比較多、功能比較強(qiáng)。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，安裝時(shí)將這些模塊插在框架或基板上即可，它們由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行尋址連接，插入何種模塊可根據(jù)需要進(jìn)行配置。大、中型PLC多采用模塊式結(jié)構(gòu)，適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場的分布式控制。(3) 混合式結(jié)構(gòu) 混合式PLC由PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊組成。其中 PLC主機(jī)由 CPU存儲(chǔ)器、通信電路、基本輸入/輸出電路、電源等基本模塊組成，相當(dāng) 于一 個(gè)整體式PLC,可以單獨(dú)完成控制功能。而擴(kuò)

11、展模塊可以是輸入/輸出模塊、模擬量模塊、位置控制模塊、PID模塊、聯(lián)網(wǎng)控制模塊等智能 模塊，模塊之間通過總 線進(jìn)行連接，由主模塊統(tǒng)一管理。4、PLC工作原理PLC最主要的工作方式是循環(huán)掃描(周期掃描 )。連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的 循環(huán)序列稱為掃描，掃描工作一般分為：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過程，CPU反復(fù)不停地分階段處理上 述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一 個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。如圖 2-10所示，PLC在一個(gè)掃描周期中完成以 下

12、5個(gè)掃描過程。02-10掃描工作過程六、S7-200系列PLC系統(tǒng)特性及硬件構(gòu)成S7-200系列PLC是 SIEMENS公司推出的一種小型 PLC它適用于各行各業(yè)， 各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7-200系列PLC功能強(qiáng)大，不論是獨(dú)立運(yùn)行，還是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。目前S7-200系列PLC主要有CPU221 CPU222 CPU224 CPU224X和 CPU226五種 CPU模塊。編程時(shí)，用戶只需記住軟元件的地址即可。每一個(gè)軟元件都有一個(gè)地址與之 相對(duì)應(yīng)，軟元件的地址編排采用區(qū)域號(hào)加區(qū)域內(nèi)編號(hào)的方式。即PLC內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入/輸出繼電器

13、區(qū)、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)器區(qū)、特殊繼電器區(qū)等，分別用I、Q T、C、SM等來表示。當(dāng)CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行 I/O的擴(kuò) 展o I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊 的擴(kuò)展。擴(kuò)展模塊的數(shù) 量受兩個(gè)條 件約束：一個(gè)是基本單元能帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量；另一個(gè)是基本單元的電源承受擴(kuò)展模塊消耗DC5V總線電流的能力。七、S7-200系列PLC的編程語言及程序結(jié)構(gòu)S7-200系列PLC的編程語言非常豐富，有LAD（梯形圖）、STL （語句表）、 FBD（功能塊圖/邏輯功能圖）、丿順序功能圖（SFC等，用戶可以選擇一種語言編 程，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的編寫工作大大簡化，用戶程序開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改非常方便。梯形圖（LAD編程語言是從繼電器控 制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來