PLC專業(yè)認(rèn)識實習(xí)

1、一、概述工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(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)控制的計算機(jī)可分為幾類：可編程序控制器（PLC）工業(yè)控制計算機(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（現(xiàn)場測控站）三級結(jié)構(gòu)，組態(tài)成相對

2、固定的功能，主要是模擬信號，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、FOXBORO、ABBPLC：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)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，與計算機(jī)互連，可實現(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)控整個生產(chǎn)過程，具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)和功能?，F(xiàn)已經(jīng)成為通用工業(yè)控制裝置，是當(dāng)代工業(yè)自動化的

3、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。在總線上個儀器儀表是平等的。主要制造商：ABB、SIEMENS、SCHNEIDER、AB、HONEYWELL由三種典型FCS：（1）連續(xù)的工藝過程自動控制，石油化工（2）分立的工藝動作自動控制，汽車制造機(jī)器人、汽車（3）多點控制，樓宇自動化PLC作為一個站掛在高速總線上，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年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。由于P

4、LC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)組成的計算機(jī)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代，小型計算機(jī)出現(xiàn)后，人們試圖用小型計算機(jī)來取代當(dāng)時的繼電器控制系統(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資源。21世紀(jì)的工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC仍然能夠引導(dǎo)自動化行業(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

5、制的主流。二、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在工業(yè)自動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，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多個品種。美國：羅克韋爾公司（AB）、MODICON莫迪康公司、GEFSNUC公司、TI（Texas Instrument）德州儀器公司、WESTHOUSE Electric西屋電氣公司歐洲:德國的西門子（Sieme

6、ns）、法國的TE(Telemecanique）(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（PLC）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)展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。現(xiàn)場總線技術(shù)及以

7、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）來解決實時性、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)卡的價格只有CONTROLNET等專用網(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)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

8、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。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ROM型系統(tǒng)程序存儲器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更

9、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在系統(tǒng)程序制定的存儲區(qū)內(nèi)。PLC的編程和微機(jī)的編程一樣，用戶程序需要一個編程環(huán)境、一個程序結(jié)構(gòu)和一個編程方法。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模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和通信接口模塊等基本模塊緊湊地封裝在一個機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體。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

10、數(shù)比較多、功能比較強(qiáng)。各模塊功能是獨立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，安裝時將這些模塊插在框架或基板上即可，它們由系統(tǒng)自動進(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)于一個整體式PLC，可以單獨完成控制功能。而擴(kuò)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

11、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組成部分，用戶程序不運(yùn)行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。如圖2-10所示，PLC在一個掃描周期中完成以下5個掃描過程。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)測及控制的自動化。S7-200系列PLC功能強(qiáng)

12、大，不論是獨立運(yùn)行，還是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和CPU226五種CPU模塊。編程時，用戶只需記住軟元件的地址即可。每一個軟元件都有一個地址與之相對應(yīng)，軟元件的地址編排采用區(qū)域號加區(qū)域內(nèi)編號的方式。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/輸出繼電器區(qū)、定時器區(qū)、計數(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點數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時，就要進(jìn)行I/O的擴(kuò)展。I/O擴(kuò)展包括I/O點數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。擴(kuò)展模塊的數(shù)量受兩個條件約束：一個是基本單元能帶擴(kuò)展模塊的數(shù)量；另一個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）、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