1,plc 概述PPT精選文檔

1、1第 l 章 概 述 1.1 PLC1.1 PLC的歷史由來與發(fā)展的歷史由來與發(fā)展 傳統(tǒng)的工業(yè)自動控制系統(tǒng) 電磁繼電器控制 2電磁繼電器基本結(jié)構(gòu)及工作原理 電磁繼電器工作狀態(tài)電磁繼電器工作狀態(tài)u線圈得電狀態(tài)線圈得電狀態(tài) 產(chǎn)生磁場，銜鐵受力，常開產(chǎn)生磁場，銜鐵受力，常開觸點閉合，常閉觸點斷開觸點閉合，常閉觸點斷開u線圈失電狀態(tài)線圈失電狀態(tài) 磁場消失，銜鐵在拉力彈簧磁場消失，銜鐵在拉力彈簧作用下復(fù)位，常開觸點斷開，常作用下復(fù)位，常開觸點斷開，常閉觸點接通。閉觸點接通。3繼電器實圖（一） 4繼電器實圖（二） 5繼電器在控制系統(tǒng)中的作用 （一）功率放大（通過弱電控制強電）功率放大（通過弱電控制強電）6

2、繼電器在控制系統(tǒng)中的作用 （二）電氣隔離7繼電器在控制系統(tǒng)中的作用 （三） 邏輯運算（與、或、非、復(fù)雜運算）三相異步電機正反轉(zhuǎn)繼電器控制電路三相異步電機正反轉(zhuǎn)繼電器控制電路8電磁繼電器控制系統(tǒng) 9繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 單個繼電器較可靠 簡單控制系統(tǒng)使用繼電器較少時，成本低；系統(tǒng)反應(yīng)速度尚可；維修方便 10繼電器控制系統(tǒng)存在的問題及缺陷 復(fù)雜控制系統(tǒng)使用大量繼電器，導(dǎo)線連接復(fù)雜 繼電器內(nèi)物理觸點存在過流、發(fā)熱及氧化問題，導(dǎo)致觸點接觸不良或熔化燒結(jié)，可靠性低 查找和排除故障困難，如大海撈針，耗時巨大 控制柜內(nèi)部安裝接線工作量大 工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)部的元件及接線需要作相應(yīng)的變動，改造工期長，

3、費用高 繼電器級聯(lián)數(shù)量較多時，反應(yīng)速度慢 繼電器控制柜體積大，能耗高11現(xiàn)代制造業(yè)對控制系統(tǒng)要求 現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的巨大障礙 需要尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更加可靠、更容易維修和適應(yīng)經(jīng)常變化的工藝條件 PLC則是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的12研發(fā)PLC的提出1968年 對PLC的基本要求：能夠用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場能改變其控制邏輯，而不需要變動組成它的元件和修改內(nèi)部接線出現(xiàn)故障時易于診斷和維修13PLC的發(fā)展歷程 分立元件及數(shù)字集成電路PLC 1968年

4、美國DEC公司研制 特點：實現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制，功能有限 以微處理器和計算機系統(tǒng)為核心的PLC 20世紀(jì)70年代開始伴隨微處理器出現(xiàn) 特點：功能強、速度快、體積小，可靠性高，成本低；編程方便易學(xué)；不僅實現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制，而且能夠完成數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、運動控制、模擬量PID控制、聯(lián)網(wǎng)通訊等功能。 14國內(nèi)外主要廠家國內(nèi)外主要廠家PLCPLC產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介 目前，世界上有300多家PLC廠商，1000多品種的PLC產(chǎn)品。PLC產(chǎn)品可按地域分成三大流派：l 美國產(chǎn)品l 歐洲產(chǎn)品l 日本產(chǎn)品 目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣等目前國內(nèi)市場還有韓國、臺灣等PLCPLC產(chǎn)品產(chǎn)品15日本PLCPLC主要生產(chǎn)廠家

5、及產(chǎn)品主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品l日本三菱電機公司（Mitsubishi Electric） 小型機：F1F2FX系列 大中型機：A系列、QnA系列、Q系列 l日本立石（OMRON）公司PLC SYSMAC C系列PLC 整體式結(jié)構(gòu)微型PLC機C20P，中型機C200Hl日本松下公司PLC FPO微型機，F(xiàn)P1整體式小型機， FP3中型機，F(xiàn)P20大型機l富士、日立、光洋等公司16美國PLCPLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品l美國通用電氣公司GE系列PLC 小型機:GE-1、GE-1/J、GE-1/P 中型機:GE- ，大型機:GE- l美國A-B（Allen-Bradly）公司 SLC500

6、 系列17德國西門子（德國西門子（SIEMENSSIEMENS）公司）公司PLCPLC 超小型：SIMATIC S7-200 PLC 小型機：SIMATIC S7-300 PLC 中型機：SIMATIC S7-400 PLC 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) （SIMATIC NET） 人機界面（HMI）硬件 SIMATIC S7工業(yè)軟件 ：編程工具、基于PC的控制軟件、人機界面軟件。18國產(chǎn)國產(chǎn)PLCPLC主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品 中國科學(xué)院自動化研究所的PLC-0088 北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40 上海機床電器廠的CKY-40 上海起重電器廠的CF-40MR/ER 蘇州電子計算機廠的YZ-

7、PC-001A， 北京機械工業(yè)自動化研究所MPC-00l/20、KB-20/40 杭州機床電器廠的DKK02 天津中環(huán)自動化儀表公司DJK-S-84/86/480， 上海香島機電制造有限公司ACMY-S系列 無錫華光電子工業(yè)公司（合資）SR-10、SR-20/21。 192007年國內(nèi)外品牌在中國PLC市場份額 201.2 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu)1.2.1 PLC1.2.1 PLC的基本概念的基本概念 國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）對）對PLCPLC的定義：的定義：PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏

8、輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則來設(shè)計。 從上述定義可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能夠完成各種各樣的控制功能外，還有與其它計算機智能設(shè)備通信聯(lián)網(wǎng)的功能。211.2.2 PLC的基本組成結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和編程器等五部分組成22SIEMENS S7-200CN PLC 23PLC實圖（德國西門子S7-200系列） 24PLC實圖（日本三菱FX系列）251.CPU模塊

9、由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成 CPU模塊的作用：采用周期性循環(huán)掃描、分時操作的工作方式，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。26CPU每次掃描要完成以下工作l 輸入處理（輸入采樣）將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。l 程序執(zhí)行逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。l 輸出處理（輸出刷新）將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。27存儲器 l 作用：存儲系統(tǒng)程序、用戶程序和各種數(shù)據(jù)。l 按用途分類：系統(tǒng)程序存儲器 用戶程序存貯器u 系統(tǒng)程序相當(dāng)

10、于個人計算機的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家固化在ROM中，用戶不能直接存取。u 用戶程序由用戶設(shè)計，它決定了PLC的輸入信號與輸出信號之間的具體關(guān)系。用戶程序一般儲存于RAM或E2PROM中，用戶程序存儲器容量一般以字（每個字由二進制16位組成）為單位（一般指令和操作數(shù)各占一個字節(jié)），有的PLC將字稱為步，每一步儲存一條指令。 282I/O模塊l I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。PLC通過I/O模塊與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場聯(lián)系。 傳遞信號l I/O模塊的三大作用 電平變換 噪聲隔離 模擬量I/O模

11、塊l I/O模塊分類 數(shù)字量I/O模塊 特殊I/O模塊29輸入模塊 輸入模塊用來接收和采集輸入信號。PLC通過輸入模塊檢測被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進行控制的信息依據(jù)。l開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號。l模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流或電壓信號。30輸出模塊輸出模塊將PLC處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實現(xiàn)控制。l 開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備。l 模擬量輸出模塊用來控制

12、調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行機構(gòu)。31I/O模塊的電平變換作用 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O模塊單元，有各種各樣功能的I/O單元供用戶選用。 外部設(shè)備傳感器和執(zhí)行機構(gòu)所需信號電平多種多樣（如DC24V或AC220V/380V），而PLC中CPU模塊處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號電平（5V工作電壓），所以I/O模塊需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。32I/O模塊的噪聲隔離作用I/O 模塊從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部I/O裝置直接相連，需要在I/O模塊電路中進行濾波、光電隔離等抗干擾隔離處理措施。常用噪聲隔離措施： I/O回路濾

13、波電路去除干擾信號 I/O回路光電耦合器傳遞信號，去除干擾 I/O回路繼電器傳遞信號，回路物理隔離333.編程器l作用：生成用戶程序；編輯、檢查、修改、調(diào)試用戶程序；監(jiān)視用戶程序執(zhí)行情況。l分類：專用簡易編程器：只能輸入指令，不能圖形編程，體積小，價廉，功能簡單，通用性差專用圖形編程器：支持指令及圖形編程，功能較強，通用性差，價貴通用計算機編程：使用專業(yè)軟件編程，通過通信電纜與PLC交換數(shù)據(jù)，功能強大，通用性強34日本三菱FX系列PLC手持式簡易編程器 35日本三菱F1系列PLC簡易編程器 36日本三菱F1系列PLC圖形編程器 37編程器的發(fā)展現(xiàn)狀目前大多數(shù)PLC都具有智能通信接口和強大的通信

14、功能，使用編程軟件可用在計算機屏幕上直接生成和編輯梯形圖程序或指令表程序，并可實現(xiàn)不同編程語言之間的轉(zhuǎn)換。程序編譯后通過通信電纜下載到PLC,或?qū)LC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。目前絕大多數(shù)PLC均可使用便攜電腦完成程序的開發(fā)、現(xiàn)場監(jiān)控、調(diào)試及維護工作，而不必專門購置專用編程器。 38S7-200CN PLCS7-200CN PLC 連接到編程 PC 394.電源模塊PLC使用AC220V或DC24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源。小型PLC可以為輸入電流或外部電子傳感器提供DC24V直流電源。驅(qū)動PLC負(fù)載（現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)）的直

15、流電源一般由用戶提供。401.3 PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1 PLC的特點：1.編程方法簡單易學(xué) 程序結(jié)構(gòu)使用企業(yè)中電氣技術(shù)人員熟悉并易于掌握的梯形圖語言。 電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，程序控制過程形象直觀，使用的指令數(shù)量少，易學(xué)易懂，易于為熟悉梯形圖控制電路的電氣技術(shù)人員學(xué)習(xí)和掌握。412.功能強、性價比高 一臺小型PLC內(nèi)部有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如存儲器、定時器、計數(shù)器等），有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性價比。 PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，組成DCS集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。423.硬件配套齊

16、全、用戶使用方便、適應(yīng)性強 PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 用戶不必自己設(shè)計制作硬件裝置，只需確定PLC的硬件配置和設(shè)計外部接線圖即可。 PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC有較強的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。 PLC的硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 434.可靠性高，抗干擾能力強 可靠性是自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要指標(biāo)。是用戶選擇自動控制裝置的首要條件。 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時

17、間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 PLC用軟件代替了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸點和接線，外部僅剩下輸入和輸出相關(guān)的少量硬件元件，接線大量減少，因觸點接觸不良的故障大為減少。44PLC完善的抗干擾措施 PLC采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，可以直接使用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，是公認(rèn)的最可靠的工業(yè)自動控制設(shè)備之一。 如：三菱F1系列PLC在幅度為1000V、寬度為1uS的脈沖干擾下能夠可靠地工作，其工作環(huán)境溫度為055，不需要強迫風(fēng)冷。45PLC的故障分類 永久性故障：系統(tǒng)的某些元件損壞或失效而引起，不可恢復(fù)。PLC周期性地檢測系統(tǒng)硬件，發(fā)現(xiàn)永久性

18、故障時，查明故障種類，自動采取相應(yīng)措施，盡可能減輕故障對系統(tǒng)的影響，同時通知操作人員。 可恢復(fù)性故障：大多由電磁干擾引起，干擾往往以窄脈沖的形式從電源線或I/O引線進入PLC內(nèi)部，瞬時出現(xiàn)的干擾脈沖可能使PLC偏離正常的程序執(zhí)行路線，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。46PLC硬件抗干擾措施 為了削弱和消除干擾對系統(tǒng)的影響，PLC采取了很多硬件抗干擾措施，以切斷干擾進入PLC的途徑： 濾波：電源及I/O接口電路使用濾波措施 隔離：I/O模塊電路一般用光電耦合器來傳 遞信號；或用繼電器實現(xiàn)隔離。 屏蔽：用導(dǎo)磁材料屏蔽電源變壓器和CPU模 塊，消除生產(chǎn)現(xiàn)場的空間電磁干擾。47監(jiān)控定時器（Watch Dog） 若強烈干

19、擾進入PLC的CPU模塊，使PLC偏離正常的工作狀態(tài)而死機，可通過監(jiān)控定時器（Watch Dog）使PLC自動恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。 監(jiān)控定時器（Watch Dog）：一種硬件定時器，其定時時間大于PLC的最大掃描工作周期。PLC在正常工作時，每次掃描都將其復(fù)位，使它重新開始定時，它不會因定時時間到而動作。如果干擾使PLC不再執(zhí)行正常的掃描程序，監(jiān)控定時器不再被周期性地復(fù)位，當(dāng)它的定時時間到時，產(chǎn)生一個輸出脈沖重新啟動系統(tǒng)，使PLC重新恢復(fù)正常工作。48軟件方面抗干擾措施 干擾可能使PLC的用戶程序遭到破壞，導(dǎo)致控制系統(tǒng)癱瘓 軟件方面采取措施：求和檢查、奇偶校驗等進行診斷 對故障系統(tǒng)采取停機保護

20、、啟動冗余備用系統(tǒng)、告警等措施，保證生產(chǎn)過程順利進行，避免安全事故發(fā)生，造成經(jīng)濟損失和人身傷害495系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 PLC用軟件代替了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸點和接線，外部僅剩下輸入和輸出相關(guān)的少量硬件元件，接線大量減少，因觸點接觸不良的故障大為減少。 大多數(shù)PLC用戶程序采用順序控制設(shè)計法設(shè)計，編程方法規(guī)律性強，容易掌握，程序設(shè)計時間較繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計短。 PLC的用戶程序可在實驗室開發(fā)和模擬調(diào)試，大大縮短現(xiàn)場調(diào)試時間和工作量，系統(tǒng)調(diào)試時間較繼電器控制系統(tǒng)少得多。506.維修工作量少、維修方便PLC故障率低，且有完善的自診斷和顯示功能，發(fā)生故障時可以根據(jù)PLC的發(fā)光二

21、極管或編程設(shè)備提供的信息快速查明故障點及其原因，用更換模塊的方法可以迅速排除故障。517.體積小，能耗低，易于集成PLC用軟件替代了大量中間繼電器和時間繼電器，節(jié)省大量配件和接線，減少大量安裝接線工作量，控制柜體積小，能耗低，易于同被控設(shè)備集成，實現(xiàn)機電一體化。5213.2 PLC與其它計算機控制裝置的比較 個人計算機：有較強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但主要為辦公自動化和家庭設(shè)計，對環(huán)境要求高，抗干擾能力不強，不能直接用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。 單片機：只是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O信號相連。要專門設(shè)計和制作配套的I/O接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當(dāng)大，要求設(shè)計者具有較強的計算