電氣控制與PLC-PLC概述匯編

1、電 氣 控 制 與 P L C - PLC 部部 分分楊楊 紅紅機電工程學院自動化系機電工程學院自動化系課程的基本要求課程的基本要求v掌握掌握PLC基本結(jié)構(gòu)、特點、工作原理基本結(jié)構(gòu)、特點、工作原理v熟悉熟悉基本邏輯指令基本邏輯指令、步進順序控制指令步進順序控制指令及常用的及常用的功能指令功能指令v具備具備PLC應(yīng)用系統(tǒng)分析設(shè)計的初步能力應(yīng)用系統(tǒng)分析設(shè)計的初步能力課程特點及學習要求課程特點及學習要求v特點特點 本課程本課程實踐性很強實踐性很強，主要突出可編程控制，主要突出可編程控制器的應(yīng)用器的應(yīng)用v要求要求 掌握可編程控制器原理，從自動化產(chǎn)品的掌握可編程控制器原理，從自動化產(chǎn)品的角度，了解其使用

2、，包括產(chǎn)品選型、控制系角度，了解其使用，包括產(chǎn)品選型、控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試。認真做好每一次實訓。統(tǒng)設(shè)計、安裝調(diào)試。認真做好每一次實訓。第四章第四章 可編程控制器及其工作原理可編程控制器及其工作原理一、可編程控制器的定義一、可編程控制器的定義v名稱：名稱：可編程控制器可編程控制器 Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller，簡稱，簡稱 PLCPLC。v可編程控制器可編程控制器是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，以微處是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、理器為基礎(chǔ)，綜合了自動控制技術(shù)、計算機技

3、術(shù)、通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置新型工業(yè)控制裝置。一、可編程控制器的定義一、可編程控制器的定義v1980 年，美國電氣制造商協(xié)會年，美國電氣制造商協(xié)會 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ） 的定義：的定義： v可編程控制器是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程控制器是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)輯、順序、計時、計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機

4、械或生產(chǎn)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程。一部數(shù)字電子計算機若是用來執(zhí)行過程。一部數(shù)字電子計算機若是用來執(zhí)行 PLC 之之功能者功能者 , 亦被視同為亦被視同為 PLC, 但不包括鼓式或機械式但不包括鼓式或機械式順序控制器。順序控制器。 一、可編程控制器的定義一、可編程控制器的定義v19871987年，年，國際電工委員會（國際電工委員會（IECIEC）定義）定義： “ “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲序的存儲器，用來在其

5、內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。的機械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計設(shè)計”。二、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制器的產(chǎn)生v繼電器控制電路配線復雜，通用性和靈活性差繼電器控制電路配線復雜，通用性和靈活性差 。二、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制

6、器的產(chǎn)生v在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導地位，其控制系統(tǒng)都是按預先設(shè)定好的時間或條件順序地導地位，其控制系統(tǒng)都是按預先設(shè)定好的時間或條件順序地工作，通用性和靈活性差。工作，通用性和靈活性差。v20 世紀六十年代，計算機技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，世紀六十年代，計算機技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，由于價格高、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，由于價格高、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。v1968 年，美國最大的汽車制造商年，美國最大的汽車制造商通用汽

7、車公司通用汽車公司 (GM) 為為了適應(yīng)汽車型號不斷更新、生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，要求了適應(yīng)汽車型號不斷更新、生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，要求能有一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新能有一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期?？刂葡到y(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 二、可編程控制器的產(chǎn)生二、可編程控制器的產(chǎn)生1968年美國通用汽車公司提出年美國通用汽車公司提出新型控制器新型控制器十項指標：十項指標： 1） 編程簡單、現(xiàn)場可修改程序；編程簡

8、單、現(xiàn)場可修改程序； 2）維護方便、采用插件式結(jié)構(gòu)；）維護方便、采用插件式結(jié)構(gòu)； 3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)； 4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；）體積小于繼電器控制系統(tǒng)； 5）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機；）數(shù)據(jù)可以直接送入計算機； 6）成本可與繼電器系統(tǒng)競爭；）成本可與繼電器系統(tǒng)競爭； 7）輸入可為市電；）輸入可為市電； 8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等；）輸出可為市電，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等； 9）通用性強、易于擴展；）通用性強、易于擴展； 10）用戶存儲器大于）用戶存儲器大于4K。三、三、 可編程控制器的特點可編程控制器的特點1、可靠性高，抗干

9、擾能力強；、可靠性高，抗干擾能力強；2、功能強大，性價比高；、功能強大，性價比高；3、編程簡易，現(xiàn)場可修改程序；、編程簡易，現(xiàn)場可修改程序；4、配套齊全，使用方便；、配套齊全，使用方便；5、壽命長，體積小，能耗低；、壽命長，體積小，能耗低；6、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維護方便。護方便?？删幊炭刂破鞯募夹g(shù)指標可編程控制器的技術(shù)指標v基本技術(shù)性能指標有基本技術(shù)性能指標有:1I/O點數(shù)點數(shù) 如如FX系列的系列的I/O點數(shù)最多為點數(shù)最多為256。2掃描速度掃描速度 小型小型PLC的掃描時間可能大于的掃描時間可能大于40ms。3內(nèi)存容量內(nèi)存容量 小

10、型機為小型機為1KB到幾千字節(jié)，大型機則為幾十千字到幾千字節(jié)，大型機則為幾十千字節(jié)，甚至節(jié)，甚至1MB2MB?？删幊炭刂破鞯募夹g(shù)指標可編程控制器的技術(shù)指標4指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 衡量軟件功能強弱的主要指標。衡量軟件功能強弱的主要指標。5內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器 用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等。6特殊功能模塊特殊功能模塊 A/D模塊、模塊、D/A模塊、高速計數(shù)模塊、位置控模塊、高速計數(shù)模塊、位置控制模塊、定位模塊、溫度控制模塊、遠程通信模制模塊、定位模塊、溫度控制模塊、遠程通信模塊、高級語言編程、各種物理量轉(zhuǎn)換模塊等。塊、高級語言編程、各種物理量轉(zhuǎn)換模塊等。四、可

11、編程控制器的種類四、可編程控制器的種類v按按I/OI/O點數(shù)分：點數(shù)分：1 1、小型、小型PLCPLC I/O I/O點數(shù)為點數(shù)為256256點以下的為小型點以下的為小型PLCPLC （其中I/O點數(shù)小于64點的為超小型或微型PLC）2 2、中型、中型PLCPLC I/O I/O點數(shù)為點數(shù)為256256點點20482048點的為中型點的為中型PLCPLC3 3、大型、大型PLCPLC I/O I/O點數(shù)為點數(shù)為20482048以上的為大型以上的為大型PLCPLC （其中I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC）四、可編程控制器的種類四、可編程控制器的種類v按結(jié)構(gòu)形式分按結(jié)構(gòu)形式分整體式整體式

12、將電源、將電源、CPUCPU、I/OI/O接口等部件都集中裝接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低等特點。多用于小型控制系統(tǒng)中。等特點。多用于小型控制系統(tǒng)中。四、可編程控制器的種類四、可編程控制器的種類模塊式模塊式 由若干個單獨的標準模塊單元組成，由若干個單獨的標準模塊單元組成，如如CPUCPU模塊、模塊、I/OI/O模塊、電源模塊（有的含在模塊、電源模塊（有的含在CPUCPU模塊中）以及各種功能模塊等，將這些模塊安插模塊中）以及各種功能模塊等，將這些模塊安插在機架上。在機架上。五、可編程控制器的編程語言五、可編程控制器的編程語言

13、vPLC編程語言標準（編程語言標準（IEC 61131-3）中有：）中有：1梯形圖（梯形圖（LD）2順序功能圖（順序功能圖（SFC）3功能塊圖（功能塊圖（FBD） 以上以上3種為圖形編程語言種為圖形編程語言4指令表（指令表（IL）5結(jié)構(gòu)文本（結(jié)構(gòu)文本（ST） 此兩種為是文字語言。此兩種為是文字語言。五、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的應(yīng)用v自自1969年第一臺年第一臺PLC面世以來，面世以來，PLC已成為已成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器?？刂破鳌PLC與機器人、與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。自

14、動化的三大支柱。五、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的應(yīng)用v 開關(guān)量邏輯控制開關(guān)量邏輯控制 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？梢杂糜趩闻_設(shè)備，最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？梢杂糜趩闻_設(shè)備，也可用于自動生產(chǎn)線。也可用于自動生產(chǎn)線。v 運動控制運動控制 廣泛用于各類機械：金屬切削機床、金屬成型機械、廣泛用于各類機械：金屬切削機床、金屬成型機械、裝配機械、機器人、電梯等。裝配機械、機器人、電梯等。v 過程控制過程控制 對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的控制。廣泛用于輕工、化工、機械、冶金、電控制。廣泛用于輕工、化工、機械

15、、冶金、電力、建材等行業(yè)。力、建材等行業(yè)。五、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的應(yīng)用v 數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)控制 包括：四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏包括：四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算、求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算等，可以輯運算、求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算等，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。v 通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng) 主機與遠程主機與遠程I/O之間的通信、多臺之間的通信、多臺PLC之間的之間的通信、通信、PLC與其他智能設(shè)備（計算機、變頻器、數(shù)與其他智能設(shè)備（計算機、變頻器、數(shù)控裝置等）之間的通信。控裝置等）之間的通信。六、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的

16、發(fā)展v高性能、高速度、大容量發(fā)展高性能、高速度、大容量發(fā)展 為了提高為了提高PLCPLC的處理能力，要求的處理能力，要求PLCPLC具有更好具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前，有的的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前，有的PLCPLC的掃描速度可達的掃描速度可達0.1ms/k0.1ms/k步左右。步左右。PLCPLC的掃描速度的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。已成為很重要的一個性能指標。 在存儲容量方面，有的在存儲容量方面，有的PLCPLC最高可達幾十兆最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。泡存儲器或硬盤。 六、

17、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的發(fā)展v向小型化和大型化兩個方向發(fā)展向小型化和大型化兩個方向發(fā)展 小型小型PLCPLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型微型PLCPLC，最小配置的，最小配置的I/OI/O點數(shù)為點數(shù)為8 81616點，以適應(yīng)單機及小點，以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要。型自動控制的需要。 大型化是指大中型大型化是指大中型PLC PLC 向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模

18、、復雜展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制?，F(xiàn)已有系統(tǒng)進行綜合性的自動控制?，F(xiàn)已有I/OI/O點數(shù)達點數(shù)達1433614336點的點的超大型超大型PLCPLC，其使用，其使用3232位微處理器，多位微處理器，多CPUCPU并行工作和大容并行工作和大容量存儲器，功能強。量存儲器，功能強。六、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的發(fā)展v大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)與通信能力大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)與通信能力 為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控

19、制模塊、遠程I/OI/O模塊、通信模塊、通信和人機接口模塊等。和人機接口模塊等。 PLCPLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類：的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類： PLC PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLCPLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段； PLC PLC與計算機之與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信。間的聯(lián)網(wǎng)通信。 為了加強聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，為了加強聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLCPLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。訂通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 六、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的發(fā)展v增強外部故障的檢測與處理能力增強外部故障的檢測與處理能力 據(jù)統(tǒng)計資料表明：在據(jù)統(tǒng)計資料表明：在PLCPLC控制系統(tǒng)的故障中，控制系統(tǒng)的故障中，CPUCPU占占5%5%，I/OI/O接口占接口占15%15%，輸入設(shè)備占，輸入設(shè)備占45%45%，輸出設(shè)備占，輸出設(shè)備占30%30%，線路占，線路占5%5%。 前二項共前二項共20%20%故障屬于故障屬于PLCPLC的內(nèi)部故障，它可通過