ControlLogix PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題-講義1課件

1、ControlLogix PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室2011年8月 第3版林景波課程目標(biāo)1.了解自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀3.掌握ControlLogix系統(tǒng)的構(gòu)建與編程2. 了解PLC的發(fā)展與應(yīng)用通過本課程的學(xué)習(xí)達(dá)到：國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)可編程序控制器的定義: 是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì).它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算, 順序控制, 定時(shí), 計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)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., 都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體, 易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。PLC是什么？PLC-P

2、rogrammable Logic ControllerPAC -Programmable Automation ControllerPC -Programmable ControllerPLC能做什么？能源、礦業(yè)石油、煤礦、電力加工制造業(yè)化工、機(jī)械 各種生產(chǎn)線紡織、汽車、釀酒、 制藥、電子制造、木材加工印刷業(yè)特別是高速印刷行業(yè)交通運(yùn)輸民航、交通燈系統(tǒng)水處理城市供水、污水處理農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品加工畜牧業(yè)自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)、乳品加工喇III-I 聯(lián)合站喇III-I 聯(lián)合站喇140放水轉(zhuǎn)油站無游梁長(zhǎng)沖程抽油機(jī)單體連軋軋鋼機(jī)單體連軋軋鋼機(jī)熱電廠垃圾焚燒發(fā)電控制系統(tǒng)熱電廠垃圾焚燒發(fā)電控制系統(tǒng)一汽豐越聯(lián)合廠房能源計(jì)量系

3、統(tǒng)1. PLC發(fā)展及概述、PLC基本組成、工作原理；2. 電氣控制與PLC指令概述；3. 熟悉控制系統(tǒng)組成，進(jìn)行ControlLogix控制器通信連接及ControlLogix I/O模塊配置；4. ControlLogix控制系統(tǒng)開關(guān)量控制編程；5. ControlLogix模擬量采樣、整定及報(bào)警編程；6. ControlLogix控制系統(tǒng)診斷及應(yīng)急處理程序編程；7. 對(duì)各個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，完成指定功能后保存程序，驗(yàn)收、考核；8. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上交，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師批改后結(jié)合操作考核情況給出設(shè)計(jì)專題成績(jī)。課程內(nèi)容及要求中國(guó)期刊網(wǎng)搜索“PLC”命中204142005年約有19,400,

4、000項(xiàng)符合PLC的查詢結(jié)果。2009年約有64,600,000項(xiàng)符合PLC的查詢結(jié)果。2011年約有169,000,000項(xiàng)符合PLC的查詢結(jié)果。約有3,280,000項(xiàng)符合可編程控制器的查詢結(jié)果自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成控制器系統(tǒng)的大腦受控對(duì)象溫柔的羔羊傳感器系統(tǒng)的耳目穩(wěn)定性不可或缺執(zhí)行器系統(tǒng)的手腳魯棒性健康的系統(tǒng)傳感器控制器執(zhí)行器受控對(duì)象反饋控制器可編程控制器（PLC）工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）單片機(jī) 專用控制器3.抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 PLC是專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的，采用多層次的抗干擾措施，能在惡劣的環(huán)境下工作； 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾、電源波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度、濕度等的變化會(huì)使單片機(jī)或PC機(jī)無法工作。

5、4.體積小、維護(hù)方便 模塊具有自診斷功能，出現(xiàn)故障只需更換模塊，維護(hù)方便； 維護(hù)困難。5. 縮短了設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)調(diào)試的周期?？刂破魈攸c(diǎn)比較（2）DCS系統(tǒng)分散（/集散）控制系統(tǒng)（DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）DCS分為三大部分，帶I/O板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)界面（HMI）每一塊I/O板都接在I/O總線上，信號(hào)在進(jìn)入I/O板以前信號(hào)要進(jìn)行整修，如上下限的檢查、溫度補(bǔ)償、濾波；控制器：閉環(huán)運(yùn)算控制器、模擬量數(shù)據(jù)采集器和邏輯運(yùn)算器人機(jī)界面：操作站、工程師工作站、歷史趨勢(shì)站和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器 DCS由回路控制器（PID）發(fā)展而來；PLC由繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來?？刂破魈攸c(diǎn)比

6、較（3）PLC概述PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用PLC的分類PLC系統(tǒng)原理及基本組成PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(1)PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生:70年代以前的控制系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) 將繼電器,定時(shí)器, 接觸器, 按一定的邏輯關(guān)系連接起來, 組成控制系統(tǒng)例如：實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)延時(shí)，采用延時(shí)繼電器。MCSE控制系統(tǒng)演示PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(2)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 容易掌握, 價(jià)格便宜 適用于工作模式固定, 工作方式簡(jiǎn)單的場(chǎng)合缺點(diǎn): 對(duì)大系統(tǒng), 設(shè)計(jì)連線復(fù)雜, 控制柜龐大, 故障點(diǎn)多, 維修困難, 通用性/靈活性差.不支持網(wǎng)絡(luò)通訊PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(3)繼電控制

7、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法：一般設(shè)計(jì)法（經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，利用各種典型的線路環(huán)節(jié)，直接進(jìn)行控制線路設(shè)計(jì)。要求設(shè)計(jì)人員熟悉大量的控制線路，具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過反復(fù)的修改、試驗(yàn)設(shè)計(jì)出符合要求的控制線路。邏輯設(shè)計(jì)方法：利用邏輯代數(shù)進(jìn)行電氣控制線路設(shè)計(jì)，適用于較復(fù)雜的生產(chǎn)工藝所要求的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是，邏輯設(shè)計(jì)法難度較大，不易掌握。PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(4)用戶對(duì)控制系統(tǒng)的要求:現(xiàn)場(chǎng)可修改控制邏輯(編程)維修方便, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 即插件式可靠性高體積小方便系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展可以存儲(chǔ)用戶程序具有數(shù)據(jù)通訊功能PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(5)美國(guó)于60年代末期研制成功世界上第一臺(tái)可編程序控制器

8、- PLC (Programmable Logic Controller). 用以替代繼電接觸器控制. 其主要功能是執(zhí)行: 繼電器邏輯計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)等PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(6)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)可編程序控制器的定義: 是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì).它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算, 順序控制, 定時(shí), 計(jì)數(shù)和算數(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程, 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備, 都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體, 易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)目前，全世界有生產(chǎn)PLC的廠家200多家，400多

9、種品牌的PLC。 在世界范圍內(nèi)，PLC產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居各種工業(yè)控制裝置的榜首，而且市場(chǎng)需求量一直以每年15的比率上升。PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(7)世界知名的PLC生產(chǎn)廠商：美國(guó)Rockwell Automation（AllenBradely 簡(jiǎn)稱A-B）、通用電氣GE（也稱光洋、華光）、莫迪康（MODICON）、霍尼韋爾（HONEYWELL）、IPM日本歐姆龍（OMRON）、三菱（MITSUBISHI）、松下電工 （National）國(guó)內(nèi)用量較大的品牌：SIEMENS、A-B、OMRON 、MODICON歐洲德國(guó)西門子（SIEMENS）、德國(guó)金鐘（KlocknerMoeller）

10、、法國(guó)TEPLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(8)凱-北京凱迪恩 德-深圳德森威和-北京合利時(shí)全-蘭州全志嘉-南京嘉華信-無錫信捷達(dá)-臺(tái)灣臺(tái)達(dá)易-洛陽(yáng)易達(dá) 易-易控微網(wǎng)恒-威海恒日 永-臺(tái)灣永宏豐-臺(tái)灣豐偉安-北京安控 國(guó)-上海智國(guó) 蘇-北京張前蘇 天-甘肅天水 智-中山智達(dá) 箭-杭州新箭 威-湖北科威 銳 - 亞銳電子PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(8)國(guó)產(chǎn)PLC品牌發(fā)展過程：第一代使用一位機(jī)，磁芯存儲(chǔ)器，只具有單一邏輯控制功能；第二代8位微處理器，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器；第三代高性能處理器，速度大大提高；第四代16位32位高性能處理器，多處理器，多任務(wù)，F(xiàn)lash MemoryPLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(9)（

11、1）控制規(guī)模不斷擴(kuò)大（2）指令不斷增加（3）處理速度不斷提高（4）編程容量不斷擴(kuò)大（5）編程語(yǔ)言多樣化（6）通訊與網(wǎng)絡(luò)功能不斷完善（7）各種智能模板相應(yīng)推出PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(10)發(fā)展過程：發(fā)展趨勢(shì)：（1）低檔PLC向小型，簡(jiǎn)易，廉價(jià)方向發(fā)展，使之更加廣泛地取代繼電器控制系統(tǒng)（2）高檔PLC向大型，高速，多功能方向發(fā)展，在大規(guī)模，復(fù)雜系統(tǒng)中應(yīng)用（3）體系結(jié)構(gòu)開放化及通信功能標(biāo)準(zhǔn)化（4）I/O模塊智能化及專用化（5）編程組態(tài)軟件圖形化（6）發(fā)展集成技術(shù)及容錯(cuò)技術(shù)PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(11)I/O4-20 mAAnalyzer4-20 mAPLC操作站PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(1

12、2)目前，多數(shù)PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展(13)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)EthernetControlNetTMDeviceNetTMInformationDevice ControlComputer 2 Computer 1Controller4Controller3Controller1Controller2Bar Code ReadereSmart Speed ControllerPhotoelectricSensorHMIOperatorInterfaceI/OI/OPLC的分類按處理器實(shí)現(xiàn)功能按結(jié)構(gòu)形式按I/O控制容量按結(jié)構(gòu)形式分類：（1）整體式（箱體式） CPU、存儲(chǔ)

13、器、輸入、輸出在同一機(jī)體內(nèi)；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低；缺點(diǎn)：輸入輸出固定，控制規(guī)模固定，靈活性較低。（2）組合式不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能，CPU和存儲(chǔ)器在同一模板；優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)構(gòu)成靈活性高，可構(gòu)成具有不同規(guī)模的控制系統(tǒng)；缺點(diǎn)：成本較高。PLC的分類(1)按I/O容量分類（控制規(guī)模）：（1）小型I/O點(diǎn)數(shù)在256以下的PLC， 一般64點(diǎn)以下稱為微型PLC；（2）中型 I/O點(diǎn)數(shù)在256以上，2048以下的PLC（3）大型I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上的PLCPLC的分類(2)按實(shí)現(xiàn)的功能分類：（1）低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能；（2）中檔PLC除具有低檔PL

14、C的功能外，還具有較強(qiáng)的算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較功能、遠(yuǎn)程通訊、子程序、中斷和回路控制功能；（3）高檔PLC還應(yīng)具有矩陣運(yùn)算、函數(shù)、表格、CRT顯示、打印等功能?；旌闲涂刂破鰿ontrolLogixPLC的分類(3)PLC控制系統(tǒng)的基本組成電 源 模 塊編 程 設(shè) 備微處理器存 儲(chǔ) 器CPU 模塊輸 入 模 塊外 部 設(shè) 備輸 出 模 塊外 部 設(shè) 備PLC控制系統(tǒng)的基本組成(1)Allen-BradleyA-BQualityRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETR

15、XD TXD OK處理器I/O 模 板I/O 模 板I/O 模 板機(jī)架電源 ETHERNETRXD TXD OKI/O 模 板編程器輸入輸出PLC控制系統(tǒng)的基本組成(2)CPU模塊: 可編程序控制器的核心, 由微處理器和存儲(chǔ)器組成微處理器: 1) 系統(tǒng)自檢和初始化 2) 接收來自編程設(shè)備的用戶程序和 數(shù)據(jù) 3) 對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和用戶程序進(jìn)行診斷 4) 運(yùn)行用戶程序 5) 實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通訊一般用處理器的處理速度和I/O能力來說明PLC控制系統(tǒng)的基本組成(3)存儲(chǔ)器: 1) 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 (ROM, Flash ROM) 用于存儲(chǔ):操作系統(tǒng)程序用戶指令解釋程序編譯程序系統(tǒng)診斷程序通訊管理程序不可以

16、修改2) 用戶存儲(chǔ)器(RAM, EPROM, EEPROM)分為:用戶程序存儲(chǔ)器- 存儲(chǔ)用戶程序用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器- 存儲(chǔ)運(yùn)算數(shù)據(jù)PLC控制系統(tǒng)的基本組成(4)輸入/輸出模塊: PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接的接口輸入模塊: 用于接收和采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入信號(hào): 開關(guān)量輸入模塊: 直流信號(hào): 24V DC, 48V DC TTL 信號(hào) 5V DC 交流信號(hào): 110V AC, 220V AC 模擬量輸入模塊: 直流信號(hào): 4-20mA, 0-5V DCPLC控制系統(tǒng)的基本組成(5)輸出模塊: 用于向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出控制信號(hào): 開關(guān)量輸出模塊: 直流信號(hào): 24V DC, 48V DC 交流信號(hào): 110V AC,

17、 220V AC 觸點(diǎn)信號(hào): AC/DC 模擬量輸出模塊: 直流信號(hào): 4-20mA, 0-5V DC PLC控制系統(tǒng)的基本組成(6)特殊模塊: (智能模塊) 熱電阻輸入: Pt (鉑電阻) 熱電偶輸入: mV 高速計(jì)數(shù)(脈沖輸入) 脈沖流量計(jì) 稱重 注塑 定位模塊 ASCII/BASIC 模塊 通訊模塊 (ModBus, Profilbus) PLC控制系統(tǒng)的基本組成(7)編程設(shè)備: 用于輸入, 檢查, 修改, 調(diào)試 用戶程序. 在線監(jiān)視PLC系統(tǒng)的工作狀態(tài)電源模塊: 將交流或直流電源轉(zhuǎn)換成供PLC系統(tǒng)工作的電源(通過機(jī)架的基板供電) 外掛式或機(jī)架內(nèi)安裝編程器PC機(jī)+編程軟件 專用編程器Allen-BradleyA-BQualityRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKRUN REM PROGLogix5555RUNOKRS232BATI/O ETHERNETRXD TXD OK ETHERNETRXD TXD OKPLC的基本工作原理(1)基本工作原理性PLC系統(tǒng)在上電并處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),開始進(jìn)行輸入掃描輸入掃描: 將輸入模塊的當(dāng)前狀態(tài)讀取到 CPU 的輸入映象表中, 以備程序掃描上電及內(nèi)部處