第四章可編程序控制器

第四章可編程序控制器第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日十七大報(bào)告詳解中的敘述對(duì)工業(yè)制造業(yè)而言,信息技術(shù)改造生產(chǎn)制造過程及裝備,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息化：推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE/CAPP以及并行工程、虛擬設(shè)計(jì)制造等先進(jìn)技術(shù)，包括數(shù)控（CNC）、可編程序控制（PLC）、分布式控制（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制（FCS）、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)（FMC、FMS）等先進(jìn)加工控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，推廣精益生產(chǎn)、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造。第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的市場(chǎng)規(guī)模第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日推薦的教材現(xiàn)代電氣控制技術(shù)北京郵電大學(xué)出版社可編程序控制器原理與設(shè)計(jì)清華大學(xué)出版社PLC教程人民郵電出版社ControlLogix系統(tǒng)實(shí)用手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社深入淺出西門子S7-200PLC北京航天航空大學(xué)出版社ProgrammableControllersTheoryandImplementation第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC在系統(tǒng)中的位置第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的產(chǎn)生1968年，美國(guó)通用汽車公司（GM公司）。擬訂了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求：①編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；②維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；③可靠性高于繼電器控制裝置；④體積小于繼電器控制盤；⑤數(shù)據(jù)可直接送入中央控制系統(tǒng)；⑥成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)；⑦系統(tǒng)適用于工業(yè)環(huán)境；⑧輸出為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器等；⑨擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最少；⑩編程簡(jiǎn)單，可被現(xiàn)場(chǎng)人員所理解。

第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的產(chǎn)生1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺(tái)可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PC）。PLC：ProgrammableLogicControllerPC：PersonnelComputerPLD：ProgrammableLogicDevice第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的發(fā)展1.70年代初期：可編程序控制器僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些功能，因此稱為可編程序邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC。2.70年代中期：

70年代后隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應(yīng)用，PLC還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的發(fā)展3.80年代以后隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。4.近年來PLC發(fā)展迅速具備了計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大技術(shù)支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的未來--PAC

自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的發(fā)展趨勢(shì)，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統(tǒng)的功能，而同時(shí)一種新興的技術(shù)——可編程自動(dòng)化控制器（PAC）的出現(xiàn)，開始改變PLC市場(chǎng)格局。

IEC61131-3是可編程序控制器的編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機(jī)制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結(jié)合，使它在工業(yè)控制領(lǐng)域的影響越出PLC的界限，成為DCS、運(yùn)動(dòng)控制以及SCADA的編程系統(tǒng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的主要生產(chǎn)廠家歐洲：Siemens、SchneiderElectric（Modicon）；美國(guó)：A-B（Allen-Bradly）、

GE（GeneralElectric）；日本：MitsubishiElectric、

OMRON、FUJI；中國(guó)：和利時(shí)，德維森等小型PLC第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日可編程邏輯控制器定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日按照I/O點(diǎn)數(shù)分類

第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的應(yīng)用領(lǐng)域邏輯控制過程控制運(yùn)動(dòng)控制數(shù)據(jù)采集與處理通信與聯(lián)網(wǎng)第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC基本組成第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程軟件第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的硬件結(jié)構(gòu)第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的硬件結(jié)構(gòu)第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日Logix5550CPU外觀第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日內(nèi)存第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用內(nèi)存第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日I/O接口單元交流、直流輸出、輸出數(shù)字量、模擬量第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日I/O接口單元外形圖Allen-BradleyDCANALOGINPUT6PT19.2–30VDC2APILOTDUTY(DC–13/SQ)14!!mA@24VDC#*0mA@5.1VDCMADEINU.S.ACAT.NO./SERIES1756-OF6VI/APART.NO.96195274A01*1756-OB16D/A**ST1BV9WC*SER.NO.C0005418ControlLogix03/99CAT.REVE01SERIESF/WREV.A2.3第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日直流開關(guān)量輸入模塊接線第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日直流開關(guān)量輸入電路第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日NPN和PNP輸入開關(guān)第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日與直流輸入模塊的連接第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日交流開關(guān)量輸入模塊接線第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日交流開關(guān)量輸入電路第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日開關(guān)量輸出電路繼電器、晶體管、晶閘管繼電器：交流220V或直流24V負(fù)載；驅(qū)動(dòng)電流2A，低速，使用壽命短晶體管：直流24V；驅(qū)動(dòng)電流0.2A，高速，使用壽命長(zhǎng)晶閘管：交流220V；驅(qū)動(dòng)電流0.2A，高速，使用壽命長(zhǎng)第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日模擬量輸入模塊標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入熱電偶熱電阻第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日模擬量輸出模塊第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日I/O模塊選型實(shí)例1756-OB16DSuffix–(Diagnostic,ElectronicFusing,IndividuallyIsolated,VoltageOnly,CurrentOnly,etc.)NumberofPointsorChannelsAforAC,BforDC,FforFastResponseAnalogIorOforInputorOutput第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC執(zhí)行過程第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日主設(shè)備依次掃描所連接的從設(shè)備，采集所需數(shù)據(jù)影響效率的因素:網(wǎng)絡(luò)傳輸速率從設(shè)備數(shù)量以及傳輸數(shù)據(jù)量適用的結(jié)構(gòu):主/從適用的連接:一對(duì)一,一對(duì)多數(shù)據(jù)交換方式之一:輪循第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日ControllerDrive1SensorDrive3Drive2DataAcquisitionHMI數(shù)據(jù)交換方式:輪循AnalogI/O第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用內(nèi)存第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日輸入映像（Map）第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日輸出映像(map)第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日一個(gè)內(nèi)存編址實(shí)例第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日整個(gè)循環(huán)掃描過程第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日可編程控制器的中斷處理問題：輸入延時(shí)輸出延時(shí)不同事件的重要性第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日中斷解決方案立即輸入和立即輸出指令I(lǐng)/O中斷定時(shí)中斷出錯(cuò)程序中斷初始化中斷通信中斷第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日中斷處理

PLC中關(guān)于中斷的處理方法與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，如當(dāng)有中斷申請(qǐng)信號(hào)后，系統(tǒng)要中斷正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序；當(dāng)有多個(gè)中斷源時(shí)，系統(tǒng)將按中斷的優(yōu)先級(jí)，先后順序排隊(duì)處理；系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定中斷允許或中斷禁止等。第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC的基本性能指標(biāo)一、輸入輸出點(diǎn)數(shù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)（I/O點(diǎn)數(shù)）：輸入、輸出接線端的個(gè)數(shù)。二、掃描速度執(zhí)行1000條基本布爾指令所需的時(shí)間來衡量，單位為毫秒/千步。三、存儲(chǔ)器容量

PLC的存儲(chǔ)容量一般指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。通常用“字”來描述。第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日PLC基本性能指標(biāo)五、可靠性和使用條件可靠性指標(biāo)：MTBF（平均無故障時(shí)間）MTTR（平均故障修復(fù)時(shí)間）六、編程語言第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程語言

IEC61131-3規(guī)定了兩大類編程語言：文本化編程語言和圖形化編程語言。前者包括指令表語言（InstructionList，簡(jiǎn)稱IL）和結(jié)構(gòu)化文本語言（StructuredText，簡(jiǎn)稱ST），后者包括梯形圖語言（LadderDiagram，簡(jiǎn)稱LD）、功能塊語言（FunctionBlockDiagram，簡(jiǎn)稱FBD）和順序功能圖（SFC）。第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程語言1.指令表語言IL指令表語言是一種流行于歐洲和日本的低級(jí)語言，類似與計(jì)算機(jī)的匯編語言。一般可以和梯形圖語言互相轉(zhuǎn)換0LDX4001OUTY4302LDIX4013OUTM1004OUTT4505K196LDT4507OUTY430第四十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程語言2.結(jié)構(gòu)化文本語言ST結(jié)構(gòu)文本程序的格式:采用類似BASIC高級(jí)語言的編程方法,比較容易完成復(fù)雜的算法.IF(xxx)THENYYYELSEZZZENDIF第四十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程語言3.梯形圖語言LD梯形圖程序的組成:指令

–輸入/輸出指令梯級(jí)

–由一組輸入和一個(gè)輸出指令組成程序

–由多個(gè)不同的梯級(jí)組成梯形圖程序的工作原理:掃描特定梯級(jí)的輸入指令,決定輸出指令的動(dòng)作(從左到右)從第一級(jí)程序掃描到最后一級(jí)(從上到下)輸入(條件)指令輸出指令()

梯級(jí)(RUNG)()第五十頁，共五十二頁，2022年，8月28日編程語言4.功能塊語言FBD功能塊圖形編程(FBD)–是一種圖形化控制語言.程序是由各功能塊按應(yīng)用要求的方式相連接構(gòu)成.常用于各控制單元間大數(shù)據(jù)流的應(yīng)用,例如過程控制.在功能塊圖形編程中