基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)(一)

基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)七月23

Content01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介PLC的概念國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)“可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！盤rogrammablelogicControllerPLC的概念PC主機(jī)PLC帶上位軟件的服務(wù)器工業(yè)平板電腦工業(yè)觸摸屏PLC的概念PLC在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的位置泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系分為“云、管、邊、端”四個(gè)層面。所謂的“云”是指物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)云，“管”則是指管理服務(wù)、通訊方式，“邊”是指邊緣計(jì)算，“端”則涵蓋了智能傳感、智能終端和智能設(shè)備。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)Content01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介行業(yè)背景介紹世界上第一臺(tái)PLC

1968年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新的局面，以求在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，發(fā)布公開招標(biāo)，首次啟動(dòng)了PLC的研發(fā)。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）成功研制出了世界上第一臺(tái)可編程邏輯控制器，在GM公司汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)自動(dòng)化控制的新時(shí)代。PLC的問世，為通用汽車的崛起提供了不可忽視的巨大助力。行業(yè)背景介紹我國(guó)的PLC產(chǎn)業(yè)概況1977年，我國(guó)研制出第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)已涌現(xiàn)出多家具有實(shí)力的PLC制造商，如：北京和利時(shí)臺(tái)灣臺(tái)達(dá)無錫信捷洛陽(yáng)易達(dá)南京嘉華蘭州全志廣州科賽恩行業(yè)背景介紹世界PLC的三大流派

01美系羅克韋爾、AB、GE、莫迪康（MODICON）、德州儀器（TI）、歌德（GOULD）、西屋02歐系西門子、施耐德、菲尼克斯、AEG、法國(guó)TI03日系三菱、歐姆龍、FUJIContent01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介PLC的特點(diǎn)通用性強(qiáng)，適用于各種規(guī)模、各類行業(yè)；功能強(qiáng)大，適應(yīng)面廣；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；控制程序可變，具有良好的柔性；設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量極少；體積小、重量輕、功耗低。PLCPLC集三電(電控、電儀、電傳)為一體，性價(jià)比高、可靠性高，已成為自動(dòng)化工程的核心設(shè)備。作為工業(yè)自動(dòng)化的一種典型應(yīng)用，PLC最初是做為取代繼電器線路、進(jìn)行順序控制為主而產(chǎn)生的，后來PLC廠家逐步增加了模擬量運(yùn)算、PID功能以及更可靠的工業(yè)抗干擾技術(shù)等功能，并隨著網(wǎng)絡(luò)化的需求增加了各種通信接口，同時(shí)伴隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC現(xiàn)已成為工業(yè)控制三大支柱(CAD/CAM、ROBOT、PLC)之一，得到廣泛應(yīng)用。PLC的特點(diǎn)Content01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介PLC的功能邏輯控制功能定時(shí)控制功能計(jì)數(shù)控制功能步進(jìn)控制功能數(shù)據(jù)處理功能回路控制功能通訊聯(lián)網(wǎng)功能監(jiān)控功能停電記憶功能故障診斷功能1、邏輯控制功能PLC的功能邏輯控制功能是PLC最基本的功能之一，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制，在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動(dòng)生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用案例，例如：機(jī)床電氣控制；自動(dòng)化港口大機(jī)控制；皮帶運(yùn)輸機(jī)控制；飲料灌裝生產(chǎn)線控制；造紙、軋鋼、汽車等自動(dòng)化生產(chǎn)線控制；2、定時(shí)控制功能PLC的功能定時(shí)控制功能也是PLC最基本的功能之一。

PLC內(nèi)置了許多定時(shí)器，功能類似于繼電器系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器。

定時(shí)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。

PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)控制。例：當(dāng)VB1171>0時(shí)，觸發(fā)T38計(jì)時(shí)器；觸發(fā)40*100ms后，進(jìn)行一次性賦值操作VW46=1。3、計(jì)數(shù)控制功能PLC的功能

PLC為用戶提供計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器累積到某一閾值，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。

計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改。

計(jì)數(shù)器功能多用于產(chǎn)線自動(dòng)計(jì)件、運(yùn)動(dòng)頻率計(jì)算等場(chǎng)景。4、步進(jìn)控制功能PLC的功能通過PLC向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出具有一定數(shù)量和頻率的脈沖信號(hào)。用脈沖的數(shù)量來控制角位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；用脈沖的頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，達(dá)到調(diào)速的目的。

步進(jìn)電機(jī)作為一種控制用的特種電機(jī)，由于不存在累積誤差，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。數(shù)字量5、數(shù)據(jù)處理功能PLC的功能

PLC具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)位移、進(jìn)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等。中大型PLC的數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、取余、PID運(yùn)算等復(fù)雜運(yùn)算。

工業(yè)控制涉及的四個(gè)數(shù)據(jù)類型：開關(guān)量脈沖量數(shù)字量模擬量開關(guān)量脈沖量23120圖3：一天當(dāng)中某診室就診病人的年齡分布圖1：開關(guān)元件圖2：脈沖波形圖模擬量23120圖4：一天當(dāng)中氣溫的變化6、回路控制功能PLC的功能

PLC的回路控制分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制控制單元向受控單元發(fā)送控制指令，受控單元執(zhí)行指令后，自身（其他開關(guān)、智能儀表）不反饋執(zhí)行結(jié)果。閉環(huán)控制控制單元向受控單元發(fā)送控制指令，受控單元執(zhí)行指令后，自身（其他開關(guān)、智能儀表）向控制單元反饋執(zhí)行結(jié)果?？刂茊卧鶕?jù)結(jié)果和目標(biāo)之間的偏差，自動(dòng)進(jìn)行調(diào)校、整定，直至達(dá)到目標(biāo)。PID控制是一種典型的閉環(huán)控制，在工控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。PID控制原理圖開環(huán)控制原理圖P：比例調(diào)節(jié)I：積分調(diào)節(jié)D：微分調(diào)節(jié)即時(shí)調(diào)節(jié)滯后調(diào)節(jié)提前調(diào)節(jié)7、通訊聯(lián)網(wǎng)功能PLC的功能

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。PLC組網(wǎng)案例8、監(jiān)控功能PLC的功能

PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，通過編程器或監(jiān)視器，可對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

利用編程器，可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，或者改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)整和維護(hù)提供極大方便。通過狀態(tài)圖表對(duì)寄存器監(jiān)視和修改對(duì)程序運(yùn)行情況直接監(jiān)視和修改9、停電記憶功能PLC的功能

PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器所使用的RAM設(shè)置了斷電保持器件，其原理是斷電后自動(dòng)切換到內(nèi)置電池或超級(jí)電容，保障RAM的電源供應(yīng)。

通過某些記憶指令，可以對(duì)I/O端子或寄存器的工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持?jǐn)嚯姾驪LC的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC電源恢復(fù)后，會(huì)在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。10、故障診斷功能PLC的功能

PLC可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、硬件（擴(kuò)展模塊）狀態(tài)、指令的合法性（語(yǔ)法錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤等）進(jìn)行自我診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。

PLC的故障診斷功能，大大提高了控制系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性。Content01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介梯形圖LD順控圖SFC功能模塊圖FBD語(yǔ)句表IL結(jié)構(gòu)文本ST編程語(yǔ)言PLC的五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：圖形化語(yǔ)言文本語(yǔ)言編程語(yǔ)言梯形圖LD梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為PLC的第一編程語(yǔ)言。沿襲了繼電器控制電路的形式，是在常用的繼電器與接觸器控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化演變而來的，具有形象、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，電氣技術(shù)人員容易接受。梯形圖編程語(yǔ)言順控圖SFC初始步步1步2步3條件1條件2條件3條件4順控圖是將一個(gè)完整的控制過程分為若干階段，各階段完成不同的任務(wù)，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，滿足轉(zhuǎn)換條件就能實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段結(jié)束，下一階段開始。順控圖編程語(yǔ)言功能塊圖FBD功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語(yǔ)言，用類似與門、或門、非門、異或門、與或門這樣的邏輯門來表示變量之間的邏輯關(guān)系。方塊左側(cè)為輸入變量，右側(cè)為輸出變量，信號(hào)自左向右流動(dòng)。功能塊圖表達(dá)式：Q0.0=(I0.0+Q0.0)*I0.1編程語(yǔ)言語(yǔ)句表語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言，用一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá)PLC的各種指令。同一廠家的PLC產(chǎn)品，其語(yǔ)句表語(yǔ)言與梯形圖語(yǔ)言是相互對(duì)應(yīng)的，必要時(shí)可互相轉(zhuǎn)換。語(yǔ)句表語(yǔ)言常用于手持編程器中，梯形圖語(yǔ)言則多用于計(jì)算機(jī)編程環(huán)境。語(yǔ)句表語(yǔ)句表IL編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)文本（StructuredText）是一種高級(jí)語(yǔ)言，具有結(jié)構(gòu)化的編程方式，語(yǔ)法與PASCAL類似。結(jié)構(gòu)文本結(jié)構(gòu)文本STContent01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介PLC的組網(wǎng)33PLC的組網(wǎng)方式集中式組網(wǎng)方式遠(yuǎn)程式分布式項(xiàng)目規(guī)模比較小，設(shè)備離機(jī)房比較近，CPU和I/O集中安裝。設(shè)備離機(jī)房較遠(yuǎn)，將I/O模塊部署在設(shè)備就近位置，遠(yuǎn)程連接CPU模塊。設(shè)備運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，彼此之間沒有任務(wù)關(guān)聯(lián)，一般采用分布式。PLC的組網(wǎng)34PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫負(fù)浣Y(jié)構(gòu)一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其他均為從節(jié)點(diǎn)；主節(jié)點(diǎn)共享，任何兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)之間的通信必須通過中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。星型每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是端節(jié)點(diǎn)，且具有中繼作用；任意兩節(jié)點(diǎn)的通信經(jīng)多次轉(zhuǎn)發(fā)完成。環(huán)型共享總線，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可以直接通信，無須轉(zhuǎn)發(fā)。總線型Content01PLC的概念02行業(yè)背景介紹03PLC的特點(diǎn)04PLC的功能0506編程語(yǔ)言07PLC的組網(wǎng)閥門控制簡(jiǎn)介閥門控制簡(jiǎn)介36閥門的作用：開閉管路控制介質(zhì)流向調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量等參數(shù)閥門的分類標(biāo)準(zhǔn)：按作用和用途分類按公稱壓力分類按工作溫度分類按驅(qū)動(dòng)方式分類按公稱通徑分類按結(jié)構(gòu)特征分類按連接方法分類按閥體材料分類閥門控制簡(jiǎn)介37雙作用氣動(dòng)截止閥常見閥門的組成介質(zhì)流通的通道，閥體內(nèi)部的閥芯負(fù)責(zé)通道的開啟、關(guān)閉、調(diào)節(jié)開度。閥體負(fù)責(zé)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力傳遞給閥芯。常見形式為傳動(dòng)桿、聯(lián)軸器。傳動(dòng)部件（傳動(dòng)桿）為閥門動(dòng)作提供驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)、氣動(dòng)、轉(zhuǎn)盤（手柄）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（氣缸）閥門控制簡(jiǎn)介38氣缸的內(nèi)部構(gòu)造活塞高壓氣源管道高壓氣源管道AB氣缸剖面閥門控制簡(jiǎn)介39氣缸的內(nèi)部構(gòu)造活塞AB氣缸剖面高壓氣源管道高壓氣源管道閥門控制簡(jiǎn)介40氣缸的內(nèi)部構(gòu)造活塞高壓氣源高壓氣源AB閥門控制簡(jiǎn)介41兩位五通電磁閥“兩位”是指閥芯