plc应用技术

1PLC应用技术应用技术北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院 康存锋康存锋2第第1章章 概述概述1.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.1 可编程控制器的定义可编程控制器的定义 1.1.2 可编程控制器的发展可编程控制器的发展 1.1.3 可编程控制器的现状可编程控制器的现状 1.1.4 可编程控制器的展望可编程控制器的展望 1.2 可编程控制器概述可编程控制器概述 1.2.1 顺序控制系统基础顺序控制系统基础 1.2.2 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 1.2.3 可编程控制器的功能和性能可编程控制器的功能和性能 1.2.4 可编程控制器与其它系统的比较可编程控制器与其它系统的比较31.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.1 可编程控制器的定义可编程控制器的定义 定义：定义： 美国电气制造商协会(NEMA: National Electrical Manufacturers Association): 可编程控制器是一种数字式 电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并 实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等 功能，实现对各种机械或生产过程的控制。 国际电工委员会(International Electrical Committee):是 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作 的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在 其内部存储执行逻辑运算、顺序运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围 设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易 于扩展其功能的原则而设计。41.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.1 可编程控制器的定义可编程控制器的定义 特点 （1）专门为工业恶劣环境下的应用而设计 的电子装置； （2）通过编程的方法实现所需的各种运算 功能； （3）与外部设备连接并进行信息交换；51.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展可编程控制器的发展 可编程控制器的产生（1）编程简单，可现场修改程序； （2）维修方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制盘； （5）数据可直接送入管理计算机； （6）成本可与继电器控制盘竞争； （7）输入为市电； （8）输出为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触 器、电磁阀； （9）扩展时原系统改变最少； （10）用户存储器大于4KB；61.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展可编程控制器的发展 可编程控制器的发展与计算机技术计算机技术、半半 导体集成技术导体集成技术、控制技术控制技术、数字技术数字技术、 通讯网络技术通讯网络技术等高新技术的发展息息相 关。 从控制功能上来分，可编程控制器的发 展大概经历下列五个阶段。71.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（硬件）可编程控制器的发展（硬件） 初创阶段初创阶段 （20世纪世纪70年代中期以前）年代中期以前） 功能：逻辑运算和计时、计数运算；它的CPU 由中小规模数字集成电路组成，控制功能简单。 产品： Modicon 084 Allen-Brandley PDQ-II DEC PDP-14 日立公司 SCY-022 富士电机 USC-4000 主要完成逻辑运算功能，被称为可编程控制器 （Programmable Logic Controller, PLC)81.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（硬件）可编程控制器的发展（硬件） 扩展阶段（扩展阶段（20世纪世纪70年代中期到年代中期到70年代末期）年代末期） 增加的功能：数据的传送、数据的比较和运算、模拟 量的运算等功能。 发展： （1）由可编程控制器发展而来的控制器，主要用于逻 辑控制，并扩展了其他运算功能。称为可编程逻辑控 制器。 （2）由模拟仪表发展而来的控制器，主要用于模拟量 控制，并扩展了逻辑运算功能。称为单回路控制器或 多回路控制器。 产品： Modicon 184 284 384 西门子SIMATIC S3系列 富士电机 SC系列91.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（硬件）可编程控制器的发展（硬件） 通讯阶段（通讯阶段（20世纪世纪70年代末期到年代末期到80年代中期）年代中期） 形成了分布式通信网络体系。 由于需求量增加，产品功能得到发展，数学运 算功能也有较大扩充；同时产品可靠性得到提 高。 产品： Gould M84 M884 西门子SIMATIC S4系列 富士电机 Micro系列 德州仪器公司 TI530101.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（硬件）可编程控制器的发展（硬件） 开放阶段（开放阶段（20世纪世纪80年代末期到年代末期到90年代中期）年代中期） 国际标准化组织提出了开放系统互连参考模型， PLC的开放功能得到了发展。 功能：CRT显示，通信，高级编程语言。 产品： Allen-Brandley PLC-5 西门子SIMATIC S5系列 Modicon Quantum系列 三菱 AnA、QnA系列 Omron C200H系列、CV系列111.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（硬件）可编程控制器的发展（硬件） 标准和集成阶段（标准和集成阶段（20世纪世纪90年代中期开始）年代中期开始） IEC发布了可编程控制器的标准草案，尤其是标准编程 语言的颁布，使可编程控制器获得飞跃发展。软件模 型的颁布是该阶段的重要标志。采用标准编程语言的 软件系统使第三方的软件移植变得方便。 各种控制集成在一个软件平台上，采用一个数据库等。 产品： Rockwell ControlLogix5500 通用电气公司 RX系列 和利时 HOLLiAS G3系列 浙大中自 Suny Tech系列 凯迪恩 KDN-K3系列121.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（编程语言）可编程控制器的发展（编程语言） 标准化语言的发展标准化语言的发展 由以下三方面发展而来： （1）传统可编程控制器语言。梯形图（电气逻辑图）和 指令表（汇编语言）。 （2）工控软件公司开发的编程语言。以德国KW软件公司 的Multiprog和Infoteam软件公司的PDAT等为代表开发的 编程语言吸取了各编程控制器制造商的编程语言特点， 在开发中形成了一套新的国际编程语言标准。 （3）基于工业PC的软逻辑PLC。软逻辑PLC是在PC平台 运行Windows操作环境下，用软件实现可编程控制器的 功能。编程语言的软件运行于PC环境称为软逻辑PLC。 它构成开放的应用系统，能够方便地与来自不同制造商 的各种输入/输出设备、现场总线、PC和控制网络实现 无缝集成。开放的软件环境使编程语言成为重要的条件， 由此而开发了新型的编程软件。如德国3S公司的 CoDeSys。131.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（编程语言）可编程控制器的发展（编程语言） 标准编程语言标准编程语言 三大地域：北美、欧洲和日本 IEC61131-3的制定是美国、加拿大、欧洲（主 要是德国和法国）以及日本等7家国际性工业控 制企业的专家和学者智慧的结晶，它浓缩了数 十年工控方面的实战经验。 （1）北美和日本：梯形图。 （2）欧洲：顺序功能图和功能块图。 （3）德国和日本：指令表。 现代软件概念和软件工程技术的发展推动了标 准编程语言的发展。141.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（编程语言）可编程控制器的发展（编程语言） IEC61131-3标准标准 将信息技术领域的先进思想和技术（软件 工程、结构化编程、模块化编程、面向对 象的思想及网络通信技术等）引入工业控 制领域，弥补或克服了传统可编程控制器、 DCS等控制系统的弱点（如开放性差、兼 容性差、应用软件可维护性差以及可再用 性差等）。151.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（编程语言）可编程控制器的发展（编程语言） IEC61131-3标准的特点标准的特点 软件模型从结构上解决了多任务问题。传统PLC软件模型：1个资源、执行1个任务、 控制1个程序、运行在一个封闭的系统中。 IEC61131-3标准软件模型的最上层是配置，它 包括硬件装置、处理器资源、输入/输出通道存 储地址和系统能力。161.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（可编程控制器的发展（PLCOpen组织）组织） TC1（Technical Committee） 致力于标准的制定，主要工作包括IEC61131-3 标准的勘误和修改、与IEC的合作和开发、对标 准版本的修订等。 TC2 致力于功能块库的定义和协调功能块的调用。 TC3 致力于认证工作。由于IEC61131-3仅提供制定 编程语言一致性的基本规则，并没有为用户提 供实际编程系统的导则。该委员会制定一致性 测试的定义和进行测试。171.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.2 可编程控制器的发展（可编程控制器的发展（PLCOpen组织）组织） TC4 致力于通信，包括通信界面、与附加软件的接口、应用 交换格式、与Profibus和CAN等现场总线的映像等。 TC5 致力于安全。它支持安全编程技术，集中于安全相关系 统的功能安全性研究，包括IEC标准的使用指南、安全 运行的基础、与功能块的结合等。 TC6 致力于XML（Extended Markup Language）语言的研究。 它规定了IEC61131-3标准XML格式，包括对图形信息的 表示、与其他开发工具的界面、功能块库分布等，它使 编程环境成为开放系统环境。181.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.3 可编程控制器的现状可编程控制器的现状 从机械制造行业的应用向各行各业的应用拓展 2011年全球达85亿美元。 从顺序逻辑控制向过程控制冗余、安全系统、 批量控制等功能发展，从而扩展了它的应用领 域。 开发出新一代的结合PC功能和可编程控制器可 靠性的工业控制器，即可编程自动化控制器 （PAC）。 可编程控制器供应商正在向用户提供开放式的 编程组态工具软件，开放的通信网络技术得到 突破，使可编程控制器融入更开放的工业控制 应用领域。191.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.4 可编程控制器的展望可编程控制器的展望 向大型化发展向大型化发展 （1）应用领域越来越广泛； （2）与DCS、FCS、SCADA的相互渗透； （3）可编程自动化控制器； （4）向CIMS、CIPS方向发展； （5）硬件性能的发展； （6）软件功能的发展。201.1 可编程控制器的发展和标准可编程控制器的发展和标准 1.1.4 可编程控制器的展望可编程控制器的展望 可编程自动化控制器（可编程自动化控制器（PAC）（1）具有多范畴、多领域的功能性；支持在单一平台里 包含逻辑、运动、驱动和过程控制等至少两种以上的功 能，因此，在一个平台上可实现包括逻辑和顺序控制、 运动控制、传动控制和过程控制的功能。 （2）具有单一多专业的开发平台，运用公用的对象标签 和统一的数据库，访问所有参数和功能。 （3）具有开放、模块化体系结构。适用于从工厂自动化 到流程工