PLC技术与应用 教学课件 ppt 作者 李建兴 1

李建兴 陈 炜 马 莹 编著 （ PPT制作：马 莹 ） 机械工业出版社出版 2011,PLC技术与应用,第一章 PLC基础知识,学习说明： 本章是学习PLC的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重点掌握：什么是PLC？PLC与其它控制装置的区别？PLC的工作机制？ 本章内容： 1.1 概述 1.2 PLC系统与继电器系统比较 1.3 PLC组成 1.4 PLC工作原理 1.5 PLC特点与分类 1.6 PLC的发展趋势,1.1 概述 1.1.1 什么是PLC？,可编程序控制器（Programmble Controller）简称PC或PLC 是一种工业控制装置 PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为 以微处理器 为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置,1.1 概述 1.1.1 什么是PLC？, 定义 国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和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外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。,1.1 概述 1.1.1 什么是PLC？, 区别于一般微机控制系统 区别于传统控制装置 近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展, 世界上第一台PLC 1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功 背景： 1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点 继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜； 计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难； 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,70年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） 70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能 80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,近年来PLC发展迅速 PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。 PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。 在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,PLC三大流派 自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。 欧洲：西门子（Siemens）； 法国的TE（Telemecanique） 美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（General Electric） 日本：三菱电机（Mitsubishi Electric）、 欧姆龙（OMRON）、 FUJI （日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜） 目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,我国PLC发展情况 在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。 我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。 在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,我国PLC发展情况 目前，国内PLC生产厂家有30余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLC应用的技术人员准备加入到小型PLC开发的行列。但在目前上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。 从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。 面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,中国PLC市场,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,PLC品牌分布情况的原因： 产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然AB拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。 中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。 行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,PLC市场研究报告表明： 作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达31亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1。 在按照I/O数量划分的市场总量中，小型PLC（256点以下）的市场巨大，占据市场总额的64，而国产PLC的市场贡献恰恰就在小型PLC的市场中。,1.1 概述 1.1.2 PLC的产生与发展,相关词汇：可编程自动化控制器 （Programmable Automation Controller，PAC） PAC源自于ARC咨询集团市场调查公司，认为： “PLC相当活跃，而且发展良好，具很强的生命力。然而，PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发，以迎合市场和特殊用户的需求。功能的增强促使了新系列的系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、具多领域功能、通用的开放平台以及高性能” 。,1.1 概述 1.1.3 PLC的应用领域,目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。 从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面： 开关量逻辑控制 运动控制 过程控制（PID闭环控制 ） 数据处理 通信联网（构成DCS、FCS系统）,1.1 概述 1.1.3 PLC的应用领域,PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。 值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展,1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较 1.2.1 电器控制系统组成,1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较 1.2.2 PLC控制系统组成,1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较 1.2.3 PLC等效电路,例：三相异步电动机单向运行电器控制系统,输入设备,输出设备,1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较 1.2.3 PLC等效电路,三相异步电动机单向运行PLC控制系统,1.2 P LC控制系统与电器控制系统的比较 1.2.4 PLC控制系统与电器控制系统的区别,控制方法上： 硬 ： 软 工作方式上： 并行工作方式 ： 串行工作方式 控制速度上： 速度 慢 ： 快 定时和计数控制上： 精度 低 ： 高 可靠性和可维护性上： 可靠性 低 ： 高,1.3 P LC组成 1.3.1 PLC组成概述, PLC的基本组成与一般的微机系统类似： 是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机 PLC的基本组成包括硬件与软件两部分 PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、 输出接口、通信接口、电源等 PLC的软件：系统程序和用户程序,1.3 P LC组成 1.3.1 PLC组成概述,编程器,写入器,电 源,输入单元,输出单元,CPU,通信接口,扩展接口,存储器,1.3 P LC组成 1.3.2 PLC中的CPU及作用, PLC中常采用的CPU有三类： 1) 通用微处理器（如Z80、8086、80286等） 2) 单片微处理器（如8031、8096等） 3) 位片式微处理器(如AMD29W等) 小型PLC：大多采用8位通用微处理器和单片微处理器 中型PLC：大多采用16位通用微处理器或单片微处理器 大型PLC：大多采用高速位片式微处理器（32位） 小型PLC为单CPU系统，中、大型PLC则大多为双CPU或多CPU系统。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位、16位或32位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。,1.3 P LC组成 1.3.2 PLC中的CPU及作用,CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：,1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据,2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等,3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据,4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入 存储器中,5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接 口实现控制、制表打印或数据通讯等功能,1.3 P LC组成 1.3.3 PLC中的存储器及作用,存储器的作用： 在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据 存储器的类型： 可读/写操作的随机存储器RAM 只读存储器ROM、PROM、EPROM和