化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第16章可编程控制器PPT优秀课件.ppt

化工仪表及自动化化工仪表及自动化第十六章第十六章 可编程控制器可编程控制器 内容提要内容提要n可编程控制器概述可编程控制器概述n可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)的发展过程的发展过程n可编程控制器的功能与特点可编程控制器的功能与特点n可编程控制器的基本构成及工作原理可编程控制器的基本构成及工作原理n可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成n可编程控制器的软件系统可编程控制器的软件系统n可编程控制器的分类可编程控制器的分类1内容提要内容提要nOMRON C 系列系列 PLCn简介简介nOMRON PLCOMRON PLC指令指令n应用实例应用实例n水箱液位控制水箱液位控制n变量越限机警控制变量越限机警控制n自动包装机控制自动包装机控制2第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n 可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置,由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操作性n 可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应用而设计,有较强的抗干扰能力n 可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为 DCS控制系统的一部分 3第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n一、可编程控制器一、可编程控制器 (PLC)的发展过程的发展过程n1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。

n从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推广使用n20世纪80年代末, PLC技术已经很成熟,并从开关量逻辑控制扩展到计算机数字控制(CNC等)领域n近年生产的PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制一体化方向发展4第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述n二、可编程控制器的功能与特点二、可编程控制器的功能与特点 1. 1. 1. 1.可编程控制器的功能可编程控制器的功能可编程控制器的功能可编程控制器的功能 PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制，且配置了计数器、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能，同时可以完成各种类型的计数要求 PLC具有了A/D、D/A转换的功能,丰富了控制手段和控制范围 PLC有了较强的通信功能,可以组成PLC控制的计算机网络5第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 2. 2. 2. 2.可编程控制器的特点可编程控制器的特点可编程控制器的特点可编程控制器的特点üü 控制程序可编程控制程序可编程控制程序可编程控制程序可编程üü 编程方便编程方便编程方便编程方便üü 扩展灵活扩展灵活扩展灵活扩展灵活üü 可靠性高可靠性高可靠性高可靠性高6第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述比较项目继电接触控制PLC控制功能使用许多继电器才能进行复杂的控制无论控制多复杂,均用程序编制完成控制内容变更需改变继电器和配线只要改变程序即可自由完成控制速度依靠触点机械动作实现,工作频率低靠微处理器实现控制,速度极快计数控制一般无此功能具有计数功能安装施工连线复杂,施工繁琐安装容易,施工简便可靠性触点多、连线多、体积大、寿命短、可靠性差采用集成元件,体积小、寿命长、可靠性高可扩展性扩展困难在I/O点允许情况下可自由扩充维护需定期检验,查找故障困难,维护工作量大具有自诊断功能,查找故障迅速,维护方便表16-1 PLC控制与继电接触控制比较7第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 集散控制系统侧重回路连续调节功能,在模拟量处理、反馈控制等方面具有明显优势； 可编程控制器侧重开关量顺序控制功能,在数字处理、顺序控制方面具有一定优势。

可编程控制器与集散控制系统比较发展初期8第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述网络功能方面 DCS从一开始就十分重视网络通信,PLC也在不断增强网络通信功能 顺序控制功能方面 PLC优势强模拟量处理功能方面 DCS系统较完善9第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理n一、可编程序控制器的基本组成一、可编程序控制器的基本组成10图16-1 PLC的基本组成框图第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理111.1.1.1.中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器 解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调一致地工作 主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机 2.2.存储器存储器 （（1 1）存储器类型：）存储器类型： RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等作用作用（（2 2）存储区分配）存储区分配图16-2 简化的存储映像第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理123.3.3.3.输入输出模块输入输出模块输入输出模块输入输出模块I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。

PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理4.4.4.4.编程器编程器编程器编程器功能功能 编程器是PLC必不可少的重要外部设备 编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器 编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机界面 13第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理14工作方式工作方式工作方式工作方式 编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到PLC中 离线（脱机）编程方式离线（脱机）编程方式 编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，将程序送到PLC存储器中 （联机）编程方式（联机）编程方式分类分类分类分类便携式编程器和通用计算机。

第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理n二、可编程序控制器的软件系统二、可编程序控制器的软件系统15(1)(1)(1)(1)梯形图语言梯形图语言梯形图语言梯形图语言目目前前常常用用的的编编程程语言有：语言有： 梯形图语言梯形图语言 助记符语言助记符语言 功能表图功能表图 某些高级语言某些高级语言 1. 1. 1. 1.可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式有所区别 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理16举例举例举例举例例例16-1 16-1 某某一一过过程程控控制制系系统统，，工工艺艺要要求求开开关关1 1闭闭合合40s40s后，指示灯亮，按下开关后，指示灯亮，按下开关2 2后灯熄灭后灯熄灭 图16-3（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。

图16-3 梯形图程序第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理17(2)(2)(2)(2)助记符语言助记符语言助记符语言助记符语言又称为命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示PLC的某种操作 助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂 图16-3（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表 不不同同厂厂家家生生产产的的PLCPLC所所使使用用的的助助记记符符各各不不相相同同，，因因此此同同一一梯梯形形图图写写成成的的助助记记符符语语句句不不相相同同用用户户在在梯梯形形图图转转换换为为助助记记符符时时，，必必须须先先弄弄清清PLCPLC的的型型号号及及内内部部各各器器件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法 注意！注意！第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 2. 2. 2. 2.可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程读入现场信号自诊断与编程器、计算机等通信执行用户程序输出结果图16-4 PLC工作过程框图 PLC PLC PLC PLC对用户程序的执行分三个阶段：对用户程序的执行分三个阶段：对用户程序的执行分三个阶段：对用户程序的执行分三个阶段：输入扫描输入扫描程序执行程序执行输出刷新输出刷新18第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理191.1.按容量分按容量分（（（（1 1 1 1）小型）小型）小型）小型PLCPLCPLCPLC　I/O点总数一般为20～128点。

主要功能主要功能逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器 （（（（2 2 2 2）中型）中型）中型）中型PLCPLCPLCPLC　其I/O点总数通常为129～512点，内存在８K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制 主要功能主要功能 除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据处理及A/D、D/A转换、联网通信、远程I/O等功能，可用于比较复杂过程的控制 n 三、可编程控制器的分类三、可编程控制器的分类第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理20（（（（3 3 3 3）大型）大型）大型）大型PLCPLCPLCPLC　其I/O点总数在513点以上 主要功能主要功能 除了具有中小型PLC的功能外，还具有PLD运算及高速计数等功能，用于机床控制时，具有增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，配有CRT显示及常规的计算机键盘，与工业控制计算机相似 编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理21２２２２. . . .按硬件结构分按硬件结构分按硬件结构分按硬件结构分（（（（1 1 1 1）整体式）整体式）整体式）整体式PLCPLCPLCPLC　 它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。

面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等 优点具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格低 图16-5 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理22（（（（2 2）模块式）模块式）模块式）模块式PLCPLC　　输入/输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采用模块式结构其优点为：图16-6 SIMENS SIMATIC S7-300的外形图 采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中 品种多，硬件配置灵活，更换模块方便 （（（（3 3）叠装式）叠装式）叠装式）叠装式PLCPLC　 它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLCn一一、简介23OMRON C 系系列列PLC有有微微型型、、小小型型、、中中型型和和大大型型四四大大类十几种型号。

类十几种型号 微微型型PLCPLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，I/O容量为几十点，最多可扩至120点 小小型型PLCPLC分为C120和C200H两种，C120最多可扩展256点I/O，是紧凑型整体结构 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC中中型型PLCPLC有C500和C1000H两种，I/0容量分别为512点和1024点 大大型型PLCPLC有C2000H，I/O点数可达2048点，同时多处理器和双冗余结构使得C2000H不仅功能全、容量大，而且速度快，由于也是模块化结构，外形与C200H相近24图16-7 SYSMAC C28H外形示意图图16-9 C200H 外观示意图25图16-8 CPM1A C * * P外观图第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLCn 二、二、 OMRON PLC OMRON PLC 指令指令 指令大多数是按照位位（（bitbit））寻寻址址，个别指令按照通通道道寻寻址址按位寻址的地址编号为：通道号位号，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十进制数，范围为0～15。

在在OMRON OMRON PLCPLC中中，，对对于于输输入入、、输输出出等等继继电电器器的的编编号号不不用用加加字字母母小型整体PLC的输入、输出编号是固定不变的，使用者可以按照PLC主机标注编号编程；对于模块式PLC则根据输入或输出模块安装位置决定其编号26第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC按功能分类按功能分类按功能分类按功能分类基本指令基本指令特殊功能指令特殊功能指令构成构成构成构成助记符助记符：：表示指令要完成的功能操作数操作数：指出了要操作的对象 27第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC图16-10 OMRON PLC的基本指令应用示例(1) LD和LD NOT指令(2) OUT和OUT NOT指令(3) AND和AND NOT指令(4) OR和OR NOT指令(5) AND LD指令(6) OR LD指令(7) END指令 281.OMRON PLC1.OMRON PLC1.OMRON PLC1.OMRON PLC的基本指令的基本指令的基本指令的基本指令第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC29２２２２. . . .几个功能指令几个功能指令几个功能指令几个功能指令　　（（（（1 1 1 1））））保保保保持持持持指指指指令令令令KEEPKEEP（（（（1111）））） 它执行继电器保持操作，可保持为ON或OFF状态，直到它的两个输入端之一使它复位或置位。

图16-11 电机启动、停止控制第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC30（（（（2 2）微分指令）微分指令）微分指令）微分指令DIFUDIFU（（（（1313）和）和）和）和DIFDDIFD（（（（1414）））） 微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行，且只执行一次；若执行条件解除后再次满足，则再执行DIFU是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令 图16-12 微分指令应用示例第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLC PLC31（（（（3 3）））） 定时器定时器定时器定时器 定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种定时器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据 （（（（4 4）计数器）计数器）计数器）计数器 计数器包括单向递减型CNT和双向可逆型CNTR（12）两种，其操作数包括计数器编号和设定值两个数据 图16-13 计数包装控制程序第四节第四节 应用实例应用实例n一、水箱液位控制一、水箱液位控制32输入、输出点分配如下：上限检测开关 0.00；下限检测开关 0.01平； 电磁阀 10.00 图16-14 水箱液位控制示意图 为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在控制的上限和下限设置检测传感器，用PLC控制注入水电磁阀。

当液位低于下限时，下限检测开关断开，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁阀 PLC采 用 OMRON的 CPM2A-60CDR工艺要求如图16-14所示 第四节第四节 应用实例应用实例33 控制接线如图16-15所示，图16-16为液位控制梯形图 当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，0.00与0.01常闭触点闭合，使输出继电器10.00导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位，虽然0.01触点断开，但由于10.00触点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测开关闭合，0.00的常闭触点断开，输出继电器10.00断开，注水阀关闭 第四节第四节 应用实例应用实例图16-15 控制接线示意图图16-16 液位控制梯形图34第四节第四节 应用实例应用实例35n 二、变量越限报警控制二、变量越限报警控制1.1.1.1.基本控制环节基本控制环节基本控制环节基本控制环节② 在实际中往往要求一旦变量超限，即使恢复到正常值，仍然进行声光报警，直到操作人员按下确定按钮后，报警才解除 ③ 在②的要求基础上，要求一旦报警，指示灯是闪亮的。

④ 在③的要求基础上，如果允许按下消音按钮（点动），则电笛断开，灯变成平光 ① 工艺要求过程变量越限后立即用指示灯和电笛报警，当工艺变量恢复到正常之后，报警自动解除 第四节第四节 应用实例应用实例报警梯形图36第四节第四节 应用实例应用实例372.2.2.2.闪光报警系统闪光报警系统闪光报警系统闪光报警系统图16-21 加热炉的安全联锁保护系统三个联锁报警点三个联锁报警点三个联锁报警点三个联锁报警点 燃燃料料流流量量下下限限 原原料料流流量量下下限限 火焰检测火焰检测 要求用三个指示灯指示三个报警点要求用三个指示灯指示三个报警点 在在整整个个系系统统中中有有三三个个工工艺艺检检测测输输入入、、一一个个复复位位按按钮钮、、一一个个实实验验按按钮钮和和一一个个消消音音按按钮钮，，输输出出有有三三个个指指示示灯灯和和一一个个电磁阀 第四节第四节 应用实例应用实例38采采采采用用用用OMRON OMRON CPM2A-60CDR CPM2A-60CDR PLCPLC控控控控制制制制，，，，输输输输入入入入、、、、输输输输出出出出点点点点分分分分配见下表配见下表配见下表配见下表输入输出燃料流量下限检测FL100001燃料流量下限报警指示灯L101001原料流量下限检测FL200002原料流量下限报警指示灯L201002火焰检测BS00003火焰熄灭报警指示灯L301003消音按钮AN100000电磁阀V01000复位按钮AN200004蜂鸣器D01004实验按钮AN300005表16-2 输入、输出点分配表第四节第四节 应用实例应用实例39图16-22 系统接线示意图第四节第四节 应用实例应用实例40n 三、自动包装机控制三、自动包装机控制图16-23 双秤包装机工作流程图采采用用可可编编程程序序控控制制器器来来实实现现包包装装过过程程，，可可延延长长设设备备的的寿命，提高包装的精度。

寿命，提高包装的精度 图16-23 自动包装机控制流程图第四节第四节 应用实例应用实例41输入输出输入端子对应元件输出端子对应元件00000A料斗光电开关101000A秤振荡器00001A料斗光电开关201001B秤振荡器00002B料斗光电开关101002A秤电磁阀00003B料斗光电开关201003B秤电磁阀00004夹袋按钮01004A秤挡板电磁阀00005计数器复位按钮01005B秤挡板电磁阀00005A秤故障开关01006夹袋电磁阀00006B秤故障开关01007外部计数器表16-13 自动包装机PLC的输入、输出点分配表。