可编程控制器应用技术.ppt

可编程控制器应用技术第一章 可编程控制器的基础知识 l1．1概述l可编程控制器（Programmable Controller）简 称PC.他是在继电器控制和计算机控制的基础上 开发出来，并逐渐发展成为以微处理器为核心 ，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为 一体的新型工业自动控制装置，广泛应用在各 种生产机械和生产过程的自动控制中目前可 编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应 用最多的控制装置说明：l生产机械：机械设备：机床（车床/刨床/磨 床）、自动焊机l生产过程：自动生产线：家电/汽车/钢铁l生活中离不开可编程控制器十字路口的红绿灯/夜晚的霓虹灯/商场宾馆 的电梯/音乐喷泉可编程控制器的地位l工业生产自动化三大支柱： 可编程控制器 首位 机器人 计算机辅助设计与制造l目前可编程控制器成为工业自动化领域 中最重要、应用最多的控制装置，其应 用的深度和广度成为衡量一个国家工业 自动化成度高低的标志 1．1．1可编程控制器的由来 电气自动控制系统的发展： l继电器-接触器控制系统 l半导体逻辑组件构成的顺序控制装置 l计算机控制系统 l可编程控制器控制系统继电器-接触器控制系统 l时间：20世纪30年代l概念：用导线把各种继电器、接触器、开关及 触点，按一定的逻辑关系连接起来所构成的控 制系统。

l特点：优点是价格低廉、对维护技术要求不高 ，适用于工作模式固定、控制要求简单的场合 缺点是系统的布线连接不宜更新、功能不宜 扩展，可靠性不高对复杂的控制系统，查找 和排除故障困难；产品更新、生产工艺变化时 ，继电器控制系统的元件和接线也须作相应的 变动，这种变动工作量很大，工期长，费用高 半导体逻辑组件构成的顺序控制装置 l时间：20世纪60年代初l概念：用半导体二极管、三极管和中小规模 集成电路构成的逻辑式控制器l特点：优点是具有体积小、无触点、可靠性 较高和动作顺序变更较方便其缺点是控制 规模较小（输入输出点数不超过64点）、程 序编制不够灵活计算机控制系统l随着计算机技术的发展，曾用小型计算机取代 继电器控制系统，实现控制要求，但是计算机 对环境要求较高，而且现场需要控制的大量的 输入输出与计算机本身不匹配，同时计算机程 序的编制较复杂，使用者需要掌握一定的计算 机专业知识，一般工程技术人员不易熟练运用 ，加上计算机成本高，因而一直没有得到广泛 应用 可编程控制器产生 l1968年，美国通用汽车公司为适用汽车工业 的激烈竞争，满足汽车型号不断更新的要求 ，提出开发一种取代传统继电器控制系统的 新的控制装置。

l提出GM十条：l1）编程方便，可在现场修改程序；l2）维修方便，最好是插节件结构；GM十条： l3）可靠性高于继电器控制系统；l4）体积小于继电器控制装置；l5）数据可以直接输入管理计算机；l6）可以直接用交流115V输入；l7）输出为交流115V，负载电流要求2A以上，可 以直接驱动电磁阀、接触器等负载元件l8）通用性强，易扩展，扩展时原系统只需很少 变更；l9）用户存储器容量大于4KB;l10）成本可与继电器控制装置竞争 l美国数字设备公司（DEC）根据以上要求， 研制出第一台可编程控制器，型号为PDP- 14.l1971年，日本从美国引进该技术开始生产 可编程控制器l1973年，欧洲国家开始生产可编程控制器 l1974年，我国开始研制可编程控制器，并 于1977年应用于工业生产2可编程控制器的定义 l早期的可编程逻辑控制器：只是用来取代 继电器控制系统，功能简单，只能进行开 关量逻辑控制，称为：可编程逻辑控制器 (Programmble Logic Controller),简称 PLC随微电子技术、计算机技术和通讯技 术的发展，可编程控制器，除进行开关量 逻辑控制外，还具有模拟量控制、高速计 数、PID回路调节、远程I/O和网络通讯等 许多功能。

2可编程控制器的定义l1980年，美国制造商协会（NEMA）正式将其命名 为可编程控制器l（Programmable Controller）简称PC，并定义 为：lPC是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的 存储器以及存储指令，能够完成逻辑、顺序、定 时、计数及算术运算等功能，并通过数字或模拟 的输入、输出接口控制各种机械或生产过程 1987年国际电工委员会（ICE）在颁布可编 程控制器标准草案时，进一步将其定义为 ：l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、 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设备，都应按 易于与工业控制器系统连成一个整体、易于 扩充其功能的原则设计1.1.3可编程控制器的特点 l1.可靠性高，抗干扰能力强 l2.编程简单易学 l3.功能完善，适应性强 l4.使用简单，调试维修方便l5．体积小、重量轻、功耗低 1.可靠性高，抗干扰能力强 l现代PLC采用了集成度很高的微电子器件， 大量的开关动作由无触点的半导体电路来 完成，其可靠程度是使用机械触点的继电 器所无法比拟的。

为了保证PLC能在恶劣的 工业环境下可靠工作，在其设计和制造过 程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干 扰措施 硬件方面采取的主要措施有： l ①隔离——PLC的输入、输出接口电路 一般都采用光电耦合器来传递信号，这 种光电隔离措施使外部电路与PLC内部之 间完全避免了电的联系，有效地抑制了 外部干扰源对PLC的影响，还可防止外部 强电窜入内部CPU；l ②滤波——在PLC电路电源和输入、 输出(I/O)电路中设置多种滤波电路，可 有效抑制高频干扰信号； 硬件方面采取的主要措施有：l③在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、 保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入 PLC内部，另外各个输入输出(I／O)接口电路的 电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰；l④内部设置连锁、环境检测与诊断等电路，一 旦发生故障，立即报警；l⑤外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构 ，以适应恶劣的工作环境 在软件方面采取的主要措施有 l①设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系 统状态、用户程序、工作环境和故障进行检测 与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处 理，如报警、保护数据和封锁输出等；l ②对用户程序及动态数据进行电池后备， 以保障停电后有关状态及信息不会因此而丢失 。

采用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平 干扰强度可达峰值1000V，脉宽10us，其平均 无故障时间可高达30—50万小时以上 2.编程简单易学 lPLC采用与继电器控制线路图非常接近的 梯形图作为编程语言，它既有继电器电 路清晰直观的特点，又充分考虑到电气 工人和技术人员的读图习惯;对使用者来 说，几乎不需要专门的计算机知识，因 此，易学易懂，程序改变时也容易修改 3.功能完善，适应性强 l目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化， 不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制 等功能，还具有A／D、D／A转换、算术运算 及数据处理、通信联网和生产过程监控等功 能它能根据实际需要，方便灵活地组装成 大小各异、功能不一的控制系统：既可控制 一台单机、一条生产线，又可以控制一个机 群、多条生产线；既可以现场控制又可以远 程控制4.使用简单，调试维修方便lPLC的接线极其方便 lPLC的用户程序可在实验室模拟调试 lPLC的故障率很低 l排除故障迅速5．体积小、重量轻、功耗低 l由于PLC采用半导体大规模集成电路，因 此整个产品结构紧凑、体积小、重量轻 、功耗低，以三菱FXON一24M型PLC为例 ，其外形尺寸仅为130mmx90mmX87mm，重 量只有600g，功耗小于50W。

所以，PLC 很容易装入机械设备内部，是实现机电 —体化的理想的控制设备 1．1．4 PLC的控制功能 lPLC的应用范围极其广阔，经过30多年的发 展， 目前PLC已经广泛应用于冶金、石油 、化工：、建材、电力、矿山、机械制造 、汽车、交通运输、轻纺、环保等各行各 业几乎可以说，凡是有控制系统存在的 地方就有PLC概括起来，PLC的应用主要 有以下5个方面PLC的控制功能l1.开关量控制 l2.模拟量控制l3.运动控制 l4.数据处理 l5.通信联网 1.开关量控制 l开关量控制是PLC最基本的应用领域 ，可用PLC取代传统的继电器控制系 统，实现逻辑控制和顺序控制在 单机控制、多机群控和自动生产线 控制方面都有很多成功的应用实例.2.模拟量控制l目前，很多PLC都具有模拟量处理功 能，通过模拟量I／O模块可对温度 、压力、速度、流量等连续变化的 模拟量进行控制，而且编程和使用 都很方便大、中型的PLC还具有 PID闭环控制功能，运用PID子程序 或使用专用的智能PID模块， 可以 实现对模拟量的闭环过程控制 .3.运动控制l运动控制是指PLC对直线运动或圆周 运动的控制，也称为位置控制，早 期PLC通过开关量I／O模块与位置传 感器和执行机构的连接来实现这一 功能，现在一般都使用专用的运动 控制模块来完成。

4.数据处理 l现代PLC都具有不同程度的数据处理功能 ，能够完成数学运算(函数运算、矩阵运 算、逻辑运算)、数据的移位、比较、传 递、数值的转换和查表等操作，对数据 进行采集、分析和处理数据处理通常 用在大、中型控制系统中，如柔性制造 系统、机器人的控制系统等 5.通信联网l通信联网是指PLC与PLC之问、PLC与上位计算机 或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的 RS一232或RS--422接口、PLC的专用通信模块， 用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可 实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散 控制” 的多级分布式控制系统，建立工厂的自 动化网络 1．2 PLC系统的组成及功能 lPLC是一种以微处理器为核心的工业 通用自动控制装置，其实质是一种 工业控制用的专用计算机因此， 它的组成与一般的微型计算机基本 相同，也是由硬件系统和软件系统 两大部分组成的 1．2．1 PLC的硬件系统 ll PLC的硬件系统组成l 1. 1.微处理器微处理器( (CPU) CPU) l l2 2．．存储器存储器 l l3. 3. 输入／输出输入／输出( (I I／／O)O)部件部件 l l4 4．．电源部件电源部件 l l5 5．．编程器编程器 l l6 6．其他外部设备．其他外部设备 l7．I／O扩展单元l图1—l所示为PLC的部件系统结构框图。

1.微处理器(CPU) ll 1) 接收从编程器输入的用户程序和数据 ，送入存储器存储：ll 2) 用扫描方式接收输入设备的状态信号 ，并存入相应的数据区(输入映像寄存器)；ll 3) 监测和诊断电源、PLC内部电路工作 状态和用户程序编程过程中的语法错误；ll 4) 执行用户程序，完成各种数据的运算 、传递和存储等功能：ll 5) 根据数据处理的结果，刷新有关标志 位的状态和输出状态寄存器表的内容实现输出控 制、制表打印或数据通信等功能2．存储器 ll PLC配有两种存储器：ll 系统存储器和用户存储器ll 系统存储器存放系统程序；ll 用户存储器用来存放用户编制的控 制程序l 常用的存储器类型有CMOSRAM、 EPROM和EEPROM CMOS RAM ll CMOS RAM是一种可以进行读写操作 的随机存储器，存放在其中的用户程序可 方便地进行修改，它是一种高密度、低功 耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电 池作为备用电源，一旦失电，即可用锂电 池供电，以保持RAM中的内容锂电池的 使用寿命一般为5～10年，若经常带负载 可维持2～5年左右。

lPLC都标有电池的使用年限 EPROM、EE。