电气控制与plc应用技术教学课件作者李宁3.ppt

模块三 PLC应用基础,任务一 认识PLC的硬件组成与软件 任务二 认识PLC工作原理 任务三 认识PLC与传统电气控制的区别,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,提出任务 项目1 PLC的硬件组成包括哪些部分？各部分有何特点？其作用是什么？ 项目2 PLC数字量的输出接口电路有几种类型？ 如果要驱动交流负载，应选择哪种输出类型？ 新知识储备 一、PLC的产生 从20世纪20年代起，人们已经将继电器控制系统应用于工业生产自动化领域中，并由此开始，在很长时间内占据着主导地位但继电器控制系统具有明显的缺点，如体积大、动作速度慢、可靠性低、接线复杂、难以胜任复杂控制任务等一种新型的装置，一项先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要产生的20世纪60 年代末,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,期，美国的汽车制造业竞争激烈，为抛弃传统继电器控制系统的束缚，适应市场竞争的要求，1968年美国通用汽车公司公开招标，提出要用新的控制装置取代生产线上的继电器控制系统其相应的技术指标如下： (1) 编程简单，可在现场修改程序 (2) 维护方便，最好是插件式 (3) 可靠性高于继电器控制柜。

(4) 体积小于继电器控制柜 (5) 可将数据直接送入管理计算机 (6) 价格便宜，在成本上可与继电器控制柜竞争 (7) 输入可以是交流115 V (8) 在扩展时，原有系统只需作很小变更上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,(9) 输出交流115 V以上，2 A以上，能直接驱动电磁阀 (10)用户程序存储器容量至少能扩展到4 KB 以上就是著名的10条技术指标，这些要求的实质就是利用计算机的完善、灵活和通用等功能与继电器控制系统的简单易懂、使用方便、价格低廉等优点相结合，能够使用面向问题的“自然语句”进行编程，面向控制过程，并使得不熟悉计算机的人也能方便地使用 于是，PLC应运而生1969年，美国数字设备公司(DEC)率先研制出第一台PLC，并在GM公司生产线上首次得到应用，为GM公司取得了显著的经济效益人们称之为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC) 二、PLC定义和发展 1. PLC的定义 国际电工委员会IEC对PLC的定义做了多次修改后，于1987年2月,上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,颁布了第三稿。

终稿对PLC做出的明确定义是： PLC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命令，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PLC及其有关的设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则而设计 2. PLC的发展史 第一台PLC生产不久，MODICON公司也推出了084控制器随后，1971年日本推出了DSC-80控制器；1973年，西欧国家的各种PLC也纷纷研制成功，这些PLC的功能虽然不够强大，但它们开启了工业自动化应用技术新时代的大门随着计算机技术和微电子技术的发展，PLC技术业迅速发展起来，由最初的1位机发展到8位机，形成了现代意义上的PLC进入20世纪80年代，随着大规模和,上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,超大规模集成电路的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC不仅在设计、性价比与应用等方面有了新的突破，而且控制功能强、可靠性高、使用灵活方便，具有远程I/O和通信网络、数据处理及人机界面等功能。

PLC技术已经成为当今自动化技术领域的三大支柱之一 PLC从产生到现在，其发展经历的几个过程可概括如下 第一代(1969—1972年)：其功能是逻辑运算、定时、计数、中小规模集成电路CPU，磁芯存储器应用范围：取代继电器控制 第二代(1973—1975年)：其功能在第一代的基础上，增加了算术运算、数据处理功能，初步形成系列，可靠性进一步提高应用范围：能同时完成逻辑控制、模拟量控制 第三代(1976—1983年)：其功能在第二代的基础上，增加了复杂数值运算和数据处理、远程I/O和通信功能，采用大规模集成电路CPU，加强自诊断、容错技术应用范围：适应大型复杂控制系统,上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,控制的需要，并用于联网、通信、监控等场合 第四代(1983至今)：其功能在第三代的基础上，具有高速大容量功能，采用32位CPU，编程语言多样化，通信能力进一步完善，智能化功能模块齐全应用范围：构成分级网络控制系统，实现图像动态过程控制，模拟网络资源共享 目前，世界上有200多个厂家生产300多个品种的PLC，比较著名的厂家包括：美国的AB(被ROCKWELL收购)、GE、MODICON(被SCHNEIDER收购)；日本的OMRON、MITSUBISHI、FUJI、松下电工；德国的SIEMENS；法国的SCHNEIDER公司等。

国内的生产厂家，如浙大中控等生产的PLC产品也在市场占有一席之地 PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、高性能、信息化、标准化及与现场总线技术紧密结合等方向发展上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,三、PLC的功能及特点 1. 可靠性高、抗干扰能力强 (1) 采用循环扫描，集中采样，集中输出 (2) 硬件设计采用模块式结构，采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等抗干扰技术，增加输出联锁、环境检测与故障诊断电路 (3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护、恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障诊断、处理、报警显示及保护功能 2. 编程简单、使用方便 PLC设计的最初目的，就是为取代继电器控制逻辑，所以在PLC诞生之时，其设计者充分考虑到工程技术人员的技能与习惯，其编程语言采用了和传统控制系统中电气原理图类似的梯形图程序，具有直观、清晰、修改方便、易掌握的特点上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,3. 控制功能强、通用型好 现代的PLC几乎能满足所有工业控制领域的需要PLC的控制系统可大可小，并且都具备很强的信息处理能力、输出控制能力为实现某些特殊控制功能，PLC制造商开发出了许多智能化的I/O 模块。

这些模块本身带有CPU，减少了对PLC扫描速度的影响，提高了控制性能和功能典型的智能化模块有高速计数器模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线协议通信模块等；能轻松完成单机控制、批量控制及组成通信网络，进行数据处理和管理等任务；可实现现场、远距离、简单系统、复杂系统等的控制 4. 开发周期短、成功率高 用PLC完成一项控制工程时，由于其硬件和软件齐全，为模块化积木式结构，只要正确、合理选用各种模块组成系统，且具体的编程工作也可在PLC到货前进行，而且这些用户程序大都可以在实验室模拟调,上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,试好，再到工业现场进行联机统调设计和施工是可以同时进行的，从而缩短了施工周期，提高了成功率 5. 维护简单、方便 现代的PLC都具有相应的系统软件和自诊断功能，不仅能对PLC控制程序进行检测、修改，还能对PLC的工作过程进行监控能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，如I/O通道的状态、RAM后备电池的状态、数据通信的异常、PLC内部电路异常等信息正是通过PLC这种完善的诊断和显示能力，当PLC主机和外部的输入装置及执行机构发生故障时，使操作人员能迅速检查、判断故障原因，确定故障位置，以便采取迅速有效的措施。

如果是PLC本身的故障，在维修时只需要更换插入式模板或其他易损件即可完成，既方便又缩短了维护周期上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,四、PLC的分类 1. 按结构形式分类 根据PLC结构形式不同，可分为整体式和模块式 (1) 整体式PLC(单元式、箱体式)(小型) 微型PLC一般采用整体式结构其特点是将电源、CPU、存储器、I/O安装在一个标准机壳内，组成一个PLC的基本单元(主机)基本单元上设有I/O扩展单元接口、通信接口等，可以和扩展单元模块相连接小型机系统还提供许多特殊功能模块，如I/O模块、热电偶模块、定位模块、通信模块等通过不同的配置，可完成不同的控制任务 整体式特点：结构紧凑、体积小、价格低、容易装配在工业控制设备的内部，适于生产机械的单机控制上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,(2) 模块式PLC(积木式)(中、大型PLC) 中、大型PLC多采用模块式结构模块式结构的PLC，各个部分功能做成独立模块：电源模块、CPU模块、I/O模块、各种功能模块等使用时将这些模块插在导轨基架上即可 特点：配置灵活，装配维护方便，易于扩展 2. 按I/O点数和存储器容量分类 PLC按照I/O点数的多少，可将PLC分为3类，即小型机、中型机和大型机。

(1) 小型机(I/O点数小于128点，存储器2 KB步) 小型机一般以开关量的逻辑控制为主，其I/O点数在128点以下这类机主要应用于逻辑控制、定时、计数、顺序控制，也具有一定的通信能力和模拟量处理功能其特点是价格低廉、体积小适用于单机设备上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,(2) 中型机(I/O点数在128～2 048点，存储器2～8 KB步) 中型机具有逻辑运算、算术运算、数据传送、中断、数据通信、模拟量处理等功能它不仅具有较强的开关量控制能力，而且通信能力和模拟量处理功能也更强大指令群更丰富，适用于复杂的逻辑控制及连续生产线的过程控制 (3)大型机(I/O点数在大于2 048点，存储器8 KB步) 大型PLC的程序存储器和数据存储器容量可达10 MB，其性能已经与工业控制计算机相当它具有数据运算、模拟调节、联网通信、监视记录、打印等功能，还有强大的网络结构和通信联网能力它的监视系统能够表示过程的动态流程，记录各种曲线、PID调节参数等它还可以构成多功能控制系统，可以与其他型号的控制器相连，和上位机相连，组成集散控制系统大型机适用于大规模控制、自动化网络控制、过程监控等系统。

上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,五、PLC的应用 1. 用于开关量逻辑控制 这是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，如用于机床电气控制、起重机控制、带运输机控制、包装机械的控制、注塑机的控制、自动洗车机的控制、电梯控制、自动装配生产线的控制等 2. 用于闭环过程控制 目前，大多数PLC都具有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可以对温度、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中、大型的PLC还具有PID指令、PID模块，可实现闭环控制功能，甚至组成复杂的闭环控制系统，如锅炉温度控制、连轧机速度和位置控制、自动焊机控制、冷冻、反应堆、水处理、酿酒等闭环位置控制和速度控制上一页,下一页,返回,任务一 认识PLC的硬件组成与软件,3. 运动控制 在机械加工行业，PLC与计算机数控(CNC)集成在一起，用于完成机床的运动控制，最典型的如数控机床很多PLC生产厂家已提供了控制步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块目前PLC的运动控制功能广泛地应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上 4. 步进控制 PLC 为用户提供了一些指令，如步进指令、寄存器移位指令等。

用这些指令可方便地完成步进控制功能 5. 数据处理 现代的PLC具有不同程度的数据处理功能PLC生产厂家提供了很多有关数据处理方面的指令，如算术运算类指令、逻辑运算类指令以及数据传送、移位、转换、查表、填表指令等，可方便地完成数据的,上一页,下一。