plc第1章 開篇

1、1,CONTROL TECHNOLOGYOF MODEN INDUSTRIAL,2,第一章 概 述,1.1 可編程序控制器的由來1.2 可編程序控制器的定義、分類及特點(diǎn)1.3 可編程序控制器的功能和應(yīng)用1.4 可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1.5 可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)思考與練習(xí)題,3,1.1 可編程序控制器的由來,在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器為代表的低壓電器控制占主導(dǎo)地位的。

2、這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。,4,1968年，美國(guó)通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時(shí)不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即1

3、0項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下：,(1) 在使用者的工廠里，能以最短的中斷服務(wù)時(shí)間，迅速方便地對(duì)其控制的硬件和設(shè)備進(jìn)行編程，并重新進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。(2) 所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi)無特殊支持的設(shè)備、硬件及環(huán)境條件下運(yùn)行。,5,(3) 系統(tǒng)的維修必須簡(jiǎn)單易行。在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)有狀 態(tài)指示器和插入式模塊，以便在最短的停車時(shí)間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡(jiǎn)單易行。(4) 裝置的體積應(yīng)小于原有繼電器控制柜的體積，它的能耗也應(yīng)比較少。(5) 必

4、須能與中央數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行情況。 (6) 輸入開關(guān)量可以是已有的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關(guān)的交流115 V電壓信號(hào)。,6,(7) 輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須能驅(qū)動(dòng)以交流運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和電磁閥線圈，每個(gè)輸出量將設(shè)計(jì)為可開停和連續(xù)操縱具有115 V、2 A以下容量的電磁閥等負(fù)載設(shè)備。 (8) 具有靈活的擴(kuò)展能力。在擴(kuò)展時(shí)必須能以系統(tǒng)最小的變動(dòng)及最短的更換和停機(jī)時(shí)間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴(kuò)展到系

5、統(tǒng)的最大配置。(9) 在購(gòu)買和安裝費(fèi)用上，應(yīng)有與原有繼電器控制和固態(tài)邏輯控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，即具有較高的性能價(jià)格比。,7,(10) 用戶存儲(chǔ)器容量至少在4 KB以上(根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車裝配過程的要求提出)。 從上述10項(xiàng)指標(biāo)可以看出，它實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為以下四點(diǎn)： (1) 用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤。 (2) 用程序代替硬件接線。 (3) 輸

6、入/輸出電平可與外部裝置直接連接。 (4) 結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展。,8,可編程序控制器的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可編程序控制器的發(fā)展，而可編程序控制器的發(fā)展又對(duì)這些高新技術(shù)提出了更高、更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。從控制功能來分，可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個(gè)階段： 第一階段，從第一臺(tái)可編程序控制器問世到20世紀(jì)70年代中期，是可編

7、程序控制器的初創(chuàng)階段。 這一階段的產(chǎn)品主要用于邏輯運(yùn)算和定時(shí)、計(jì)數(shù)，它的CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，它的控制功能比較簡(jiǎn)單。這一階段的典型產(chǎn)品有MODICON公司的084、ALLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQII、DEC的PDP-14、日立公司的SCY-022等。,可編程序控制器(PLC)發(fā)展的幾個(gè)階段,9,第二階段，從20世紀(jì)70年代中期到末期，是可編程序控制器的擴(kuò)展階段。這一階段產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展。

8、它的發(fā)展主要來自兩方面， 一是從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能； 二是從模擬儀表發(fā)展而來的控制器，其主要功能是模擬運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能。這一階段的產(chǎn)品有MODICON公司的184、284、384，西門子公司的SYMATIC S3系列，富士電機(jī)公司的SC系列等。,可編程序控制器(PLC)發(fā)展的幾個(gè)階段,10,第三階段，從20世紀(jì)70年代末期到80年代中期，是PLC通信功能的實(shí)現(xiàn)

9、階段。與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展相聯(lián)系，PLC也在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是，由于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，因此，各產(chǎn)品互相通信是較困難的。在該階段，由于生產(chǎn)過程控制的需要，對(duì)PLC的需求大大增加，產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展，數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能得到了較大的擴(kuò)充，產(chǎn)品的可靠性進(jìn)一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMATIC S6系列、富士電機(jī)公司的MI-CREX和德州儀器公司的TI530等。,可編程序

10、控制器(PLC)發(fā)展的幾個(gè)階段,11,第四階段，從20世紀(jì)80年代中期開始，是PLC的開放階段。由于開放系統(tǒng)的提出，使PLC也得到了較大的發(fā)展。主要表現(xiàn)為通信系統(tǒng)的開放，使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以互相通信，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處。在這一階段，產(chǎn)品的規(guī)模增大，功能不斷完善，大中型產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕的顯示功能，產(chǎn)品的擴(kuò)展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級(jí)編程語言等。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的

11、SYMATIC S5和S7系列、AB公司的PLC-5等。,可編程序控制器(PLC)發(fā)展的幾個(gè)階段,12,PLC 的主要生產(chǎn)廠家：德國(guó)的西門子(Siemens)公司，美國(guó)Rockwell公司所屬的AB 公司，GE-Fanuc 公司，法國(guó)的施耐德(Schneider)公司，日本的三菱和歐姆龍(OMRON)公司。1974年我國(guó)開始仿制美國(guó)的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問題等原因未能推廣。直到1977年，我國(guó)才研制出第一臺(tái)具有實(shí)用

12、價(jià)值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應(yīng)用于工業(yè)過程的控制。由于使用單片1位處理器，因此，應(yīng)用的規(guī)模較小，主要的控制方式是開關(guān)量控制。,我國(guó)PLC的發(fā)展first stop,13,隨著我國(guó)改革開放政策的貫徹和落實(shí)，從1982年開始，先后有天津、廈門、無錫、大連、上海、北京等地的儀表廠、無線電廠和研究所等單位與美國(guó)、德國(guó)、日本等PLC的制造企業(yè)進(jìn)行了合資或引進(jìn)技術(shù)、生產(chǎn)流水線等，使我國(guó)PLC的應(yīng)用有了較大的發(fā)展。一些大中型的工程項(xiàng)目采用PLC

13、以后，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，也反過來促進(jìn)了PLC的發(fā)展。這一階段的主要特點(diǎn)是以產(chǎn)品的引進(jìn)、技術(shù)的消化、應(yīng)用的普及為目標(biāo)。應(yīng)用的產(chǎn)品以 8位處理器為主，應(yīng)用的規(guī)模在1000點(diǎn)以下。,14,PLC發(fā)展的特征表現(xiàn)在下列幾方面： (1) 功能的發(fā)展。PLC從簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算功能，發(fā)展到數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)運(yùn)算，直到通信功能，功能的不斷發(fā)展使PLC能適應(yīng)各種工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求，從而在工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域中成為主流產(chǎn)品之一。 功能的發(fā)展與

14、PLC在硬件上的更新發(fā)展有關(guān)，PLC從1位處理器發(fā)展到8位，直到16位、32位，存儲(chǔ)容量也有相應(yīng)的擴(kuò)展，適應(yīng)了過程控制的需求。 通信功能的自成封閉到系統(tǒng)的開放是產(chǎn)品走向世界的基礎(chǔ)。從PLC的發(fā)展可以看到，國(guó)產(chǎn)PLC要占領(lǐng)市場(chǎng)，必須不斷發(fā)展，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的需求，正如前述的PLC 10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)中所要求的——能適應(yīng)發(fā)展的需求。,PLC發(fā)展的特征,15,(2) 適應(yīng)控制要求 PLC的發(fā)展適應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求。在初創(chuàng)期

15、，產(chǎn)品的目標(biāo)是按10項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)開發(fā)的。隨著控制要求的提高，對(duì)控制的精度和功能的要求也有了提高，采用簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算已不能滿足過程控制的要求，從而開發(fā)了運(yùn)算功能較強(qiáng)的數(shù)字運(yùn)算等功能。 隨著對(duì)運(yùn)算速度的要求提高，對(duì)處理器的運(yùn)算速度和存儲(chǔ)器容量也提出了更高的要求，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使PLC上了一個(gè)臺(tái)階。它的發(fā)展是高新科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，同時(shí)，也推動(dòng)了其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。,16,(3) 適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的要

16、求計(jì)算機(jī)是一種通用的數(shù)字電子設(shè)備。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求，尤其是惡劣工業(yè)環(huán)境的要求，對(duì)通用的計(jì)算機(jī)必須進(jìn)行更可靠的設(shè)計(jì)。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(National Electric Manufacturer Association, NEMA)提出了對(duì)設(shè)備環(huán)境的一些標(biāo)準(zhǔn)，即NEMA標(biāo)準(zhǔn)。PLC與通用計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要的區(qū)別就是PLC能應(yīng)用在惡劣的工業(yè)環(huán)境中。也正是由于它的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，使得它在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。,17,1.2 可編

17、程序控制器的定義、分類及特點(diǎn),1.2.1 可編程序控制器的定義 由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，并給PC作了如下定義：PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體來存儲(chǔ)指令，用以執(zhí)行諸如邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模件

18、來控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是用來執(zhí)行PC的功能，亦被視同為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。,18,1982年，國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Committee，IEC) 對(duì)PLC作了如下的定義： PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并

19、能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體和易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。,19,1. 按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類 可編程序控制器發(fā)

20、展很快，目前，全世界有幾百家工廠正在生產(chǎn)幾千種不同型號(hào)的PLC。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些PLC分為兩類： 一類是一體化整體式PLC， 另一類是結(jié)構(gòu)化模塊式PLC。,1.2.2 可編程序控制器的分類,20,1) 整體式結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上看，早期的可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、

21、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。一個(gè)箱體就是一個(gè)完整的PLC。 它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便， 缺點(diǎn)是輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定能適合具體的控制現(xiàn)場(chǎng)的需要。這類產(chǎn)品有OMRON公司的C20P、C40P、C60P，三菱公司的Fl系列，東芝公司的EX20/40系列等。,21,2) 模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)又叫積木式。 這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電

22、源模塊、通信模塊等。 另外，機(jī)器上有一塊帶有插槽的母板，實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC。 這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便，缺點(diǎn)是體積比較大。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。,22,2. 按應(yīng)用規(guī)模及功能分類為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用

23、要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號(hào)數(shù)是不一樣的。一般將一路信號(hào)叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大、超大等五種類型。 (1) 超小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)，內(nèi)存容量為256 B～1 KB。 (2) 小型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)為65～128點(diǎn)，內(nèi)存容量為1～3.6 KB。 小型及超小型PLC在結(jié)構(gòu)上一般是一體化整體式的，主要用于中等容量的開關(guān)量控制，

24、具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信等功能。,23,(3) 中型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)范圍為129～512點(diǎn)，內(nèi)存容量為3.6～13 KB。 中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，還增加了數(shù)據(jù)處理能力，適用于小規(guī)模的綜合控制系統(tǒng)。(4) 大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)范圍為513～896點(diǎn)，內(nèi)存容量為13 KB以上。(5) 超大型PLC：I/O點(diǎn)數(shù)為896點(diǎn)以上，內(nèi)存容量為13 KB以上。 上述劃分方式并

25、不十分嚴(yán)格，也不是一成不變的。隨著PLC的不斷發(fā)展，劃分標(biāo)準(zhǔn)已有過多次的修改。,24,可編程序控制器還可以按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)。 低檔機(jī)以邏輯運(yùn)算為主，具有定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能。 中檔機(jī)一般有整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、PID調(diào)節(jié)、中斷控制及聯(lián)網(wǎng)功能，可用于復(fù)雜的邏輯運(yùn)算及閉環(huán)控制場(chǎng)合。 高檔機(jī)具有更強(qiáng)的數(shù)字處理能力，可進(jìn)行矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算，完成數(shù)據(jù)管理工作，有更強(qiáng)的通信能力，可以和其他計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式生產(chǎn)過程綜合

26、控制管理系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌垂δ軇澐旨鞍袋c(diǎn)數(shù)規(guī)模劃分是有一定聯(lián)系的。一般來說，大型機(jī)、超大型機(jī)都是高檔機(jī)。機(jī)型和機(jī)器的結(jié)構(gòu)形式及內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量一般也有一定的聯(lián)系，大型機(jī)一般都是模塊式機(jī)，都有很大的內(nèi)存容量。,25,1.2.3 可編程序控制器的特點(diǎn) PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)：1. 編程方法

27、簡(jiǎn)單易學(xué)梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，應(yīng)先用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。,26,2. 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以

28、實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制與集中管理。,27,3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。,28,3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端

29、子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。,29,4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。 由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障?？删幊绦蚩刂破饔密浖娲罅康闹虚g繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10～1/100，因觸點(diǎn)接觸不

30、良造成的故障大為減少。 可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。 可編程序控制器已被公認(rèn)為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。,30,5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 可編程序控制器的梯形圖程序一般采用

31、順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計(jì)時(shí)間要少得多。 可編程序控制器的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通過可編程序控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。 完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)要少得多。,31,6. 維修工作量小，維修方便 可編程序控制器的故障率很

32、低，且有完善的自診斷和顯示功能。 可編程序控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明產(chǎn)生故障的原因，用更換模塊的方法迅速地排除故障。,32,7. 體積小，能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程序控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型可編程序控制器的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2～1/10?？删幊绦蚩刂破鞯呐渚€比繼電

33、器控制系統(tǒng)的配線少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，加上開關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用。,33,1.3 可編程序控制器的功能和應(yīng)用,1 . 開關(guān)邏輯和順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要求。2. 模擬控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進(jìn)行控制的物理量，如溫度、壓

34、力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。,34,3. 定時(shí)控制 PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)器與計(jì)數(shù)器。對(duì)于定時(shí)器，其定時(shí)間隔可以由用戶加以設(shè)定。對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，則可以選擇高速計(jì)數(shù)器。4. 數(shù)據(jù)處理 新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進(jìn)

35、行浮點(diǎn)運(yùn)算和函數(shù)運(yùn)算。,35,5. 信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng) 信號(hào)聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)所必需的。在信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對(duì)安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和聯(lián)鎖系統(tǒng)，而對(duì)其中的邏輯運(yùn)算等，可采用冗余的PLC實(shí)現(xiàn)。 6. 通信聯(lián)網(wǎng) 把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行通信，可完成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實(shí)

36、現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器。,36,1.4 可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較,1. PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC所取代已是必然趨勢(shì)。 繼電器控制柜是針對(duì)一定的生產(chǎn)機(jī)械、固定的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的，采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，一旦生產(chǎn)工藝過程改變，則控制柜必須重新設(shè)計(jì)、重新配線。 PLC只要改變程序并改動(dòng)少量的接線端子，就可適應(yīng)生產(chǎn)工藝的改變。從適應(yīng)性、可靠性

37、、方便性及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等各方面進(jìn)行比較，PLC都有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此在用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)大多數(shù)將被PLC所取代。,37,2. PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的比較 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是通用微型計(jì)算機(jī)適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)控制要求發(fā)展起來的一種控制設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高、兼容性強(qiáng)，并且軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜、計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。 使用

38、工業(yè)控制機(jī)控制生產(chǎn)工藝過程，要求開發(fā)人員具有較高的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和微機(jī)軟件編程的能力。 PLC最初是針對(duì)工業(yè)順序控制應(yīng)用發(fā)展而來的，硬件結(jié)構(gòu)專用性強(qiáng)，通用性差，很多優(yōu)秀的微機(jī)軟件也不能直接使用，必須經(jīng)過二次開發(fā)。但是，PLC采用了工廠技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言編程，易學(xué)易懂，便于推廣應(yīng)用。,38,3. PLC與集散控制系統(tǒng)的比較 集散控制系統(tǒng)又稱分散控制系統(tǒng)（ DCS ），它是專門為工業(yè)過程控制設(shè)計(jì)的過程控制裝置。它的主要應(yīng)用場(chǎng)合

39、是連續(xù)量的模擬控制，而PLC的主要應(yīng)用場(chǎng)合是開關(guān)量的邏輯控制。因此，它們?cè)谠O(shè)計(jì)思想上是有一定區(qū)別的。 PLC是按掃描方式工作的，而集散控制系統(tǒng)是按用戶的程序指令工作的。因此，PLC對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)的采樣速度是相同的；而在集散控制系統(tǒng)中，可根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的特性采用不同的采樣速度，例如，對(duì)流量點(diǎn)的采樣周期是1 s，對(duì)溫度點(diǎn)的采樣周期是20 s等。,39,1.5 可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì),在短短的20多年中，PLC得到了如此飛速的發(fā)展，并在各

40、行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，這些事實(shí)說明，PLC具有強(qiáng)大的生命力。PLC將在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用，并將成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。 PLC將向兩個(gè)方面發(fā)展： 一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。,40,PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)：(1) 與DCS相互滲透，出現(xiàn)你中有我、我中有你的情況。應(yīng)用的規(guī)模從幾十點(diǎn)擴(kuò)展到成百上千點(diǎn)，功能也從單一的邏輯運(yùn)算擴(kuò)展到幾乎能滿足所有的用戶需求。(2) 向CIM

41、S發(fā)展，成為它們的一個(gè)分支。(3) 向大型化方向發(fā)展的另一標(biāo)志是產(chǎn)品硬件性能的發(fā)展。PLC產(chǎn)品的處理器已從早期的1位，向8位、16位，甚至向32位、64位發(fā)展。(4) 軟件功能的發(fā)展是PLC向大型化方向發(fā)展的重要標(biāo)志。近期推出的PLC已采用Windows 98/2000或Windows NT作為編程和操作的平臺(tái)。根據(jù)國(guó)外的估計(jì)，PLC目前的年銷售量已超過2億臺(tái)。,41,PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)： (1) 在設(shè)備級(jí)采用PLC

42、。對(duì)一些工業(yè)過程的設(shè)備控制，采取化整為零的控制策略，采用配套的PLC，并配備了專用的控制柜、操作臺(tái)和監(jiān)視器等。例如，對(duì)鍋爐設(shè)備而言，它有進(jìn)水閥、蒸汽閥、燃料閥和空氣閥。(2) 向高性能的整體型發(fā)展。推出高速的定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制模塊、伺服電動(dòng)機(jī)控制模塊、溫度控制模塊、通信接口模塊等。(3) 向小型化發(fā)展。在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強(qiáng)。,42,1968年 美國(guó)通用汽車公司提出的替代繼電器控制

43、系統(tǒng)的新型控制器的十項(xiàng)指標(biāo)：,1） 編程簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；2）維護(hù)方便、采用插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；4）體積小于繼電器控制系統(tǒng)；5）數(shù)據(jù)可以直接送入計(jì)算機(jī)；,6）成本可與繼電器系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；7）輸入可為市電；8）輸出可為市電，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；9）通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)展；10）用戶存儲(chǔ)器大于4K。,43,思考與練習(xí)題,1. 簡(jiǎn)述可編程序控制器的定義。2. 可編程序控制器有