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可编程序控制器原理与应用福州大学机械工程及自动化学院吴亦锋第一章可编程序控制器概述顺序控制系统概述第一节PLC的定义与发展趋势第二节PLC的特点和应用第三节PLC与其他工业控制系统的比较顺序控制系统概述可编程序控制器是根据工业生产过程顺序逻辑控制的需要而逐步发展起来的，因此，有必要了解一下顺序控制系统的基本状况一、顺序控制系统的组成自动控制系统按被控变量的时间特性可分为连续量控制系统和断续量控制系统连续量控制系统（以反馈控制为主）定值控制系统随动系统断续量控制系统（以顺序控制为主）时间顺序控制系统逻辑顺序控制系统条件顺序控制系统1.时间顺序控制系统时间顺序控制系统是固定时间程序的控制系统。它以执行时间为依据，每个设备的运行或停止与时间有关。例如多级输送带输送系统交通信号灯控制系统时间顺序控制系统的特点是各设备运行时间是事先确定的，一旦顺序执行，将按预定的时间执行操作命令2.逻辑顺序控制系统逻辑顺序控制系统按照逻辑的先后顺序执行操作命令，它与执行的时间无严格关系液体混合装置在逻辑顺序控制系统中，执行操作命令的逻辑顺序关系不变3.条件顺序控制系统条件顺序控制系统是以执行操作命令的条件是否满足为依据条件满足时，相应的操作被执行不满足时，将执行另外的操作例如电梯控制系统电梯根据条件运行，可以向上也可以向下运行，所停的楼层也可按照乘客的所需而定4.顺序控制系统的一般组成控制器接收输入信号，按一定的控制算法运算后，输出控制信号给执行机构输入接口实现输入信号的电平转换输出接口实现输出信号的功率转换检测装置检测被控对象的状态信息显示报警装置显示系统的状态和报警信息，便于了解设备运行状态以及对设备的操作、调试和故障处理等顺序控制系统组成框图显示报警装置输入接口控制器输出接口执行机构被控对象检测装置输入信号反馈信号二、顺序控制系统的实现顺序控制系统在工业控制领域中应用很多，实现顺序控制系统的方案有多种继电器逻辑控制系统晶体管无触点逻辑控制系统可编程控制器控制系统计算机控制系统1.继电器逻辑控制系统采用继电器的常开常闭触点、延时通断触点和时间继电器、接触器等执行装置完成所需顺序逻辑功能电动机起停控制电动机正反转控制受继电器触点可靠性影响和使用寿命的限制，这类控制系统使用故障较多，使用寿命不长，而且更改不方便，维护困难2.晶体管无触点逻辑控制系统晶体管组成的无触点顺序逻辑控制系统因减少了触点的可动部件，可靠性提高，使用寿命长由于采用硬件组成逻辑关系，更改也不方便3.可编程控制器逻辑控制系统可编程序控制器采用软件完成顺序逻辑功能，用指令实施操作和控制，因此顺序逻辑功能的更改十分方便可编程序控制器还采用了各种软硬件抗干扰措施，使其具有高可靠性，因而在工业生产中得到了广泛的应用4.计算机控制系统由计算机组成的控制系统具有信息处理能力强的特点，能对整个系统实施有效的管理，必要时可把信息传送到上一级决策处理机或下送现场控制器第一节PLC的定义与发展趋势在可编程序控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产继电器控制系统通常可以看成是由检测电路、控制电路、执行部件和工业现场四个部分组成继电器控制系统触点多可靠性差控制不及时接线固定，不能适应生产工艺变更的要求检测电路继电器控制电路执行部件生产现场美国通用汽车公司（GM）于1968年提出研制新型工业控制器的10条设想编程简单，可现场修改程序维护方便，最好是插件式可靠性高于继电器控制装置体积小于继电器控制装置数据可送到管理计算机成本上可与继电器控制竞争输入信号可以是交流电压AC110～220V输出电流可达2A,可直接驱动电磁阀在系统扩展时，原系统变更较小用户程序存储器的容量能扩展第二年，美国数字设备公司(DEC)率先研制出了满足GM10条要求的可编程序控制器，引起工业界的瞩目当时，人们将这种可编程序控制器称为PLC(ProgrammableLogicalController)，即可编程序逻辑控制器一、可编程序控制器的命名与定义随着大规模集成电路技术的发展，1975年后，可编程序控制器增加了许多功能，不仅可进行逻辑控制，而且还可对模拟量进行控制美国电气制造协会（NEMA）将它正式命名为PC(ProgrammableController)为避免与个人计算机名称相混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器称为PLC国际电工委员会(IEC)对PLC下的定义可编程序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。可编程序控制器及其有关的设备，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设计工业环境：电场、磁场干扰，温度、振动等可编程序：修改程序方便，可适应工艺变更的需要PLC控制系统由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所替代是大势所趋检测电路可编程序控制器执行部件生产现场二、PLC的发展趋势小型化网络化近年来，加强PLC的联网能力成为PLC的发展趋势。PLC和计算机等可以构成多级分布式网络控制系统，实现工厂自动化（FA）网络化的分布式系统使现场设备层的执行、车间控制层的监控、工厂管理层的信息调度连成一个整体，进而创造出更高的经济效益HUB中央控制室光纤适配器CS1DControllerLink光纤冗余环网DeviceNetCS1CS1CS1S……工厂自动化控制网络系统管理层控制层设备层Ethernet100M光纤以太环网模拟屏NTProfibus……兼容性随着工业自动化技术的发展，今后将更加注重PLC与其他智能控制系统的兼容性，如PLC与工业控制计算机、集散控制系统、嵌入式计算机系统、现场总线等的渗透与结合，不断拓宽PLC的应用范围SYSMACBUSPCLinkEthernetHostLinkCompoBus/SControllerLinkInformationNetworkControllerNetworkComponentsNetworkSNTME-NETOMRON专有的开放的SLKCompoBus/DDeviceNetProfibus标准化各公司生产的PLC自成体系，不同公司的产品无法通用，相互间不能通信联网，造成用户在使用上的不方便。因此，制定PLC的国际标准是今后发展的趋势第二节PLC的特点和应用通用性强，使用方便PLC产品系列化、模块化，用户可方便地配置出满足不同控制规模的系统一、PLC的主要特点可编程序控制器的主要特点有哪些？功能强，适应面广PLC具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制，模拟量输入/输出等功能，既可控制开关量，也可控制模拟量可进行单机控制、生产线控制、生产过程控制以及联网控制抗干扰能力强，可靠性高硬件上采用光耦隔离设置多种滤波电路内部采用电磁屏蔽采用开关稳压电源软件上故障自诊断功能软件狗(WatchingDog)技术可方便地构成双机冗余热备系统制造商为提高PLC的可靠性采用了那些措施？OMRON的CS1D双机冗余系统DuplicationofCPU,PSandCLKunit编程语言简单易学PLC采用梯形图语言，与继电器线路相似安装调试简单，维修方便PLC内部不需接线，安装工作量小I/O配有LED指示灯，调试维修方便模块更换方便体积小、重量轻，易于实现机电一体化PLC体积小，适应环境能力强，因此很容易安装在机械设备内部，是机电一体化设备中较为理想的控制装置二、PLC的应用范围开关量的逻辑控制PLC控制开关量的能力很强，所控制的输入/输出点数从几十点到几千点所控制的逻辑可以是：组合的、时序的、延时的、计数的，都可以控制PLC的应用范围主要有哪些？运动控制通过PLC的运动控制模块可控制伺服电机、步进电机的转动，实现对机械运动的精确控制回路控制模块CS1W-LCU001Ｉ／Ｏ模块CPU电源闭环过程控制PLC可对连续过程回路进行控制，实现很高的控制精度数据处理PLC能进行算术运算、数据传送、数据转换、数据比较、数据显示等。中大型PLC还具有浮点运算、开方、函数运算等功能通信网络控制PLC与PLC之间PLC与可编程终端PLC与计算机之间PLC与其他智能设备PLC2-2PLC2-3PLC2-4工程师站Modem光环快速以太网100M天津咸阳路污水处理厂自控系统操作站OS操作站OSPLC3PLC1-1ModemPLC1-3PLC1-2PLC2-5ModemControllerLink(2M)RS2公共电话网ControllerLink(2M)PLC2-15.7寸触摸屏10.4寸触摸屏多屏幕显示器多屏投影服务器Web服务器初沉泵房201－3第三分控站回流泵房106－5初沉泵房201－2初沉泵房201－1回流泵房106－4回流泵房106－3回流泵房106－2回流泵房106－1RS2PLC4CS1雨水泵房第四分控站出水泵房RS2PLC1第一分控站进水泵房沉砂池计量槽第一分变电站加药间浓缩池浓缩泵房储气罐燃烧器PLC2RS2第二分控站鼓风机房加氯间中央控制室PLC-M密云路泵站PLC-X咸阳路泵站污泥消化系统污泥干化系统电站自动化系统RS2第三节PLC与其他工业控制系统的比较组成的器件不同继电器系统中使用的是硬件继电器PLC内部是“软继电器”，实质上是IC触发器触点的数量不同硬件继电器触点少，一般仅4个触点软继电器的触点在编程中可无限使用一、PLC控制系统与继电器控制系统的比较控制方法不同硬件继电器靠触点的接线逻辑实现控制功能PLC是通过软件编程来实现控制功能，修改方便工作方式不同继电器控制系统中，继电器触点间存在“竞争”PLC采用循环扫描工作方式，控制更加可靠PLC控制系统与继电器控制系统的比较项目继电器控制PLC控制控制功能的实现通过继电器接线通过编制程序对工艺变更的适应性改变继电器接线修改程序控制速度触点机械动作较慢电子器件速度快安装调试连线多，调试麻烦安装容易，调试方便可靠性触点多，可靠性差PLC内部无触点，可靠性高寿命短长可扩展性难容易维护工作量大，故障不易查找有I/O指示和自诊断，维护方便与继电器控制系统比较，PLC控制系统有什么优点？二、PLC控制系统与工业计算机控制系统的比较工业计算机总线标准化程度高、品种兼容性强、软件资源丰富、有实时操作系统支持，在要求快速、实时性高、模型复杂的工业控制中占有优势但工业计算机尚不能适应恶劣的工作环境，此外还要求操作人员具有一定的计算机知识，因此不如PLC那样容易维护项目工业计算机控制PLC控制工作目的科学计算，数据管理工业控制工作环境空调房工业现场工作方式中断方式扫描方式系统软件需要强大的系统软件支持只需简单的监控程序采用的特殊措施断电保护抗干扰、掉电保护、自诊断等编程语言汇编语言、高级语言梯形图、助记符对使用者要求具有一定的计算机基础短期培训即可使用对内存要求容量大容量小其他I/O模块多，容易构成控制系统PLC控制系统与工业计算机控制系统的比较随着PLC更多地采用计算机技术，同时工业计算机向提高可靠性的方向发展，两者间相互渗透，差异越来越小。他们将继续共存，在一个控制系统中，使PLC集中在功能控制上，工业计算机集中在信息处理上，各显神通预习第二章思考题PLC主要由哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？PLC的CPU模块在PLC中起什么作用？PLC常用哪几种存储器？它们各有什么特点？分别用来存储什么信息？PLC有哪几种开关量输入形式？输入单元为何需要设置光电隔离电路？PLC有哪几种开关量输出形式？各适用于什么负载？模拟量I/O模块做什么用？它们的精度用什么参数表示？PLC内部有软件计数器，为什么有时还要用高速计数模块？PL