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三、PLC基础•PLC控制系统的产生和定义•PLC控制系统的组成•PLC控制系统的工作原理•PLC控制系统的编程PLC控制系统的产生和定义(1)•PLC控制系统的产生:–70年代以前的控制系统•继电器控制系统–将继电器,定时器,接触器,按一定的逻辑关系连接起来,组成控制系统PLC控制系统的产生和定义(2)继电器控制系统的优缺点:–优点:结构简单,容易掌握,价格便宜适用于工作模式固定,工作方式简单的场合–缺点:对大系统,设计连线复杂,控制柜庞大,故障点多,维修困难,通用性/灵活性差.不支持网络通讯PLC控制系统的产生和定义(3)用户对控制系统的要求:–现场可修改控制逻辑(编程)–维修方便,采用模块化结构,即插件式–可靠性高–体积小–方便系统的升级和扩展–可以存储用户程序–具有数据通讯功能PLC控制系统的产生和定义(4)美国于60年代末期研制成功世界上第一台可编程序控制器-PLC(ProgrammableLogicController)用以替代继电接触器控制.其主要功能是执行:–继电器逻辑–计时–计数等PLC控制系统的产生和定义(5)国际电工委员会(IEC)对可编程序控制器的定义:–1987年2月…是一种数字运算的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算数运算等操作的指令,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,可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统连成一个整体,易于扩充功能的原则设计PLC控制系统的产生和定义(6)PLC发展阶段•第一代(60-70年代中期)：为满足工业自动化取代继电器控制盘而设计开发，采用集成电路，提高了抗干扰性,提出了梯形图语言;•第二代(70年代中期-80年代后期)：采用微处理器作为中央处理单元,增加了运算、通信、诊断、新型I/O、特殊功能模块。•第三代(90年代-现在）：为适应柔性制造系统（FMS）的发展而设计，重视软件，重视网络通信,强调高速、高功能和开放性。•下一代:体积更小,编程更方便,网络功能更强PLC控制系统的产生和定义(7)•世界第一台PLC------美国数字设备公司（DEC，1969）•1971年日本生产出第一台可编程控制器•1973年西欧生产出第一台可编程控制器•美国RockwellAutomation的A-B•德国西门子•法国施耐德•美国GE•日本三菱和欧姆龙（OMROM）PLC的技术特点•PLC技术特点•高可靠性•输入输出采用光电隔离•输入采用R-C滤波•采用屏蔽措施•采用性能优良的开关电源和器件•具有自诊断功能•大型PLC采用双重或多重系统冗余•平均故障间隔时间达到几十万小时（称无故障设备）•丰富的I/O接口•可针对不同的工业现场信号（交直流、开关和模拟、电压和电流、脉冲和电平、强电和弱电等）和不同的输出控制设备（如按钮、开关、变送器、电磁线圈、电机启动器、控制阀等）•采用模块化结构•PLC各个部件都采用模块化结构：如CPU、电源、I/O、通信和特殊功能模块•编程简单易学•安装简单，维修方便•不需要专用机房•模块均设有故障指示•有些模块可以带电插拔•系统配置灵活方便•可组成网络化控制系统•速度越来越快、体积成本越来越小•缺点：标准化程度不够，各个公司产品不兼容PLC应用范围•逻辑控制•定时控制•计数控制•顺序控制•PID控制•数据处理•通信和联网•其它特殊功能控制（定位、CRT控制）PLC控制系统的组成电源模块编程设备微处理器存储器CPU模块输入模块外部设备输出模块外部设备PLC控制系统的基本组成(1)Allen-BradleyA-BQualityRUNREMPROGLogix5555™RUNOKRS232BATI/OETHERNETRXDTXDOKETHERNETRXDTXDOKETHERNETRXDTXDOK处理器I/O模板I/O模板I/O模板机架电源ETHERNETRXDTXDOKI/O模板编程器PLC控制系统的基本组成(2)1.CPU模块:可编程序控制器的核心,由微处理器和存储器组成•微处理器:1)系统自检和初始化2)接收来自编程设备的用户程序和数据3)对设备的状态和用户程序进行诊断4)运行用户程序5)实现与外部设备的通讯一般用处理器的处理速度和I/O能力来说明PLC控制系统的基本组成(3)•存储器:1)系统存储器(ROM,FlashROM)用于存储:•操作系统程序•用户指令解释程序•编译程序•系统诊断程序•通讯管理程序不可以修改2)用户存储器(RAM,EPROM,EEPROM)分为:•用户程序存储器-存储用户程序•用户数据存储器-存储运算数据PLC控制系统的基本组成(4)•输入/输出模块:PLC与现场设备连接的接口–输入模块:用于接收和采集现场设备的输入信号:开关量输入模块:直流信号:24VDC,48VDCTTL信号5VDC交流信号:110VAC,220VAC模拟量输入模块:直流信号:4-20mA,0-5VDCPLC控制系统的基本组成(5)–输出模块:用于向执行机构输出控制信号:开关量输出模块:直流信号:24VDC,48VDC交流信号:110VAC,220VAC触点信号:AC/DC模拟量输出模块:直流信号:4-20mA,0-5VDCPLC控制系统的基本组成(6)–特殊模块:(智能模块)热电阻输入:Pt(铂电阻)热电偶输入:~mV高速计数(脉冲输入)PI脉冲流量计称重注塑定位模块ASCII/BASIC模块通讯模块(ModBus,Profilbus)PLC控制系统的基本组成(7)–编程设备:用于输入,检查,修改,调试用户程序.在线监视PLC系统的工作状态–电源模块:将交流或直流电源转换成供PLC系统工作的电源(通过机架的基板供电)外挂式或机架内安装编程器PC机+编程软件专用编程器Allen-BradleyA-BQualityRUNREMPROGLogix5555™RUNOKRS232BATI/OETHERNETRXDTXDOKETHERNETRXDTXDOKRUNREMPROGLogix5555™RUNOKRS232BATI/OETHERNETRXDTXDOKETHERNETRXDTXDOKPLC的主要性能指标•存储容量----包括程序存储器和数据存储器（1K~2M）–数字量I/O建立的文件-----输入输出映象表–模拟量I/O建立的文件-----块传送文件•控制容量–I/O容量，通常以数字量（离散量）计算•扫描周期–处理器扫描时间=输入扫描+程序扫描（逻辑扫描）+输出扫描+内务处理–I/O扫描时间-----把输入数据从输入模块读入到输入映象表中的时间-----把输出映象表的数据写到输出模块的时间•指令功能及软件支持–继电器指令、定时器和计数器指令、计算指令、数据转换指令、比较、数据传送、立即I/O、程序控制、PID控制、顺序功能流程图–编程软件、仿真软件•网络及通信IEC61131－3•IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）61131-3是IEC61131国际标准的第三部分,是第一个为工业自动化控制系统的软件设计提供标准化编程语言的国际标准。•该国际标准的制定，是IEC工作组在合理地吸收、借鉴世界范围的各可编程序控制器（PLCs）厂家的技术、编程语言、方言等的基础之上，形成的一套新的国际编程语言标准。•第一个国际认可的工业自动化编程语言和概念标准•适用于PLCDCSHMI及FCS•6个部分和1份勘误报告以及2个技术报告和1份修订•结构：POU（程序组织单元）•变量、数据类型和公共元素PLCopen国际组织•1992年PLCopen成立，这是一个独立于制造商和产品的国际组织，总部位于荷兰。目前已有为数众多的PLC制造商、软件公司和研究院所是这个国际组织的成员。PLCopen专门致力于IEC61131标准的推广并取得了很大的成功，世界上著名的自动化设备制造商如西门子、罗克韦尔、ABB、施奈德、GE、三菱、富士等都推出了不同程度IEC61131-3兼容级的产品。部分：•Part1:综述；•Part2:硬件；•Part3:可编程语言；•Part4:用户导则；•Part5:通信；•Part6:现场总线通信；•Part7:模糊控制编程；•Part8:编程语言的实施方针。IEC61131国际标准•IEC61131-3是IEC61131中最重要、最具代表性的部分。•IEC61131-3国际标准将是下一代PLC的基础。•IEC61131-5是IEC61131的通信部分，通过IEC61131-5，可实现可编程序控制器与其它工业控制系统，如机器人，数控系统，现场总线等的通信。•61131-3国际标准得到了包括有美国AB公司、德国西门子公司等世界知名大公司在内的众多厂家的共同推动和支持，它极大地改进了工业控制系统的编程软件质量及提高了软件开发效率；•它定义的一系列图形化语言和文本语言，不仅对系统集成商和系统工程师的编程带来很大的方便，而且对最终用户同样会带来很大的方便；•它在技术上的实现是高水平的，有足够的发展空间和可扩展性；应用领域•IEC61131-3标准最初主要用于可编程序控制器（PLCs）的编程系统，但它目前同样也适用于过程控制领域、分散型控制系统、基于控制系统的软逻辑、SCADA等。•IEC61131-3国际标准因其具有的诸多优点，也正在受到越来越多的国内公司、厂商的重视和采用采用IEC61131-3国际标准的必要性1．对系统“开放性”的要求2．传统PLC梯形图编程的缺点–不同PLC产品的梯形图符号和编程变化很大–有限的数据封装能力–有限的程序可重用性–不支持数据结构–支持有限的对顺序操作功能编程–程序执行的局限性：–执行算术操作的局限性：采用IEC61131-3国际标准的优点因采用一致的IEC61131-3国际标准编程，各个PLC厂家的编程系统都是统一的，因而，对用户来说具有如下优点：1.减少了人力资源，如培训、调试、维护和咨询的浪费2.高水平软件再使用性，它聚焦于解决控制中的问题3.减少了编程中的误解和错误4.适用于宽环境范围的编程技术：通用的工业控制连接来自不同程序、项目、公司、地区或国家的部件IEC61131-3软件•符合IEC61131-3的软件系统是一个结构完美、可重复使用、可维护的工业控制系统软件，不但能被应用在PLC（可编程控制器），而且还能被应用在控制工业及制造过程的一切软件中，是一种先进的工业控制编程系统。应用PLC系统的直接数字控制系统IEC61131-3标准的内容•IEC61131-3标准包括两部分：•编程–编程部分描述了两个重要模型：•IEC软件模型•通讯模型。•公共元素公共元素定义了编程系统中需要的的数据类型。公共元素•公共元素描述了IEC61131-3五种编程语言、IEC软件模型及通讯模型中需用到的全部公共编程元素的变量和数据类型，•给出了如何命名这些软件元素、声明变量、变量及数据类型的初始化等规则，•是实现IEC61131-3编程系统不可缺少的有机组成部分。IEC软件模型和通信模型•IEC软件模型从理论上描述了如何将一个复杂的程序分解为若干个小的不同的可管理部分，并且在各个被分解部分之间有清晰的和规范的接口的方法；•描述了一台PLC如何实现多个独立程序的同时装载、运行；•描述了系统如何实现对程序执行的完全控制等。•通讯模型同样从理论上描述了不同程序组织单元（POU–ProgramOrganizationUnits）之间如何交换信息的方法。程序组织单元包括程序，功能块和功能。IEC软件模型IEC软件模型•软件模型是一种分层结构，每一层隐藏了其下层的许多特征。IEC61131-3具有的这种分层结构，构成了IEC61131-3软件优越于传统的PLC软件的理论基础，是IEC61131-3软件先进性的体现。1.配置、资源、程序和任务2.功能块和功能3．变量和存取路径配置、资源