PLC综述

Date:2020/3/11File:SSP1_01C.1SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation第1章可编程序控制器综述(PLC的发展与应用)Date:2020/3/11File:SSP1_01C.2SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation1.1可编程序控制器产生与发展1.2可编程序控制器的特点与分类1.3可编程序控制器的组成与工作过程1.4可编程序控制器的硬件基础1.5可编程序控制器的软件基础1.6可编程序控制器网络基础1.7可编程序控制器Date:2020/3/11File:SSP1_01C.3SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation1.1可编程序控制器产生与发展可编程序控制器广泛地应用于工业控制。它通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有可靠性高、稳定性和实时处理能力强的优点。可编程序控制器是把计算机技术与继电器控制技术有机结合起来，为工业自动化提供的几乎完美的现代化自动控制装置。1.接线程序控制系统在现代化生产过程中，许多自动控制设备、自动化生产线，均需要配备电气控制装置。电气控制装置的输入信号有按钮、开关、时间继电器、压力继电器、温度继电器、过流过压继电器；电气控制装置的输出信号有接触器、继电器、电磁阀。这些信号只有闭合与断开两种工作状态。这类物理量被称为开关量或数字信号。另一类设备，其输入信号是压力传感器、温度传感器、湿度传感器等信号，输出信号是伺服电机、电动阀、距离、速度等控制信号。这类物理量是一种连续变化量，叫做模拟量或模拟信号。以往的电气控制装置主要采用继电器、接触器或电子元件来实现，由连接导线将这些器件按照一定的工作程序组合在一起，以完成一定的控制功能，这种控制叫做接线程序控制。接线程序控制的电气装置体积大，生产周期长，接线复杂，故障率高，可靠性差。控制功能略加变动，就需重新组合、改变接线。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.4SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation2.可编程序控制器产生1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出一种设想：把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置。这种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用，并提出十项招标指标。美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器PDP—14，并在汽车自动装配线上试用获得成功。该设备用计算机作为核心设备。其控制功能是通过存储在计算机中的程序来实现的，这就是人们常说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）。进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，也使得可编程序控制器逐步形成了具有特色的多种系列产品。系统中不仅使用了大量的开关量，也使用了模拟量，其功能已经远远超出逻辑控制、顺序控制的应用范围。故称为可编程序控制器（ProgrammableController，简称PC）。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写名字。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.5SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation3.存贮程序控制系统例如，有两个开关K1、K2。控制要求，只有两个开关都接通时小灯D1才亮。当D1亮２秒钟后小灯D2开始亮。当开关K3切断时两个小灯就同时熄灭。1)接线程序控制2）存贮程序控制（PLC控制）Date:2020/3/11File:SSP1_01C.6SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation4.可编程序控制器发展同计算机的发展类似，目前可编程序控制器正朝着两个方向发展。一是朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。如OMRON公司的CQM1、SIEMENS公司的S7-200一类可编程序控制器。这种可编程序控制器可以广泛地取代继电器控制系统，用于单机控制和规模比较小的自动化生产线控制。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.7SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation二是朝着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化方向发展。这类可编程序控制器一般为多处理器系统，有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。系统不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，还具备数值运算、模拟调节、实时监控、记录显示、计算机接口、数据传送等功能，还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。通过网络可以与上位机通讯，配备数据采集系统、数据分析系统、彩色图像系统的操纵台，可以实现自动化工厂的全面要求。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.8SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation1.2可编程序控制器的特点与分类国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器作了如下的规定：“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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。可编程序控制器及其有关设备、都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出了可偏程序控制器的特点和应用领域。1.可编程序控制器的特点可编程序控制所以被广泛使用，是由它的突出的特点和优越的性能分不开的。归纳起来，可编程序控制器主要具有以下特点。可靠性高例如三菱Ｆ１和Ｆ２可编程序控制器平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。环境适应性强在环境温度-20℃~65℃、相对湿度为35％~85％情况下可正常工作。灵活通用使用方便、维护简单整个连接过程仅需要一把螺丝刀即可完成。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.9SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation2.可编程序控制器的分类可编程序控制器是由现代化大生产的需要而产生的，可编程序控制器的分类也必然要符合现代化生产的需求。一般来说可以从三个角度对可编程序控制器进行分类。其一是从可编程序控制器的控规模大小去分类，其二是从可编程序控制器的性能高低去分类，其三是从可编程序控制器的结构特点去分类。(1)按控制规模分类可编程序控制器可以分为大型机、中型机和小型机。小型机:小型机的控制点一般在256点之内,适合于单机控制或小型系统的控制。日本OMRON公司CQM1处理速度0.5~10ms/1k字存贮器3.2~7.2k数字量192点，模拟量44路德国SIEMENSS7-200处理速度0.8~1.2ms存贮器2k数字量248点，模拟量35路Date:2020/3/11File:SSP1_01C.10SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation中型机:中型机的控制点一般不大于2048点,可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，它适合中型或大型控制系统的控制。日本OMRON公司C200HG处理速度0.15~0.6ms/1k字存贮器15.2~31.2k数字量1184点德国SIEMENSS7-300处理速度0.8~1.2ms存贮器2k数字量1024点，模拟量128路网络PROFIBUS工业以太网MPIDate:2020/3/11File:SSP1_01C.11SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation大型机大型机的控制点一般大于2048点,不仅能完成较复杂的算术运算还能进行复杂的矩阵运算。它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。日本富士公司F200处理速度2.5ms/1k字存贮器32kI/O点3200日本OMRONCV2000处理速度0.125ms/1k字存贮器62kI/O点2048德国SIEMENSS7-400处理速度0.3ms/1k字存贮器512kI/O点12672德国AEGA500处理速度1.3ms/1k字存贮器62k64kI/O点5088Date:2020/3/11File:SSP1_01C.12SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation（2）按控制性能分类可编程序控制器可以分为高档机、中档机和低档机。低档机这类可编程序控制器，具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。比如，日本OMRON公司生产的C60P就属于这一类。中档机这类可编程序控制器，具有较强的控制功能和较强的运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的输入输出模块的数量也比较多，输入和输出模块的种类也比较多。比如，德国SIEMENS公司生产的S7-300就属于这一类。高档机这类可编程序控制器，具有强大的控制功能和强大的运算能力。它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能带的输入输出模块的数量很多，输入和输出模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。比如，德国SIEMENS公司生产的S7-400就属于这一类。Date:2020/3/11File:SSP1_01C.13SIMATICS7SiemensAG2000.Allrightsreserved.InformationandTrainingCenterKnowledgeforAutomation（2）按结构去划分整体式整体式结构的可编程序控制器把电源、CPU、存储器、I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫做作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不符合需要时，可再接扩展单元。整体式结构的特点是非常紧凑、体积小、成本低、安装方便。组合式组合式结构的可编程序控制器是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、