第1章-PLC概述

课程名称：PLC原理及应用课程地位：测控技术及仪器专业核心课程课时：课内讲授20学时，实验20学时PLC能干什么：自动控制系统的程序设计、安装、调试和运行控制，PLC已经进入各个行业，无处不在课程怎么上（教学方法）：课程集理论、实践于一体，讲师授课，学生听课，布置实验项目和任务，每2人一台电脑和一台PLC试验台，要求每个同学独立完成每个项目内容，实现教、学、练、做一体化，老师记录每次调试结果学生怎么学（学习方法）：听懂每个知识点，独立练习每个实验项目的任务，整理程序和技术档案，认真完成实验、总结、收获和问题怎么考核：综合成绩，分三部分，知识50%（闭卷笔试）、实验技能30%（给定实验项目，设计、编程、调试、模拟运行）、平时成绩20%（考勤、纪律、作业等）第1章PLC概述1.1PLC的基本概念与基本结构1.2PLC的特点与应用领域学习目标了解PLC的产生、发展、定义和特点，知道西门子PLC的几种系列产品知道PLC控制系统与继电器控制系统的区别可编程控制器的产生1.1PLC的基本概念与基本结构在可编程控制器问世以前，人们利用电磁继电器来控制顺序型的设备和生产过程。20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，人们试图用小型计算机来实现工业控制，但因种种原因，一直未能得到推广应用。继电器逻辑电路配线复杂背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。1968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司研制第一台可编程逻辑控制器，并应用于工业现场。是一种工业控制装置是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。通用叫法什么是PLC？1.1.1PLC的基本概念“可编程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的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1987年，国际电工委员会（IEC）定义：PLC的定义是什么？功能？设计原则1.1.2PLC的基本结构PLC硬件系统组成CPU存储器I/O单元电源扩展接口编程设备其他部件PLC系统示意图西门子s7-300plc西门子s7-400plc西门子s7-200plc西门子s7-1200plc外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器～110V/220V市电PLC基本单元PLC系统结构示意图1.2.1PLC的特点1.2.功能强，性能价格比高3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4.可靠性高，抗干扰能力强5.系统的设计、安装、调试工作量少6.7.体积小，能耗低1.2PLC的特点与应用领域1.编程方法简单易学PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。1.2.1PLC的特点2.功能强，性能价格比高一台小型PLC内部有成百上千个可供用户选择的编程原件，可以实现非常复杂的功能。与相同功能的继电器控制系统相比，具有很高的性能价格比。1.2.1PLC的特点3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。1.2.1PLC的特点4.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。1.2.1PLC的特点5.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。1.2.1PLC的特点6.故障率很低，具有完善的自诊断和显示功能。7.体积小，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2.1PLC的特点PLC与继电器控制系统的区别控制逻辑：软－硬工作方式：并行－串行可靠性和可维护性控制速度定时控制设计和施工PLC与计算机（PC）控制系统的区别应用领域：PC除用于工业控制，还用于数值计算、数据处理等工作环境：PC要求无尘，干扰较小且温湿度要求适合，PLC采用屏蔽、光隔离等措施，更适合工业环境功能范围：PC可以管理，PLC主要是监控运算速度：PC高速程序语言：PC语言丰富，语句关系复杂1.2.2PLC的应用领域1.开关量逻辑控制2.运动控制3.闭环过程控制4.数据处理5.通信联网1.2.2PLC的应用领域1.开关量逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域。用它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。2.运动控制PLC可用于直线运动或圆周运动的控制。3.闭环过程控制PLC通过模拟量的I/O模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换。可实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的PID控制。4.数据处理现代的PLC具有数学运算、数据传递、排序、查表以及位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。5.通信联网PLC的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位机之间以及PLC与它的智能设备之间的通讯。小结1.PLC的产生、发展、定义和特点，西门子PLC的几种系列产品2.与继电器控制系统相比，PLC具有哪些优点？3.PLC可以应用在哪些领域？