第四章可编程逻辑控制器

自动化装置第四章自动化装置自动化装置课程内容结构第一章总论第二章模拟式和数字式仪表第五章集散控制系统第二部分单元组合式仪表及执行器第四章可编程逻辑控制器第三章执行器第六章现场总线控制系统第三部分主流自动化装置第四部分不断发展中的自动化装置自动化装置第三章内容回顾一、执行器概述二、电动调节阀三、气动调节阀自动化装置一、PLC概述二、SIMATICS7-300PLC及指令系统三、基于PLC的发酵过程控制系统设计可编程逻辑控制器自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器早期逻辑控制为主ProgrammableLogicalController——PLC可编程序控制器(可编程控制器)ProgrammableController——PC本义自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器原动力——60年代末期，美国的汽车工业的迅速发展。在PLC问世以前，继电器控制在顺序控制领域中占有主导地位，但由继电器构成的控制系统对生产工艺多变化的系统适应性极差。初衷——开发新的可编程序的控制设备取代继电器控制系统。美国DEC于1969年根据通用公司的要求，研制出了世界上第一台可编程序控制器PDP-14，并在的汽车生产线上获得成功应用。在经历了几十年的发展，PLC及PLC网络成为了工厂企业中不可或缺的一类工业控制装置。PLC的产生自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的特点上述特点使PLC在设计、结构上具有其它许多控制器所无法相比的优越性，使PLC广泛应用于各种工业领域。•可靠性高、适应恶劣工业环境的能力•功能完善(控制功能、网络功能)，通用灵活•编程简单、使用维护方便•PLC还具有接线简单、系统设计周期短、体积小、易于实现机电一体化等特点自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的分类按地域范围美国流派欧洲流派日本流派按结构一体化模块化通信接口I/O接口ROMRAM电池CPU上位机……电源AODOAIDI执行器测量仪表其它外设……总线连接器电源模块CPU模块通信模块I/O模块DIN导轨模块DIN导轨自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器按厂家分类在我国占有较大市场份额、较有影响的公司和PLC有：•SIEMENS公司80年代S5系列PLC（更早还有S3系列PLC）90年代S7系列PLC，主要有S7－200系列：小型PLCS7－300系列：中型PLCS7－400系列：大型PLC√二者的编程语言、使用方式基本相同自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器按厂家分类•OMRON公司80年代初主要有C系列PLC，如C2000、C500、C20……随后出现C系列P型机，如C20P……[普通型号尾部加“P”]80年代后H型机，如C20H、C2000H……，尾部加字母“H”SP系列超小型PLC，如SP20……，点少/价低/速度极快90年代初推出大型机CV系列和小型机CQM1，前者性能比大型H机更高，后者为无底板、模块式结构，速度比中型机C200H还快97年推出P型机升级产品，即CPM1A，体积小、通信功能加强99年推出功能更完美的CS1系列PLC……总之，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器按厂家分类美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC美国Modicon公司(被施奈德兼并)美国AB（Alien－Bradley）（罗克韦尔自动化的全球战略品牌）日本三菱公司日本日立公司日本东芝公司日本松下公司日本富士公司等都生产PLC，并有一定的地位。国内PLC厂家规模多不大。例如和利时公司于2004年推出完全自主生产的小型一体化PLC－HOLLiAS-LEC，目前拥有LK系列大型PLC和LM系列小型PLC。一般国产PLC在价格上很有优势。相信会在世界PLC之林中一定有其位置的。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本组成自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本组成自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理PLC的产品很多，不同型号、不同厂家的PLC在结构特征上各不相同，但绝大多数PLC的工作原理都基本相同。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理既然最初PLC的产生是为了取代继电器控制，以下就以一个继电器控制电路为实例，来认识“PLC控制的原理”。要求：有一个启动按钮(无自锁)，有一个停止按钮(无自锁)，按动启动按钮，电机M1运转，过10s钟电机M2运转按动停止按钮，电机M1、M2同时停止。设计：继电器控制回路。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理要求：有一个启动按钮(无自锁)，有一个停止按钮(无自锁)，按动启动按钮，电机M1运转，过10s钟电机M2运转按动停止按钮，电机M1、M2同时停止。设计：继电器控制回路。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理PLC接线原理图自动化装置KM1KM2～COM220VAC0100001001PLC控制等效电路图输入继电器线圈输出触点内部继电器触点000000000101000TIM00TIM000100001001内部输出继电器线圈PLC控制程序（梯形图）输入部分输出部分控制部分SB200001SB100000COM24VDC自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理：PLC等效电路图输入部分输出部分控制部分接收操作指令(启动、停止按钮等)，PLC的每个输入点对应一个内部输入继电器，当输入点与输入COM端接通时，输入继电器线圈通电，它的常开触点闭合、常闭触点断开这一部分是用户编制的控制程序，通常用梯形图的形式表示。系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句，对它们的内容进行解释并加以执行，有需要输出的结果则送到PLC的输出端子，以控制外部负载的工作。根据程序执行的结果直接驱动负载。在PLC内部有多个输出继电器，每个输出继电器对应输出端的一个硬触点，当程序执行的结果使输出继电器线圈通电时，对应的硬输出触点闭合，控制负载的动作。自动化装置4.1PLC概述可编程逻辑控制器PLC的基本工作原理PLC循环扫描的工作过程自动化装置4.2SIEMENSPLC300一、系统组成二、系统配置三、指令系统简介四、程序结构五、S7PLC的网络通信可编程逻辑控制器自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成S7-300PLC的硬件构成：CPU模块接口模块（IM）I/O模块（SM）功能模块（FM）电源模块（PS）导轨（RACK）等自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（1）、CPU单元SIMATICS7-300有多种性能级别的CPU：⒈各种CPU均封装在一个紧凑的塑料壳体内。⒉CPU上集成有MPI多点接口，MPI接口可以使PLC与其它PLC、OS、PG、OP等建立通信联系，用MPI接口可建立由多个站点组成的简单网络。⒊CPU31x–2集成了Profibus-DP接口，适用于大范围分布式自动化结构。4.通过模块扩展，可以实现EtherNet通信。5.执行速率、存储器容量、可扩展I/O点数等都随着CPU序号的递增而增加。自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（1）、CPU单元CPUCPU312IFMCPU313CPU314CPU315-2DP工作存储器6KB12KB24KB64KB内部装载存储器20KBRAM20KBEEPROM20KBRAM40KBRAM96KBRAM扩展装载存储器——4MFEPROM4MFEPROM4MFEPROMDI（最大）256+10（集成）25610241024（8192）DO（最大）256+6（集成）25610241024（8192）AI（最大）6464256256（512）AO（最大）3232128128（512）最大机架数（模块数）1（8）1（8）4（32）4（32）CPU集成DP接口——————1CPU集成MPI接口√√√√自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)模拟量值的表示方法SM331的输入测量范围很宽，可直接输入电压、电流、电阻、mV等信号。单极性电压、电流输入的数字化表示：双极性是什么意思？自动化装置LPIW400//从端口地址400读入十进制转换结果T#Dec_in//存入临时变量Dec_inCALLSCALE//直接调用系统提供的转换函数，以下是输入输出参数IN:=#Dec_in//入口参数：十进制转换结果HI_LIM:=2.000000e+002//入口参数：工程量上限200，单位kPaLO_LIM:=0.000000e+000//入口参数：工程量下限0BIPOLAR:=FALSE//入口参数：TRUE为双极性，FALSE为单极性RET_VAL:=#ret//出口参数：返回值OUT:=#In_result//出口参数：工程量转换结果4～20mA1～5VDC0～10mA0～20mA……数字量0～27648-27648～27648AI模块转换程序工程量，如：0～200kPa变送器：把（0－200kPa）转换为（4－20mA）模块：把（4－20mA）转换为（0，27648）程序：把（-27648，27648）或（0，27648）转换为（0－200kPa）的值，供程序调用自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)SM331模块的硬件设置2种规格型号：8通道、2通道※模拟量模块装有量程块，调整量程块的方位可改变模块内部的硬件结构。※每两个相邻输入通道共用一个量程块，构成一个通道组。※量程块是一个正方体的短接块，在上方有“A”，“B”，“C”，“D”四个标记。※不同的量程块位置，适用于不同的测量方法和测量范围。自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)SM331量程块设置对应关系：设置标记对应的测量方式及范围缺省设置A电压：1000mV电阻：150Ω、300Ω、600Ω、Pt100、Ni100热电偶：N、E、J、K等各型热电偶电压：1000mVB电压：10V电压：10VC电流：20mA（4线制变送器输出）电流：4～20mA（4线制）D电流：4～20mA（2线制变送器输出）电流：4～20mA（2线制）自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)SM331模块的软件设置自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)SM331模块的信号连接电压信号电流信号二线制电流四线制电流毫伏信号电阻信号输入信号类型：自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)电压信号连接模块配置成电压输入(B)L＋MM－M+M+M－光隔MANAADC总线U＋－U＋－自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)电流信号连接两线制仪表与四线制仪表？模块配置成四线制电流输入(C)，只接收4～20mA电流L＋MM－M+M+M－光隔MANAADC总线I4~20mA24VDC/220VACI4~20mA24VDC/220VAC四线制仪表四线制输入自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331)电流信号连接两线制仪表与四线制仪表？模块配置成四线制电流输入(C)，只接收4～20mA电流L＋MM－M+M+M－光隔MANAADC总线I4~20mA＋－24V电源＋－二线制仪表四线制输入自动化装置4.2SIEMENSPLC300可编程逻辑控制器一、系统组成（2）、模拟量输入模块(SM331