PLC工业控制技术概况(1)

1、1 1 PLC工业控制技术概况 2006年电气自动化技术应用“双师型”教师型培训班 2 2 一、维修电工技术人员应掌握的新技术“三器” 所谓三器通常是指传感器、执行器、控制器 1、几种常用传感器的简单介绍： 1）开关量：电容、电感、光电、激光扫描器、安全光幕光栅传感器等 2）模拟量：温度、压力、流量、转速、液位、超声波传感器等 3）机器视觉传感器 4）无线射频电子标签传感器 3 3 传送 转速、频率 计数 定位 基于射频的辨识 条码、二维码和字符识别 视觉检测 距离测量 形状和尺寸检测 有无判别 定位 位置检测 BERO / IQSense SIMATIC 机器视觉机器视觉 MOBY 传感器应

2、用实例传感器应用实例 传感器的应用范围 4 4 电感式电感式光电式光电式 超声波超声波电容式电容式 5 5 BERO-接近开关传感器接近开关传感器 SIGUARD-安全光幕光栅安全光幕光栅 和激光扫描器和激光扫描器 MOBY-无线射频电子标无线射频电子标 签签 Machine Vision-机器视机器视 觉觉 6 6 装配线装配线: “零件有无判别零件有无判别” 传送带传送带: “控制工作流程控制工作流程” 装配线装配线: “交叉运输交叉运输” 装配线：控制工装配线：控制工 件运送设备件运送设备 传送带传送带: “按不同运输按不同运输 箱体分类箱体分类” 装配机械装配机械: “传送带传送带”

3、光电型应用实例 7 7 通过一个金属针通过一个金属针 脚来检测存在性脚来检测存在性 检测选择零件的检测选择零件的 末端末端 支撑物的位置和有支撑物的位置和有 无检测无检测 转速和频率测量转速和频率测量 电感式传感器应用 8 8 定位：在生产过 程中控制夹具 高度精确检测高度精确检测高操作频率高操作频率 计数：在传送带 上和分拣线上 非接触测量非接触测量 扫描：门控， 电梯系统 快速循环扫描快速循环扫描 脉冲检测：用于 控制定位和旋转 测量 电感式传感器应用 9 9 制造业制造业 例如原料控制 定位/测量 存在性检测 包装机械包装机械 例如细小的塑料丝检测 纸张 非颜色检测 滚轴直径检测 原料分

4、拣原料分拣 例如玻璃或PET 瓶 饮料瓶检测 奶制品 超声波传感器 应用 1010 建筑机械建筑机械 例如起重机控制 铺路机控制 加注液位检测加注液位检测 例如散装原料 粒状原料 其他固态物 液位检测液位检测 例如液体 / 剩余液体 润滑剂 / 清洁剂 油漆 超声波传感器 应用 1111 光栅和光幕光栅和光幕 用于危险区用于危险区 手指和手的手指和手的 防护的光栅防护的光栅 用于水平用于水平 危险区防危险区防 护的光栅护的光栅 用于较大区用于较大区 域的接近防域的接近防 护的光栅护的光栅 用于通道用于通道 防护的光防护的光 栅栅 1212 光栅和光幕在生产线上的应用光栅和光幕在生产线上的应用

5、1313 无人值守系统的应用无人值守系统的应用 无轨电车的碰撞防护无轨电车的碰撞防护 多区域的水平安全区防护多区域的水平安全区防护水平安全区防护水平安全区防护 激光扫描器在工业生产中的应用 1414 无线射频电子标签应用 加工生产加工生产 在物流与装配线上识别读取货物信息。 读/写距离可达到 100 mm。 经济性，达到工业级的数据存储容量。 在流程生产和喷涂车间使用的识别系 统。 读/写距离可达到 150 mm。 大容量的数据信息存储空间。 在传送技术和运输交通物流中使用的 识别系统。 读/写距离可达3m。 安装服务简单，简化了操作工作。 装配线装配线 生产车间生产车间 1515 无线射频电

6、子标签应用 仓储物流仓储物流 货物分配货物分配 物流与分配中使用的识别技术。 读/写距离可达到900mm。 大容量存储空间并耐高温 (最高 +200 C) 实时定位实时定位 实时定位，监控和物料需求中使用 的识别技术。 识别距离300m(实时定位)和 1000m(信号识别) 物流与分配中使用的识别技术。 读/写距离可达到420mm。 工业级的存储空间。 1616 视觉检测传感器应用实视觉检测传感器应用实 例例 字符识别字符识别 工件的鉴别和检测工件的鉴别和检测 1717 轮廓检测轮廓检测 二维码读取二维码读取 1818 不同颜色对象的识别不同颜色对象的识别 测量和检查零件测量和检查零件 191

7、9 样式识别样式识别 控制流水线控制流水线 2020 2、执行器 常用的执行器有：步进电机、伺服电机、直流无刷电机、变频器、电磁阀、交 流电动机、电动调节阀、继电器等多种工业元器件。 交流伺服系统 伺服控制的概念 伺服控制是指对以下伺服控制是指对以下运动变量运动变量进行进行精确精确的控制：的控制： 位置位置 速度速度 加速、减速加速、减速 力矩力矩 步进电机、交流伺服电机、直流无刷电机、交流电机、直流电机的特点 和应用实例。 2121 交流伺服系统交流伺服系统 伺服控制系统的优点伺服控制系统的优点 提高机械的提高机械的响应、速度响应、速度和和灵活性灵活性 提高生产过程的提高生产过程的柔性柔性

8、减小系统建立时间减小系统建立时间 提高设备的提高设备的生产率生产率 提高加工制造提高加工制造精度精度 减少废品减少废品 零速时的零速时的满额扭矩满额扭矩输出输出 超低速的超低速的平稳平稳运行运行 简化简化原有的机械系统，提高性能原有的机械系统，提高性能 2222 交流伺服系统交流伺服系统 典型的伺服控制系统典型的伺服控制系统 速度反馈速度反馈 负载负载 工作台工作台 运动运动 控制器控制器 伺服伺服 放大器放大器 0 to 10VDC 位置环位置环 速度环速度环 编码器编码器 丝杠丝杠 减速器减速器 电机电机 电源电源 交流伺服系统交流伺服系统 典型的伺服控制系统典型的伺服控制系统 速度反馈速

9、度反馈 负载负载 工作台工作台 运动运动 控制器控制器 伺服伺服 放大器放大器 0 to 10VDC 位置环位置环 速度环速度环 编码器编码器 丝杠丝杠 减速器减速器 电机电机 电源电源 2323 交流伺服系统交流伺服系统 交流伺服系统的应用实例交流伺服系统的应用实例 工业机器人及数控机床工业机器人及数控机床 2424 2525 注塑成型机注塑成型机 2626 直流电动机的调速还比较方便，可以通过调节电枢供电电压，电枢中串联 直流电动机的特点 直流电动机调速有三种方法，而且调节电枢供电电压的方法容易实现 平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。尽管直流电动机调速就其性能而言， 可以相当满意，但因其结

10、构夏杂，惯量大，维护麻烦，不适宜在恶劣环境中 运行，不易实现大容量化、高压化、高速化，而且价格昂贵。 电阻，激磁回路串联电阻来实现。 2727 龙门刨床 起重机 2828 步进电机的定义：步进电机的定义： 步进电机是将步进电机是将电脉冲电脉冲转换成转换成角位移角位移的电气机械。的电气机械。 步进电机的种类步进电机的种类 反应式（反应式（VRVR） 永磁式（永磁式（PMPM） 混合式（混合式（HYBRIDHYBRID） 步进电机步进电机 步进电机步进电机 步进电机步进电机 步进电机是一类数字化的执行机构。步进电机是一类数字化的执行机构。 步进电机步进电机 2929 步进电机系统应用实例 喷泉喷头

11、角度控制 数控高压水射流切割机 三画面切换控制三画面切换控制 3030 无刷直流电动机无刷直流电动机 无刷直流电动机的特点无刷直流电动机的特点 转子采用转子采用铁磁铁磁或或稀土稀土永磁材料，低惯量，高效率；永磁材料，低惯量，高效率； 具有直流电机的优良特性：具有直流电机的优良特性：调速性能调速性能好，控制简单；好，控制简单； 没有没有电刷电刷和和机械换向器机械换向器带来的一系列问题：带来的一系列问题： 机械噪声、火花、电磁干扰、寿命机械噪声、火花、电磁干扰、寿命 3131 无刷直流电动机无刷直流电动机 无刷直流电动机的应用无刷直流电动机的应用 高性能家用电器高性能家用电器 变频空调、冰箱、洗衣

12、机等变频空调、冰箱、洗衣机等 计算机外设计算机外设 存贮设备主轴驱动存贮设备主轴驱动 轻工机械、交通用设备轻工机械、交通用设备 食品食品/包装机械包装机械 机器人的驱动机器人的驱动 3232 无刷直流电动机无刷直流电动机 无刷直流电动机应用实例无刷直流电动机应用实例 弧形门弧形门 车载设备：门控、空调车载设备：门控、空调 汽车风扇、雨刷汽车风扇、雨刷理疗按摩床理疗按摩床 3333 变频器分类 调速 定位 伺服 型变 频器 高性 能变 频器 通用 型变 频器 经济 型变 频器 3434 电源直接带动电机电源直接带动电机变频器带动运转变频器带动运转 变频器优点及应用变频器优点及应用 突然启动停止突

13、然启动停止, 软启动软启动/软停止软停止 3535 气动电磁阀、气动调节阀在工业上的应用气动电磁阀、气动调节阀在工业上的应用 3636 3、控制器、控制器 工业上常用的控制器有：工业上常用的控制器有：PLC、单片机、工控机（工业、单片机、工控机（工业PC）等。等。 1、PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。 2、单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC 是单片机应用系统的一个特例。 3、不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量 有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。 而

14、单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、 使用和维护都很困难。 4、对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高， 但成本较高 。 5、对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当 的研发力量和行业经验才能运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样 可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就保证。 PLC和单片机特点的比较：和单片机特点的比较： 3737 2 PLC有哪些特点？ 就其技术而言，所有的PLC大同小异，特点可概括如下： 1） 系列化 各大PLC生产公司一般都有小型、中型、大型

15、PLC三种系列产品。 其分类 根据是I/O点的数目。 2）多处理器 一般小型机是单处理器系统；中型机多为双处理器系统，包 括字处理器位处理器；大型机则为多处理器系统，有位处理器、字处理器和 浮点处理器等。 3）较大的存储能力 存储容量从几千到数兆字节，并具有掉电保存能力。 4）很强的I/O接口 I/O接口有交流的、支流的，电压范围、电流范围等都 大。 5） 智能外围接口 这些接口带独立的处理器和存储器，完成特定的任务。 6）网络化 PLC可连成功能很强的网络系统。 7） 紧凑及高可靠性 一般可保证3000050000小时的无故障间隔时间 8） 通俗化的编程语言和丰富的指令 3838 PLC的系

16、统组成框图 3939 工控机是专门为工业现场生产过程控制和机械制造程序控制而设计的计 算机。相比于普通微机，它有下列特点： A 高可靠性，以适应工业现场十分恶劣和复杂的工作条件； B 具有实时响应处理能力，以满足工业生产过程实时控制要求； C 丰富的与工业现场信号相连的工业I/O接口； D 结构搭配合理，易于扩展； E 先进的系统软件和应用软件，便于开发。 3、工控机、工控机 4040 二、二、PLC及外围设备及外围设备 目前著名的目前著名的PLC生产厂家很多，典型有的日本的生产厂家很多，典型有的日本的三菱三菱（MITSUBISHI） ，德国，德国 西门子西门子（SIEMENS）公司）公司 、

17、日本的、日本的松下松下（NAIS）、）、欧姆龙欧姆龙（Omron）公司）公司等等 。 1、PLC的种类的种类 2、PLC的常见模块的常见模块 u数字量数字量I/O扩展模块扩展模块 u模拟量模拟量I/O扩展模块扩展模块 u温度控制扩展模块温度控制扩展模块 u特殊功能模块（位置控制模块）特殊功能模块（位置控制模块） u通讯模块通讯模块 u总线模块总线模块 4141 3 PLC网络简介网络简介 （1）网络功能）网络功能 1）数据交换）数据交换 2）省布线）省布线 3）远距离通讯）远距离通讯 4）集散控制）集散控制 （2）PLC生产厂家主要网络简介生产厂家主要网络简介 1）西门子公司的）西门子公司的P

18、LC通信方式主要有：通信方式主要有： PPI MPI PROFIBUS-DP/FMS/PA 以态网通信以态网通信 自由口通信自由口通信 2）日本松下公司）日本松下公司PLC通信方式主要有：通信方式主要有： PC-Link PROFIBUS-DP C-Net 以态网以态网 4242 3）日本欧姆龙公司）日本欧姆龙公司PLC的通信方式主要有：的通信方式主要有： Controller Link Host-Link Device Net 4）日本三菱公司）日本三菱公司PLC的通信方式主要有：的通信方式主要有： CC-Link N：N-Link 以态网通信以态网通信 4343 3、PLC网络应用网络应用

19、 以以TVT-3000C组合式群控电梯为例，该系统由两台组合式群控电梯为例，该系统由两台TVT-2000E组合式组合式 多层电梯和两级多层电梯和两级PLC网络组成。每台电梯由多台网络组成。每台电梯由多台PLC通过通过PCLINK构成。构成。 两台电梯之间通过两台电梯之间通过C-NET网络实现了远程控制，其控制系统结构框图如下网络实现了远程控制，其控制系统结构框图如下 图所示图所示 4444 PLCPLC与液晶设备的连接与液晶设备的连接 将多个对位控制器利用将多个对位控制器利用PC-linkPC-link一并管理一并管理 对位设备1对位设备2对位设备3 PC-LINKPC-LINK SCADAS

20、CADA RS232CRS232C EthernetEthernet 4545 CC-Link控制形式示意图控制形式示意图 4646 PROFIBUS总线控制形式示意图总线控制形式示意图 4747 4、PLC与外围设备的连接与外围设备的连接 可直接与可直接与PLC连接的设备（各种传感器、执行器等）连接的设备（各种传感器、执行器等） 4848 PLC与外围设备连接的实例与外围设备连接的实例 4949 PLC与外围设备连接的实例与外围设备连接的实例 5050 PLC与外围设备连接的实例与外围设备连接的实例 5151 PLC与外围设备连接的实例与外围设备连接的实例 5252 非接触式的读卡器非接触式的读卡器 读卡器与读卡器与FPO PLC COM口通信连接图口通信连接图 PLC与读卡器的连接与读