第4章 自动调节仪表

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第第4章章 自动调节仪表自动调节仪表 内容提要概述概述基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响n双位控制双位控制n比例控制比例控制n积分控制积分控制n微分控制微分控制模拟式控制器模拟式控制器n基本构成原理及部件基本构成原理及部件nDDZ-型电动控制器型电动控制器数字式控制器数字式控制器n数字式控制器的主要特点数字式控制器的主要特点n数字是控制器的基本构成数字是控制器的基本构成nKMM型可编程序调节器型可编程序调节器可编程序控制器可编程序控制器n概论概论n可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成n可编程序控制器的编程语言可编

2、程序控制器的编程语言nOMRON C 系列系列 PLCn应用实例应用实例内容提要第一节第一节 概论概论控制仪表经历三个发展阶段控制仪表经历三个发展阶段基地式控制仪表基地式控制仪表 单元组合式仪表中的控制单元单元组合式仪表中的控制单元 以微处理器为基元的控制装置以微处理器为基元的控制装置 调节仪表是在自动控制系统中将代表被控对象实际调节仪表是在自动控制系统中将代表被控对象实际值的检测信号与给定值相比较，确定误差并按照预定的值的检测信号与给定值相比较，确定误差并按照预定的规律发出控制指令的工业自动化仪表。规律发出控制指令的工业自动化仪表。 一般具有给定、比较、指示、运算和操作等功能。一般具有给定、

3、比较、指示、运算和操作等功能。用于复杂系统的调节仪表还具有对几个输入信号进行计用于复杂系统的调节仪表还具有对几个输入信号进行计算和选择以及记忆、限幅、程序控制、逻辑控制等功能。算和选择以及记忆、限幅、程序控制、逻辑控制等功能。图为调节仪表与其他仪表的相互关系。图为调节仪表与其他仪表的相互关系。 第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响控制器的控制规律是指控制器的控制规律是指 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。控制器的输出信号与输入信号之间的关系。 uf ef zx即即 经常是假定控制器的经常是假定控制器的输入信号输入信号e是一个阶跃信号，是一个

4、阶跃信号，是是给定值信号给定值信号x与与测量值信号测量值信号z的差值，然后来研究控制的差值，然后来研究控制器的器的输出信号输出信号u随时间的变化规律，即随时间的变化规律，即u与与e的关系。的关系。 在研究控制器的控制规律时在研究控制器的控制规律时控制器的基本控制规律控制器的基本控制规律 位式控制位式控制（其中以双位控制比较常用）、（其中以双位控制比较常用）、比例控制比例控制（P） 现在式控制现在式控制积分控制积分控制（I） 过去式控制过去式控制微分控制微分控制（D）将来式控制将来式控制组合形式，如：组合形式，如：比例积分控制比例积分控制（PI）比例微分控制比例微分控制（PD）比例积分微分控制比

5、例积分微分控制（PID） 第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响调节速度：调节速度：PIPIPDPID一、双位控制一、双位控制maxmin,0(0),00ueeuuee或或理想的双位控制器其输出理想的双位控制器其输出p与输入偏差额与输入偏差额e之间的关系为之间的关系为理想双位控制特性理想双位控制特性双位控制示例双位控制示例第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。由于成为一个

6、具有中间区的双位控制器，见下图。由于设置设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命长了控制器中运动部件的使用寿命。 实际的双位控制特性实际的双位控制特性具有中间区的双位控制过程具有中间区的双位控制过程第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响结论结论第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响被控变量波动的上、下限在允许范围内，

7、使被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期周期长长些比较有利。些比较有利。 双位控制过程中一般采用双位控制过程中一般采用振幅振幅与与周期周期作为品质指标作为品质指标 双位控制器双位控制器结构简单结构简单、成本较低成本较低、易于实现易于实现，因而，因而应用很普遍。应用很普遍。二、比例控制二、比例控制 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的的等幅振荡过程等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该，为了避免这种情况，应该使控制阀的使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的

8、位置阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。衡状态。 第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响简单的比例控制系统示意图简单的比例控制系统示意图,auauebeb或PuK e第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响如左图，根据相似三角形原理如左图，根据相似三角形原理对于具有比例控制的控制器对于具有比例控制的控制器比例控制的放大倍数比例控制的放大倍数KP是一个重要的系数

9、，是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。它决定了比例控制作用的强弱。 m axm inm axm in/100%euxxuu是指控制器输入的变化相对值与相应的输出是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。变化相对值之比的百分数。 比例度示意图比例度示意图第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响举例DDZ-III型比例作用控制，温度刻度范围为型比例作用控制，温度刻度范围为400800，控制器输出工作范围是，控制器输出工作范围是420mA。当指示指。当指示指针从针从600移到移到700，此时控制器相应的输出从，此时控制器相应

10、的输出从6mA变为变为11mA，其比例度的值为，其比例度的值为 700600 146/100%50%800400204 对于这台控制器，温度变化全量程的对于这台控制器，温度变化全量程的50（相当于（相当于200），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，e和和u是成比例的。是成比例的。 第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响maxminmaxmin1100%PuuKxxmaxminmaxmin/100%euxxuu 比例度比例度 与放大倍数与放大倍数K KP P成反比成反比。 控制器的比例度控制

11、器的比例度 越小，它的放大倍数越小，它的放大倍数K KP P就越大，就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。然。结论第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响PuK e将式关系代入式经整理后可得液位比例控制系统的过渡过程。液位比例控制系统的过渡过程。比例控制系统过渡过程比例控制系统过渡过程偏差的变化曲线偏差的变化曲线比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程的影响第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响进水量增加进水量增加在在t=tt=t0 0时，系

12、统外加一个干时，系统外加一个干扰作用扰作用作用在控制阀上的信号作用在控制阀上的信号液位开始下降液位开始下降作用强作用强等幅振动等幅振动动作迅速动作迅速有余差有余差：反应快，控制及时：反应快，控制及时：存在余差：存在余差 若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。稳定。 结论结论第二节第二节 基本控制规律

13、及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响三、积分控制三、积分控制 当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 IIuKAdtK At积分控制器特性积分控制器特性 当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。 当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。第二节第二节

14、基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响IuKedt积分控制作用的输出变化量积分控制作用的输出变化量u与输入偏差与输入偏差e的积分成正比，即的积分成正比，即 当输入偏差是常数当输入偏差是常数A时时1PIPIuKeKedtuKeedtT把比例与积分组合起来，这样控制把比例与积分组合起来，这样控制既及时，又能消除余差。既及时，又能消除余差。比例积分控制器特性比例积分控制器特性积分时间对过渡过程的影响积分时间对过渡过程的影响比例积分控制规律可用下式表示比例积分控制规律可用下式表示 1PPKuK AAtT或或若偏差是幅值为若偏差是幅值为A A的阶跃干扰的阶跃干扰第二节第

15、二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响比例积分控制器对于多数系统都可采用，比例积分控制器对于多数系统都可采用，两个参数均可调整。两个参数均可调整。 当当对象滞后很大对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；差也较大； 负荷变化过于剧烈负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加制作用不及时，此时可增加微分作用微分作用。 第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响四、微分控制四、微分控制DdeuTdt 在自动控制时，控制器具在自动

16、控制时，控制器具有微分控制规律有微分控制规律理想微分控制器特性理想微分控制器特性优点优点缺点缺点第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响PDdeuKeTdt1PDIdeuKeedtTTdt三作用控制器特性三作用控制器特性第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响比例微分控制器特性比例微分控制器特性微分时间对过渡过程的影微分时间对过渡过程的影响响第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器一、基本构成原理及部件一、基本构成原理及部件 在模拟式控制器中，所传送的信号形式为在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模

17、拟信号连续的模拟信号。目前应。目前应用的模拟式控制器主要是用的模拟式控制器主要是电动控制器电动控制器。 控制器基本构成控制器基本构成将给定信号与测量信号进行将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。差成比例的偏差信号。 是一个稳态增益很大的比例环节。是一个稳态增益很大的比例环节。通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。二、二、DDZ-型电动控制器型电动控制器 电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别

18、断电、断线等故障。用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。 只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他1:5的电的电流信号。流信号。 因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系，既节了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系，既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器 由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称

19、性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。倍数很高，这使仪表的精度得到提高。 由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。提高了仪表的可靠性。 第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器 各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。防爆提供了有利条件。 在工

20、频电源停电时备用电源投入，整套仪表在在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。用，有利于安全停车。 第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器 基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两个品种，指示表头为器两个品种，指示表头为100mm刻度纵形大表头，指示刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作。醒目，便于监视操作。 自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，并有硬手动和软手动两种方式。面板上设有手动操作插并

21、有硬手动和软手动两种方式。面板上设有手动操作插孔，可和便携式手动操作器配合使用。孔，可和便携式手动操作器配合使用。第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器 结构形式适于单独安装和高密度安装。结构形式适于单独安装和高密度安装。 有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用，可组成示灯，能与计算机配套使用，可组成SPC系统实现计算系统实现计算机监督控制，也可组成机监督控制，也可组成DDC控制的备用系统。控制的备用系统。 第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器DDZ-IIIDDZ-III型控制器结构方框图型控制器结构方框图 主要由输入

22、电路、给定电路、主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。路及指示电路等组成。 第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器DTL-3110型调节器正面图11自动自动- -软手动软手动- -硬手动切换开关；硬手动切换开关；22双针垂直指示器；双针垂直指示器；33内给定设定轮；内给定设定轮；44输出指示器；输出指示器；55硬手动操作杆；硬手动操作杆；66软手动操作板键；软手动操作板键；77外给定指示灯；外给定指示灯；88阀位指示器；阀位指示器；99输出记录指示；输出记录

23、指示；1010位号牌；位号牌；1111输入检测插孔；输入检测插孔；1212手动输出插孔手动输出插孔第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器第四节第四节 数字式控制器数字式控制器数字式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器与模拟式控制器的异同点： 数字式控制器数字式控制器模拟式控制器模拟式控制器构成原理构成原理数字技术数字技术模拟技术模拟技术所用器件所用器件以微处理机为核以微处理机为核心部件心部件以运算放大器等模拟以运算放大器等模拟电子器件为基本部件电子器件为基本部件仪表总的功能和输入输出关系基本一致。仪表总的功能和输入输出关系基本一致。 第四节第四节 数字式控制器数字式控制器一、数字式控制器

24、的主要特点一、数字式控制器的主要特点 1. 1. 实现了模拟仪表与计算机一体化。实现了模拟仪表与计算机一体化。 2. 2. 具有丰富的运算控制功能。具有丰富的运算控制功能。 3. 3. 使用灵活方便，通用性强。使用灵活方便，通用性强。 4. 4. 具有通讯功能，便于系统扩展。具有通讯功能，便于系统扩展。 5. 5. 可靠性高，维护方便可靠性高，维护方便 。第四节第四节 数字式控制器数字式控制器二、数字式控制器的基本构成二、数字式控制器的基本构成数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路第四节第四节 数字式控制器数字式控制器 主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数主机电路是数字式控制器的

25、核心，用于实现仪表数据运算处理及各组成部分之间的管理。据运算处理及各组成部分之间的管理。 过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。输入通道用于连接开关量输入信号。 过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。输出通道用于输出开关量信号。第四节第四节 数字式控制器数

26、字式控制器 人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。 通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。换成能被计算机接收的数据。 第四节第四节 数字式控制器数字式控制器 系统程序是控制器软件的主体部分，通常由系统程序是控制器软件的主体部分，通常由和和两部分组成。两部分组成。 用户程序是用户根据控制系统

27、的要求，在系统用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果。规则连接起来的结果。 第四节第四节 数字式控制器数字式控制器使控制器完成预定的控制与运算功能。使控制器完成预定的控制与运算功能。 用户程序的编程通常采用用户程序的编程通常采用。通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格式和助记符式之分。控制器的编程工作是通过专用式和助记符式之分。控制器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有的编程器进行的，有“在线在线”和和“离线离线”两种编程两种编程方法。

28、方法。 第四节第四节 数字式控制器数字式控制器三、三、KMM型可编程序调节器型可编程序调节器是一种单回路的数字控制器。是一种单回路的数字控制器。KMM型调节器正面布置图型调节器正面布置图17指示灯；指示灯；8，9按钮；按钮；1013指针指针 可以接收五个模拟输入信号，四个可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，数字输入信号，输出三个模拟信号，输出三个数字信号。输出三个数字信号。 功能强大；功能强大；能用于单回路的简单控制系统能用于单回路的简单控制系统与复杂的串级控制系统；与复杂的串级控制系统；控制精度高、使用方便灵活；控制精度高、使用方便灵活；有自我诊断的功能，维修方便；

29、有自我诊断的功能，维修方便；可与电子计算机联用。可与电子计算机联用。 优点优点第四节第四节 数字式控制器数字式控制器（1）调节器在启动前，要预先将）调节器在启动前，要预先将“后备手操单元后备手操单元”的的“后备正常后备正常”运行方式切换开关扳到运行方式切换开关扳到“正常正常”位置。另位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重新旋紧螺钉。新旋紧螺钉。（2）使调节器通电，调节器即处于）使调节器通电，调节器即处于“联锁手动联锁手动”运行方运行方式，联锁指示灯亮。式，联锁指示灯亮。（3）用）用“数据设定器数据设定器”来显示、核对运行所必

30、需的控制来显示、核对运行所必需的控制数据，必要时可改变数据，必要时可改变PID参数。参数。（4）按下）按下“R”键（复位按钮），解除键（复位按钮），解除“联锁联锁”。这时就。这时就可进行手动、自动或串级操作。可进行手动、自动或串级操作。第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器一、概述一、概述 1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。年美国研制出了第一台可编程序控制器。 可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称逻辑控制器，简称PLC。 可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用来解可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用

31、来解决工艺生产中大量的开关控制问题。决工艺生产中大量的开关控制问题。 可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，变软件来改变控制方式和逻辑规律， PLC在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行各业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭环控制。各业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭环控制。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器（1）小型PLCIO点总数一般为20128点。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。 （2）中型PLC其IO点总数通常为12951

32、2点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据处理及AD、DA转换、联网通信、远程IO等功能，可用于比较复杂过程的控制。 IO点总数一般为20128点。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。 IO点总数一般为20128点。 其IO点总数通常为129512点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。 IO点总数一般为20128点。 除有小型除有小型PLCPLC的功能外，还有算术运算、数据的功能外，还有算术运算、数据处理及处理及A AD D、D DA

33、 A转换、联网通信、远程转换、联网通信、远程I IO O等功能，可用于比较复杂过程的控制。等功能，可用于比较复杂过程的控制。 其其I IO O点总数通常为点总数通常为129129512512点，内存在点，内存在K K以下，以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。用专用简易编程器。 I IO O点总数一般为点总数一般为2020128128点。点。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器（3 3）大大型型PLCPLC其其IO点总数在点总数在513点以上。

34、点以上。除了具有中小型除了具有中小型PLC的功能外，还具有的功能外，还具有PLD运算及高速计数等功能，用于机床控运算及高速计数等功能，用于机床控制时，具有增加刀具精确定位、机床速度制时，具有增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，配有和阀门控制等功能，配有CRT显示及常规显示及常规的计算机键盘，与工业控制计算机相似。的计算机键盘，与工业控制计算机相似。 编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。方式。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器（1 1）整体式整体式PLCPLC 它将它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出各组成部分集

35、装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器的的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器的插座、插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。存储器插座、扩展单元的接口插座等。 优点优点具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格低。低。 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器（2）模块式模块式PLC输入输出点数较多的大型、中型和部分小型输入输出点数较

36、多的大型、中型和部分小型PLC采用模采用模块式结构。其优点为：块式结构。其优点为：图图5-22 SIMENS SIMATIC S7-300的外形图的外形图 采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其其CPU、输入、输出等都是独立的模块，有的、输入、输出等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在的电源包含在CPU模块之中。模块之中。 品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。 （3）叠装式叠装式PLC 它吸收了整体式和模块式它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电

37、缆连扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。而且输入、输出点数的配置也相当灵活。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器二、可编程序控制器的基本组成二、可编程序控制器的基本组成PLC的基本组成框图的基本组成框图第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调

38、一致地工作。整个系统协调一致地工作。 主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。 RAM、ROM、EPROM和和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等外存常用盒式磁带或磁盘等图图5-24 5-24 简化的存储映像简化的存储映像第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器IO模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。 PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模

39、块、开关量输出模块、模拟量输入模块、为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 编程器是编程器是PLC必不可少的重要外部设备。必不可少的重要外部设备。 编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。的用户程序存储器。 编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机界面。之间进行人机界

40、面。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 编程器与编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到下装到PLC中。中。 编程器先不与编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，连接，将程序送到将程序送到PLC存储器中。存储器中。 便携式编程器和通用计算机。便携式编程器和通用计算机。 第五节第

41、五节 可编程序控制器可编程序控制器三、可编程序控制器的编程语言三、可编程序控制器的编程语言 梯形图语言在梯形图语言在类似于继电器的控制电路，它类似于继电器的控制电路，它从上至下按行编写，每一行则按从左至右的顺序编从上至下按行编写，每一行则按从左至右的顺序编写写,CPU将按自左到右、从上而下的顺序执行程序。将按自左到右、从上而下的顺序执行程序。 梯形图的梯形图的竖直线称为竖直线称为,其左侧安排输入触点其左侧安排输入触点和中间继电器触点，最和中间继电器触点，最必须是输出元素。必须是输出元素。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 图图5-255-25（a a）为实现这一功能的一种梯形图程序）

42、为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON PLCOMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。图图5-25 5-25 梯形图程序梯形图程序第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器它又称命令语句表达式语言，常用一些助记符来表它又称命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示示PLCPLC的某种操作。的某种操作。 助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。直观易懂。 图图5-255-25（b b）为梯

43、形图对应的用助记符表示的指令表。）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。 不同厂家生产的不同厂家生产的PLCPLC所使用的助记符各不相同，因所使用的助记符各不相同，因此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形图转换为助记符时，必须先弄清图转换为助记符时，必须先弄清PLCPLC的型号及内部各器的型号及内部各器件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法。件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法。 注意！注意！四、四、OMRON C 系列系列 PLCOMRON C 系列系列PLC有微型、小型、中型和大型四大有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。类十几

44、种型号。 以以C20P和和C40H为代表，是整体结构，为代表，是整体结构，IO容容量为几十点，最多可扩至量为几十点，最多可扩至120120点。点。 分为分为C120和和C200H两种，两种，C120最多可扩展最多可扩展256256点点IO，是紧凑型整体结构。，是紧凑型整体结构。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器有有C500和和C1000H两种，两种，I0容量分别为容量分别为512512点点和和10241024点。点。 有有C2000H，IO点数可达点数可达20482048点，同时多处点，同时多处理器和双冗余结构使得理器和双冗余结构使得C2000H不仅功能全、容量大，不仅功能全、容量大

45、，而且速度快，由于也是模块化结构，外形与而且速度快，由于也是模块化结构，外形与C200H相近。相近。SYSMAC C28H外形示意图CPM1A C * * A外观图C200H 外观示意图第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 指令大多数是按照指令大多数是按照，个别指令按照，个别指令按照。按位寻址的地址编号为：通道号。位号，如按位寻址的地址编号为：通道号。位号，如0.00表表示示0通道的第通道的第0位，位的表示采用十进制数，范围为位，位的表示采用十进制数，范围为015。 小型整体小型整体PLC的输入、输出编号是固定不的输入、输出编号是固定不变的，使用者可以按照变的，使用者可以按照PLC主机标

46、注编号编程；对于模主机标注编号编程；对于模块式块式PLC则根据输入或输出模块安装位置决定其编号。则根据输入或输出模块安装位置决定其编号。第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器表示指令要完成的功能。表示指令要完成的功能。：指出了要操作的对象。：指出了要操作的对象。 LD和和LD NOT指令指令 OUT和和OUT NOT指令指令 AND和和AND NOT指令指令 OR和和OR NOT指令指令OMRON PLC的的基本指令应用示例基本指令应用示例 AND LD指令指令 OR LD指令指令 END指令指令 它执行继电器保持操作，可保它执行继电器保持操作，可保持为持为ON或或OFF状态，直到它的两个

47、输入端之一使它复位状态，直到它的两个输入端之一使它复位或置位。或置位。 图图5-30 5-30 电机启动控制程序图电机启动控制程序图第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行，微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行，且只执行一次；若执行条件解除后再次满足，则再执行。且只执行一次；若执行条件解除后再次满足，则再执行。DIFU是上升沿微分指令，是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。是下降沿微分指令。 图图5-31 5-31 微分指令应用示例微分指令应用示例第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 定时器为递减型，有低速定时器为递减型，有低速T

48、IM和高速和高速TIMH（15）两种。定时）两种。定时器的操作数包括定时器编号（器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（）和设定值（SV）两个数据。）两个数据。 计数器包括单向递减型计数器包括单向递减型CNT和双向可逆型和双向可逆型CNTR（12）两种，）两种，其操作数包括计数器编号和设定值两个数据。其操作数包括计数器编号和设定值两个数据。 图图5-32 5-32 计数包装控制程序计数包装控制程序第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器五、应用实例五、应用实例 为了保证水箱液位保持在一定范围，为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在控制的分别在控制的上限和下限设置检测传感上限和下限设置检测传感

49、器器，用，用PLC控制注入水电磁阀。控制注入水电磁阀。 当液位低于下限时，下限检测开关断当液位低于下限时，下限检测开关断开，打开电磁阀开始注水；当注水达到开，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，上限检测开关闭合，切断上限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁阀。电磁阀。 PLC采用采用OMRON的的CPM2A-60CDR。工艺要求如图工艺要求如图5-33所示。所示。 输入、输出点分配如下：输入、输出点分配如下：上限检测开关上限检测开关0.00；下限检测开关；下限检测开关0.01平；平； 电磁阀电磁阀 10.00 图图5-33 5-33 水箱液位控制示意图水箱液位控制示意图第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器 控制接线如图控制接线如图5-345-34所示，图所示，图5-355-35为液位控制梯形图。为液位控制梯形图。 当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，0.000.00与与0.010.01常闭触点闭合，使输出继电器常闭触点闭合，使输出继电器10.0010.00导通，注水电磁阀打开；导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位，虽然一旦超过下限液位，虽然0.010.01触点断开，但由