可编程序控制器原理及应用[01]

1、主讲：童亮2本课程本课程是电子电气与自动化专业的专业课是电子电气与自动化专业的专业课要求：要求：l熟悉熟悉可编程序控制器的基本结构、工作原理及可编程序控制器的基本结构、工作原理及特点特点l掌握掌握可编程序控制器的编程元件和基本可编程序控制器的编程元件和基本指令系统指令系统l掌握掌握梯形图的设计梯形图的设计方法方法l学会学会使用编程使用编程软件软件教材教材：吉顺：吉顺平，可编程控制器原理及平，可编程控制器原理及应用应用成绩：考试成绩：考试(70%)+(70%)+实验实验(20%)(20%)平时平时(10(10%)%)本本课程的课程的课程特性 了解继电器的工作原理 理解可编程控制器的概念 了解可编

2、程控制器的特点 了解可编程控制器的分类 了解可编程控制器功能和发展内容提要-章节内容3学习目标学习目标第1章 绪论内容提要-章节内容41.1 从继电器到可编程序控制器1.2 可编程控制器名称和定义1.3 可编程控制器的特点1.4 可编程控制器的分类第1章 绪论1.5 可编程控制器功能和发展1.1 从继电器到可编程序控制器51. 继电器-定义l 继电器（继电器（ relay ）是一种当）是一种当输入量输入量（电、磁、声、光、热）（电、磁、声、光、热）达到一定值时，达到一定值时，输出量输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件将发生跳跃式变化的自动控制器件l 在输入电路电流的作用下，继电器会由机械部件的

3、相对运在输入电路电流的作用下，继电器会由机械部件的相对运动产生预定的响应动产生预定的响应电磁式继电器工作原理电磁式继电器工作原理1.1 从继电器到可编程序控制器61. 继电器-定义1.1 从继电器到可编程序控制器71. 继电器-表示方式与动作状态l 一个继电器只有一个线圈，但可以有多对常开和常闭触点一个继电器只有一个线圈，但可以有多对常开和常闭触点l 继电器动作时，所有常开触点接通，所有常闭触点断开继电器动作时，所有常开触点接通，所有常闭触点断开l 反之亦然反之亦然l 继电器状态继电器状态动作ON(1)不动作 OFF(0)l 触点（接点）状态触点（接点）状态接通断开1.1 从继电器到可编程序控

4、制器81. 继电器-分类l 电磁式继电器电磁式继电器l 固态继电器固态继电器( (Solid State Relay ,SSR)SSR)l 时间继电器时间继电器1.1 从继电器到可编程序控制器91. 继电器-分类l 温度温度( (热热) )继电器继电器l 风速继电器风速继电器l 加速度继电器加速度继电器l 光继电器光继电器l 声继电器声继电器1.1 从继电器到可编程序控制器102. 继电器控制系统的组成与特点l 继电器控制系统：主令器件、继电器（接触器）、导线继电器控制系统：主令器件、继电器（接触器）、导线l 主电路与控制电路主电路与控制电路1.1 从继电器到可编程序控制器112. 继电器控制

5、系统的组成与特点l 继电器控制系统由器件与导线连成，结构简单、成本低继电器控制系统由器件与导线连成，结构简单、成本低l 原理简单，技术人员容易掌握原理简单，技术人员容易掌握l 对于复杂系统的控制显得力不从心对于复杂系统的控制显得力不从心l 机械触点易损坏，产生震动，可靠性会变差机械触点易损坏，产生震动，可靠性会变差l 采用物理连接，灵活性不强，不利于控制系统的维护和升级采用物理连接，灵活性不强，不利于控制系统的维护和升级1.1 从继电器到可编程序控制器123.可编程序控制器的诞生l 19681968年，通用汽车公司，为适应生产工艺不断更新的需要年，通用汽车公司，为适应生产工艺不断更新的需要，提

6、出十提出十条技术指标，以期望制造一种新型的工业控制装置条技术指标，以期望制造一种新型的工业控制装置（1）编程简单，可在现场修改程序（2）维护方便，最好是插入式结构（3）可靠性高于继电器控制装置（4）体积小于继电器控制装置（5）可将数据直接送入管理计算机（6）在成本上可与继电器控制柜竞争（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KBl 19691969年美国数字设备公司（年美国数字设备公司（DECDEC）研制出世界上第一台可编程序逻）研制出世界上第一台可编程

7、序逻辑控制器，并在辑控制器，并在GMGM公司汽车生产线上首次应用成功公司汽车生产线上首次应用成功l 紧接着，美、日又研制出相应的产品紧接着，美、日又研制出相应的产品l 我国我国19711971年开始研制，年开始研制，19741974年实现工业应用年实现工业应用1.1 从继电器到可编程序控制器133.可编程序控制器的发展历程l 第一代第一代PLC（70-80年代）：年代）：以微处理器为基础，用计算机程序代替继电器以微处理器为基础，用计算机程序代替继电器l 第二代第二代PLC（90年代）：年代）：单机性能提高、网络、多功能单机性能提高、网络、多功能l 第三代第三代PLC（21世纪）：世纪）：智能化

8、、网络化和集成化智能化、网络化和集成化1.2 可编程控制器名称和定义14国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）定义：）定义：l 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在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工业环境下应用而设计l 它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运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命令，并算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程生产过程l 可编程

9、序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系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，易于扩展其功能的原则设计统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计简言之简言之，PLC就是以嵌入式就是以嵌入式CPU为核心，配以输入、输出等模为核心，配以输入、输出等模块，可以方便地用于工业控制领域的装置块，可以方便地用于工业控制领域的装置1980年美国电气制造商协会（年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程）正式将其命名为可编程序控制器（序控制器（Programmable Controller），简称），简称 PC。为与个人。为与个人电脑相区别，简称为电脑相区别，简称为PL

10、C1.2 可编程控制器名称和定义15嵌入式系统嵌入式系统IEEE（美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）嵌入式系统是一种专用的计算机系统专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统

11、都是由单个程序实现整个控制逻辑1.3 可编程控制器的特点161.1.高可靠性高可靠性2.2.可编程可编程3.3.丰富的丰富的I/OI/O接口模块接口模块4.4.采用模块化结构采用模块化结构5.5.编程简单易学编程简单易学6.6.安装简单安装简单1.3 可编程控制器的特点171.1.高可靠性高可靠性l 所有所有I/O均采用光隔均采用光隔l 各输入端均采用各输入端均采用R-C滤波，时间常数滤波，时间常数1020msl 各模块均采用屏蔽措施，防辐射干扰各模块均采用屏蔽措施，防辐射干扰l 开关电源性能优良开关电源性能优良l 对采用的器件进行严格筛选对采用的器件进行严格筛选l 良好的自诊断功能良好的自诊

12、断功能1.3 可编程控制器的特点182.2.可编程可编程l PLC使使控制系统能够根据实际的需求而进行控制系统能够根据实际的需求而进行改变改变l 硬件硬件柔性化柔性化：控制作用的改变取决于程序的改变：控制作用的改变取决于程序的改变l 硬件（计数器、定时器、继电器等）在硬件（计数器、定时器、继电器等）在PLC中变成了中变成了编程变量编程变量1.3 可编程控制器的特点193.3.丰富的丰富的I/OI/O接口模块接口模块l PLC针对不同的信号有相应的针对不同的信号有相应的I/O模块模块模拟输入：Analog Input模拟输出：Analog Output数字输入：Digital Input数字输出

13、： Digital Outputl PLC有多种人有多种人-机对话的接口模块机对话的接口模块l PLC有通信联网的接口模块有通信联网的接口模块1.3 可编程控制器的特点204.4.采用模块化结构采用模块化结构l 绝大多数绝大多数PLC采用模块化结构采用模块化结构CPU模块电源模块I/O模块l 由机架及电缆连接，可根据控制系统的规模由机架及电缆连接，可根据控制系统的规模和功能由用户自行组合和功能由用户自行组合1.3 可编程控制器的特点215.5.编程简单易学编程简单易学l 梯形图，容易理解和掌握梯形图，容易理解和掌握6.6.安装安装简单，维修方便简单，维修方便l 不需专用机房，适用于条件恶劣的工

14、业现场不需专用机房，适用于条件恶劣的工业现场l 各模块上均有运行和故障指示各模块上均有运行和故障指示l 模块化的结构使控制系统的维护方便模块化的结构使控制系统的维护方便1.3 可编程控制器的特点225.5.安装简单安装简单l 绝大多数绝大多数PLC采用模块化结构采用模块化结构CPU模块电源模块I/O模块l 由机架及电缆连接，可根据控制系统的规模由机架及电缆连接，可根据控制系统的规模和功能由用户自行组合和功能由用户自行组合1.4 可编程控制器的分类231.1.按点数和功能按点数和功能l 小型：小型：256256点以下点以下l 中型：中型：10241024点以下点以下l 大型：大型：1024102

15、4点以上点以上这种分类的方法体系在功能的差别上，且分类不是绝对这种分类的方法体系在功能的差别上，且分类不是绝对的的1.4 可编程控制器的分类242.2.按结构形式按结构形式l 整体式：整体式：PLCPLC是各部件形成一个整体是各部件形成一个整体l 模块式：模块式：PLCPLC由多个模块组成，通过总线连接由多个模块组成，通过总线连接l 大型：大型：10241024点以上点以上1.4 可编程控制器的分类253.PLC3.PLC的流派分类的流派分类世界上约世界上约200200多家，约多家，约400400多种多种，按地域流派分类按地域流派分类l 美国：性价比适中，使用比较方便罗克韦尔、ABB、施耐德、

16、GE通用、霍尼韦尔、莫迪康、TI、西屋l 欧洲：性价比适中，易用性一般，扩展性强德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司l 日本：性价比高，使用方便，扩展性一般三菱、欧姆龙、夏普、日立、松下l 中国：性价比特别高，使用比较方便，扩展性一般台湾品牌：台达、永宏、盟立、士林、丰炜、智国、台安大陆品牌：上海正航，深圳合信、厦门海为、淅大中控、淅大中自、兰州全志、科威、科赛恩、南京冠德、智达、海杰、易达中山智达 江苏信捷, 洛阳易达、北京腾控、大连理工等1.4 可编程控制器的分类264.4.西门子西门子PLCPLC的分类的分类1.5 可编程控制器功能和发展271.PLC1.PLC的功能的功能l 逻辑控制l 定时控制l 计数控制l 步进（顺序）控制l PID控制l 数据处理l 通信和联网PLCPLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制要求还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制要求1.5 可编程控制器功能和发展282.PLC2.PLC在工业控制中的地位在工业控制中的地位正是由于正是由于PLCPLC具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得装置、电气传动控制装置）于一体，