自动化专业用PLC课件第一章概述

可编程序控制器原理及应用（48学时）主讲：孙晓波电气工程系2015年安排学学时课课程程内内容容讲课36学时1~8章相关实验12学时PLC实验台课程安排排学习总要要求了解PLC的工作原原理，指指令和控控制系统统组成；；能应用梯梯形图或或语句表表编程；；掌握系统统设计的的方法，，步骤。。考核方法法平时30%出勤10分（低于于6分，失格格）作业10分（低于于6分，失格格）实验10分（低于于6分，失格格）期末70%第1章可编程序序控制器器概论1.3PLC的产生特特点1.4PLC的组成和和工作原原理1.5PLC的特点和和应用1.6PLC的分类及及发展趋趋势1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来诞生于20世纪末。。产生背景景：汽车生产产流水线线自动控控制系统统-继电器控控制竞争激烈烈，型号号翻新；；产生问题题？经常更新新设计，，费工费费时费料料。要减少这这个时间间周期。。1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来问题提出出：美国通用用汽车，，一种新新型工业业控制装装置要求：可可随着品品种改变变，灵活活改变生生产线1968年，提出出十项招招标指标标-“通用十条条”。问题解决决：1969年，美国国数字设设备公司司，推出出这种装装置在美国通通用汽车车公司生生产线使使用，大大获成功功简单易懂懂，操作作方便，，可靠性性高，体体积小，，寿命长长，可逻逻辑编程程。1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来简要发展展综述1971年，应用用到食品品、饮料料、冶金金、造纸纸1971年，日本本从美国国引进，，日立公公司1973年，德国国研制成成功，西西门子公公司1974年，中国国仿制成成功，1977年，中国国研制成成功，实实用化1982年，中国国从美国国，德国国、日本本引进1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来简要发展展综述1991年，中国国可编程程序控制制器行业业协会1993年，可编编程序控控制器标标准化委委员会；；选出六六个国产产品牌：：天津中环环DJK--S-84；无锡电电器KCK--1C；上海起重重CF-40MR，北京椿椿树BCM--PLC；杭州机床床DKK02；上海自自力KK1--1C。兼容国外外产品。。1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来简要发展展综述国内PLC研制代表表南京嘉华华JH200系列杭州新箭箭D20P系列兰州全志志RD100、RD200系列上海船舶舶所ST12000系列北京和利利时Hollis--PLC系列。1.3PLC的产生1.3..1PLC的由来简要发展展综述国内PLC应用典型型案例宝山钢铁铁二、三三期工程程，30多机型600台套广西玉柴柴，近200台罗克韦韦尔PLC青海湖氯氯化钾，，采用PLC，600面控制柜柜电力系统统，绝大大多数控控制采用用AB的PLC1.3PLC的产生1.3..2PLC的发展历历程-五个阶段段第一阶段段，从产产生到20世纪70年代中期期，为PLC的初创阶阶段。CPU--中小规模模数字集集成电路路程序存储储EPROM逻辑运算算，计算算机接口口，模拟拟量控制制，自诊诊断典型产品品DEC公司的PDP--14MODICON公司的084AB公司的PDQ--2日立公司司的SCY--0221.3PLC的产生1.3..2PLC的发展历历程-五个阶段段第二阶段段，从20世纪70年代中期期到末期期，为PLC的扩展阶阶段。CPU--采用8位微处理理器程序存储储-半导体存存储器逻辑运算算，计算算机接口口，模拟拟量控制制，自诊诊断数据传送送，数据据比较，，算术运运算，模模拟量运运算远程I/O功能，通通信功能能典型产品品：西门子S4，S3；M184-384系列；富富士电机机SC1.3PLC的产生1.3..2PLC的的发展历历程-五五个阶段段第三阶段段，从20世纪纪70年年代末到到80年年代中期期，为PLC的的通信阶阶段。CPU--微处理理器；程程序存储储EPROM逻辑运算算，计时时计数，，算术运运算，增增加数据据处理、、传送、、通信、、自诊断断模拟量模模块、远远程I//O模块块，特殊殊功能模模块速度更高高，容量量更大，，功能更更强，分分布式通通信典型产品品西门子公公司S6、S5；MODICON公公司的**84系系列富士电机机的MISREX；AB公司司的PLC-3.1.3PLC的产生1.3..2PLC的的发展历历程-五五个阶段段第四阶段段，从20世纪纪80年年代中到到90年年代末期期，为PLC的的开放阶阶段。通信协议议标准化化，通信信系统开开放；采用16位、32位微微处理器器，专用用芯片；；梯形图语语言成熟熟，FSC问世世。人工智能能，CRT。产产品扩展展更加灵灵活；典型产品品西门子公公司S7、S5；AB公司的的PLC-5由PLC组成分分布式网网络成为为CIMS，三三大支柱柱之一1.3PLC的产生1.3..2PLC的发展历历程-五个阶段段第五阶段段，从20世纪90年代末期期至今，，为PLC的网络化化发展阶阶段。PLC的多处理理器配置置；智能能模块（（PID、运动控控制、高高数计数数器、通通信模块块、现场场总线））；发展趋势势：向集集逻辑控控制、仪仪表控制制、计算算机控制制一体化化（EIC）、网络络化控制制的集成成化方向向发展。。1.3PLC的产生1.3..2PLC的发展历历程-五个阶段段第五阶段段，从20世纪90年代末期期至今，，为PLC的网络化化发展阶阶段。具备的功功能：逻逻辑控制制、数据据处理、、过程控控制、运运动控制制、联网网通信—工业自动动化主控控系统；；算法：PID算法、模模糊控制制、多种PLC联网运行行。1.3PLC的产生有200多家企业业生产PLC产品美国PLC发展得最最快：1984年有48家，生产产150多种PLC；1987年有63家，生产产243种PLC；1996年有70余家，生生产近300种PLC。著名厂家家：A-B（Allen-Bradley）艾伦-布拉德利利公司，，MODICON莫迪康公公司，GE-FSNUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器器公司，，WESTHOUSEElectric西屋电气气公司，，IPM（InternationalParallelMachines）国际并行行机器公公司等。。1.3PLC的产生欧洲PLC的厂家有有60余家:西门子（（Siemens）于1973年研制出出第一台台PLC。金钟默勒勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，法国的TE(Telemecanique）(施耐德））瑞士的Selectron公司等。。1.3PLC的产生1971年，日本本从美国国引进PLC技术，由由日立公公司研制制成功日日本第一一台PLC。日本生产产PLC的厂家有有40余家：三菱电机机(MITSUBISHI),,欧姆龙(OMRON)),富士电机机（FujiElectric）,东芝（TOSHIBA）,光洋（KOYO),松下电工工（MEW）,和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,安川等公公司。1.3PLC的产生我国在70年年代末和和80年代初初开始引引进PLC：北京机械械工业自自动化研研究所，，上海工业业自动化化仪表研研究所，，大连组合合机床研研究所，，成都机床床电器研研究所，，中科院北北京计算算机所及及自动化化所，长春一汽汽，上海起重重电器厂厂，上海香岛岛机电公公司，上海自力力电子设设备厂等等单位。。以上诸单单位都没没有形成成规模化化生产。。1.3PLC的产生辽宁无线线电二厂厂引进德德国西门门子技术术生产PLC；；无锡电器器和日本本光洋合合资生产产的PLC;;中美合资资的厦门门A——B公司司生产的的PLC；上海香岛岛机电公公司引进进技术生生产的PLC;;上海OMRON公司;;西安Siemens公公司等。。1.3PLC的产生1993年中国PLC市场排行行榜上的的世界十十大厂家家：美国A－B公司（（Allen－Bradley）德国西门门子公司司（Siemens）美国GE－Fanuc公司美国的莫莫迪康（（Modicon）和法国的的TE电器公司司日本欧姆姆公司（（OMRON）日本三菱菱电机株株式会社社（MITSUBISHI）日本富士士电机株株式会社社（FujiElectric）日本东芝芝公司（（TOSHIBA）日本的光光洋电子子（KOYO）和中国的的华光电电子(CKE）日本松下下电工株株式会社社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）1.3PLC的产生根据美国国AutomationResearchCo.((ARC)的商情调调查，在在1994年PLC市场上，，最大的的5家PLC制造商是是:SIEMENS，西门子Allen－Bradley（Rockwell),,罗克维尔尔AEGSchneider，施耐德三菱电机机,OMRON(立石电机机）（1996年中国PLC市场）1.3PLC的产生1.3..3PLC的定义IEC1985年的PLC标准草案案第3稿中，对对PLC作了如下下定义：：可编程序序控制器器是一种数字字运算操操作的电电子系统统，专为在工业业环境下下应用而而设计。它采用用可编程序序的存储储器，用来在在其内部部存储执执行逻辑运算算、顺序序控制、、定时、、计数和和算术运运算等操操作的指令，，并通过过数字式、、模拟式式的输入入和输出出，控制各各种类型型的机械械或生产产过程。。可编程程序控制制器及其其有关设设备，都都应按易于使工工业控制制系统形形成一个个整体，易于扩充充其功能的的原则设设计。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..1PLC的基本组组成典型的PLC包括中央处理理器（CPU）、存储储器、输输入输出出接口（简称I/O，输入接接口、输输出接口口、外部部设备接接口、扩扩展接口口）、外部设备备编程器器和电源源模块等。另外，PLC内部各组组成部分分通过电源总线线、控制制总线、、地址总总线和数数据总线线连接，PLC外部按实实际控制制对象配配置相应应设备与与控制装装置一起起构成PLC控制系统统。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..1PLC的基本组组成1.4..1PLC的基本组组成一、中央央处理器器（CPU）组成：控制器、、运算器器、寄存存器组成成。是完成信信息操作作的单元元。操作：转移、转转换、计计算、同同步和译译码；实现：逻辑运算算、数学学运算、、协调控控制系统统内各部部分工作作核心：中中央处理理器和中中央存储储器。中央处理理器有指指令计数数器、指指令存储储器、地地址寄存存器、变变址和基基址寄存存器、累累加器和和通用寄寄存器。。中央存存储器分分为数据据、程序序和监控控三部分分。1.4..1PLC的基本组组成二、存储储器存放系统统程序、、用户程程序和数数据。1.系统程序序存储器器，内容容决定系统统的功能能。主要要有系统统管理程程序、用用户指令令解释程程序和功功能程序序与系统统程序调调用等。。系统管理理程序，，控制PLC运行；用用户指令令解释程程序将用用户程序序转换成成机器语语言；功功能程序序与系统统程序调调用负责责调用不不同的功功能程序序及其管管理程序序。存储位置置：写入入到ROM或EPROM中。1.4..1PLC的基本组组成二、存储储器存放系统统程序、、用户程程序和数数据。2.用户程序序存储器器，内容容为用户户编写的的PLC应用程序序。初期用户户程序存存入RAM，便于调调试；后后期用户户程序存存入EPROM中，防止止信息丢丢失。1.4..1PLC的基本组组成二、存储储器存放系统统程序、、用户程程序和数数据。3.数据存储储器，内内容为PLC执行过程程中需生生成或调调用中间间结果数数据、组组态数据据。由于工作作数据与与组态数数据不断断变化，，所以存存储在RAM中，并用用后备锂锂电池供供电，保保持RAM中的内容容。1.4..1PLC的基本组组成三、输入入/输出接口口PLC与工业现现场控制制或检测测元件和和执行元元件的接接口。输入接口口：直流流、交流流、交直直流输入入类型。。输出接口口：晶体体管、晶晶闸管、、继电器器输出输入信号号：限位位、开关关、按钮钮等。输出信号号：驱动动电磁阀阀、接触触器等1.4..1PLC的基本组组成三、输入入/输出接口口1.输入接口口：接收收开关量量和模拟拟量输入入信号。。1.4..1PLC的基本组组成三、输入入/输出接口口2.输出接口口：向执执行元件件输出控控制信号号。1.4..1PLC的基本组组成三、输入入/输出接口口2.输出接口口：向执执行元件件输出控控制信号号。1.4..1PLC的基本组组成三、输入入/输出接口口2.输出接口口：向执执行元件件输出控控制信号号。1.4..1PLC的基本组组成四、电源源部分PLC的电源将将外部供供给的交交流电转转换，提提供给CPU、存储器器。开关关稳压电电源，还还可向外外提供五、扩展展接口通过I/O扩展接口口电缆与与I/O扩展单元元连接。。还可扩扩展外围围设备。。六、通信信接口通过通信信接口进进行通信信联网，，使得PLC与PLC之间、PLC与上位计计算机及及其他智智能设备备联网1.4..1PLC的基本组组成七、编程程器作用：将将用户编编写的程程序下载载至PLC的用户程程序存储储器，检检查、修修改和调调试用户户程序，，监视程程序执行行过程，，显示PLC的状态内内部器件件及系统统的参数数。简易编程程器和图图形编程程器。第三种变变成方式式，计算算机辅助助编程。。PLC制造厂开开发计算算机辅助助编程支支持软件件。装入入个人电电脑后，，可作为为图形编编辑器，，完成用用户程序序的编辑辑、修改改，下载载、上传传，监控控。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..2PLC的工作原原理传统继电电器控制制系统-硬件逻辑辑系统。。CPU采用分时时操作串串行工作作方式PLC采用循环环扫描的的工作方方式。对每一个个程序，，CPU从第一条条指令开开始，按按序做周周期性的的循环扫扫描，直直至最后后结束符符，再返返回第一一条指令令，不断断循环。。满足条条件的时时间大于于扫描周周期，运运行结果果被执行行。周期期很短。。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..2PLC的工作原原理一、PLC的工作方方式两种工作作状态：：运行和和停止状状态。运行状态态，通过过执行用用户程序序来实现现控制功功能。反反复不断断地执行行程序。。直至停停机或执执行STOP命令。一次循环环分为五五个阶段段：自诊诊断、与与编程器器通信、、读入现现场信号号、执行行用户程程序、输输出结果果。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..2PLC的工作原原理二、PLC的工作过过程1.输入采样样阶段在这个阶阶段中，，可编程程序控制制器读入入输入口口的状态态，并将将它们存存放在输输入映像像寄存器器中。2.程序执行行阶段在这个阶阶段中，，PLC根据本次次读入的的输入数数据，依依用户程程序的顺顺序逐条条执行用用户程序序。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..2PLC的工作原原理二、PLC的工作过过程3.输出刷新新阶段这是一个个程序执执行周期期的最后后阶段。。PLC将本次用用户程序序的执行行结果一一次性地地从输出出映像寄寄存器送送出锁存存输出口口，对输输出状态态进行刷刷新。PLC的扫描工工作过程程如图。。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..2PLC的工作原原理1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构1.PLC的编程语语言1）梯形图图（LAD）来源于于继电器器控制系系统特点：直观性和和对应性性易于学习习和掌握握梯形图中中能流的的概念与与内部继继电器概概念与指令表表有一一一对应关关系1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构1.PLC的编程语语言2）指令表表（STL）用布尔尔助记符符描述特点：容易记忆忆，容易易掌握易于操作作，可无无计算机机操作与梯形图图有一一一对应关关系1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构1.PLC的编程语语言3）顺序功功能图（（SFC）功能入入手含义义明确特点：以功能为为主线，，条理清清楚，便便于理解解沟通大型程序序分工设设计，结结构灵活活，效率率高用于规模模较大场场合只有活动动步的操操作被执执行，只只扫描活活动步后后的转换换条件。。1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构1.PLC的编程语语言4）功能块块图（FB）类似于于数字逻逻辑电路路特点：功能模块块为单位位，便于于理解分分析图形化描描述，直直观，方方便编程程和操作作用于规模模较大、、控制关关系复杂杂场合占用内存存，在大大中型PLC和集散控控制系统统中编程程和组态态1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构1.PLC的编程语语言5）结构文文本（ST）类似于于高级语语言特点：能完成复复杂的控控制运算算需一定高高级程序序语言知知识和技技巧，要要求高直观性和和易操作作性差常用于其其他语言言难实现现的控制制功能1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构2.PLC的程序结结构用户程序序、数据据块和参参数快1）用户程程序—组织块，，管理其其他模块块一个主程程序（OB1）可调用用其他若干子程程序（SBR）被调用用若干中断断程序（（INT）处理与与用户程程序时序序无关的的动作，，或不可可预测事事件。系系统调用用1.4PLC的组成和和工作原原理1.4..3PLC的编程语语言和程程序结构构2）数据块块—存放控制制程序运运行所需需数据使用时，，可完成成一些有有特定数数据处理理功能的的程序设设计，比比如为变变量存储储器V指定初值值3）参数块块—存放CPU组态数据据，或自自动配置置有特殊需需要时，，用户可可对系统统的参数数块进行行设定，，例如掉掉电保持持设定1.5PLC的特点及及应用1.5..1PLC的主要特特点一、可靠靠性高，，抗干扰扰能力强强硬件措施施：电磁屏蔽蔽；滤波波；电源源调整；；光电隔隔离；模模块结构构软件措施施：故障检测测；信息息保护恢恢复；设设置看门门狗；程程序检查查校验；；程序及及数据的的电池后后备。1.5PLC的特点及及应用1.5..1PLC的主要特特点二、通用用性强，，程序可可变，使使用方便便硬件品种种齐全；；组成各各种系统统；编程程改变工工艺要求求；自动动化生产产系统。。三、功能能强，适适应性广广。逻辑运算算、计时时计数、、顺序控控制数字模拟拟输入输输出、功功率驱动动、通信信、人机机对话、、自我检检测、记记录显示示、过程程控制1.5PLC的特点及及应用1.5..1PLC的主要特特点四、编程程简单，，容易掌掌握梯形图编编程；编编程手册册；短期期培训；；功能图图编程；；语句表表编程。。五、减少少设计及及施工工工作量减少安装装接线工工作量；；减少实实验室调调试工作作量；功功能化、、模块化化设计。。六、体积积小、重重量轻、、功耗低低、维修修方便1.5PLC的特点及及应用1.5..2PLC的适用范范围一、开关关量逻辑辑控制PLC的最基本本的逻辑辑运算、、定时、、计数等等功能实实现逻辑辑控制，，取代传传统继电电器控制制二、运动动控制具有拖动动步进电电机或伺伺服电机机的单轴轴或多轴轴位置控控制模块块。机器器人，装装配线。。1.5PLC的特点及及应用1.5..2PLC的适用范范围三、过程程控制具有多路路模拟量量I/O模块和PID控制功能能，组成成闭环控控制，锅锅炉，反反应堆，，水处理理四、数据据处理具有数学学运算、、数据传传送、转转换、排排序、查查表，数数据采集集、分析析、处理理、通信信1.5PLC的特点及及应用1.5..2PLC的适用范范围五、通信信联网PLC可直接或或通过通通信处理理单元、、通信转转换单元元连成网网络，实实现信息息交换，，构成集集中管理理，分散散控制的的系统。。工厂自自动化。。由上可见见，PLC的应用范范围十分分广泛，，可以覆覆盖各种种控制领领域。所所以，自自动化专专业的学学生一定定要学好好PLC这门课程程。1.6PLC的分类及及发展趋趋势1.6..1PLC的分类一、按结结构形式式分整体式PLC：电源、、CPU、I/O接口等部部件集中中在一个个机箱内内，小型型机一般般采用此此结构。。分基本本单元和和扩展单单元。模块式PLC：PLC的各组成成部分做做成模块块根据需需要，选选择模块块，在框框架和底底板上组组成需要要系统。。大中型型PLC采用此结结构。叠装式PLC？1.6PLC的分类及及发展趋趋势1.6..1PLC的分类二、按功功能分类类低档PLC：具有逻逻辑运算算、定时时、计数数、自诊诊断和监监控、少少量的模模拟量、、算术运运算、通通信。单单机控制制系统中档PLC：加上较较强的模模拟量输输入输出出、算术术运算、、数据传传送比较较、数值值转换、、远程I/O，子程序序、通信信；中断断，PID。高档PLC：带符号号算术运运算；矩矩阵运算算；1.6PLC的分类及及发展趋