可编程序控制器-PLC

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《可编程序控制器-PLC》

课程注气锅炉干度控制系统进水及出水电导率测量PLC控制柜人机界面日期 安排 课程内容1讲课 可编程序控制器PLC原理及硬件结构2 讲课 PLC典型系统设计3讲课 PLC典型程序设计4讲课 PLC的人机界面设计课程安排产生及定义分类应用领域ProgrammableLogicController（一）：1-1:PLC的产生

１９６９年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（programmablelogiccontroller）。1-2:PLC的定义国际电工委员会（IEC）于1982年11月和1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“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。它采用可编程的存储器，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，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。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联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。1-3:PLC的特点可靠性高、抗干扰能力强编程简单、使用方便设计、安装容易，维护工作量少功能完善、通用性好，可实现三电一体化PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体。体积小、能耗低性能价格比高1-4:PLC的缺点主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。

1-5:PLC的分类(1)按I／O点数分类:I／O点数小于32为微型PLC；I／O点数在32～128为微小型PLC；I／O点数在128～256为小型PLC；I／O点九在256～1024为中型PLC；I／O点数大于1024为大型PLC；I／O点数在4000以上为超大型PLC。以上划分不包括模拟量I／0点数，且划分界限不是固定不变的。I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。DO晶体管输出DO继电器输出DI输入（2）按结构形式分类整体式PLC：又称单元式或箱体式。整体式PLC是将电源、CPU、I／0部件都集中装在一个机箱内。一般小型PLC采用这种结构。模块式PLC：将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模块、I／0模块、电源模块和各种功能模块。模块式PLC由框架和各种模块组成。模块插在插座上。一般大、中型PLC采用模块式结构，有的小型PLC也采用这种结构。有的PLC将整体式和模块式结合起来，称为叠装式PLC。SIMENSPLC分类SIMATICS7 可编程控制器系列产品包括微型PLC(S7-200)系列、较低性能系列(S7-300)和中/高性能系列(S7-400)。SIMATICM7 M7PLC系统将

AT兼容机的性能引入PLC，或相反，将PLC的功能加入计算机中并保持熟悉的编程环境。

M7-300和M7-400自动化计算机通过开放硬件和软件平台的方法扩展了PLC的功能。它们包括一个AT兼容机，并在实时多任务操作系统RTOS支持下工作。M7总是用于需要高的计算性能、数据管理和显示的场合。SIMATICC7 该系列的完整系统是由一个PLC(S7-300)、一个HMI操作面板和过程监视系统组成。将PLC与操作面板集成在一起可使整个控制设备体积更小、价格更优。WinAC WinAC是一个基于计算机的解决方案，它用于各种控制任务（控制、显示、数据处理）都由计算机完成的场合。

有3种产品：

• WinACBasic是纯软件的解决方案(PLC作为WindowsNT的任务)

• WinACPro是硬件解决方案(PLC作为PC卡)

• WinACFIStationPro是完全解决方案(SIMATICPCFI25)西门子模块式PLC模块式PLC扩展I/O显示器键盘通信接口接线端子盒整体式PLC

结构—接线端子

打开控制器接线端子盒可见接线端子，其中包括检测、控制信号端子，电源输入端子和后备电池接线端子。

信号输入、输出端子电源输入端子后备电池输入端子220VAC保险24V仪表电源保险复位键1-6：PLC的应用领域PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。ProgrammableLogicController（二）：国内外状况发展趋势2-1：PLC的国内外状况美国PLC发展得最快：

1.著名厂家有A-B（Allen-Bradley），2.MODICON莫迪康公司，GE-FSNUC公司，TI（TexasInstrument）德州仪器公司，3.WESTHOUSEElectric西屋电气公司等。欧洲PLC的厂家:

1.西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。

2.法国的TE(Telemecanique）(施耐德）日本生产PLC的厂家：

1.三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON)

2.富士电机（FujiElectric）,东芝(TOSHIBA）

3.安川等公司。我国在70年代末和80年代初开始引进PLC：北京机械工业自动化研究所上海工业自动化仪表研究所大连组合机床研究所成都机床电器研究所中科院北京计算机所及自动化所长春一汽上海起重电器厂上海香岛机电公司上海自力电子设备厂等单位以上诸单位都没有形成规模化生产。2-2:

PLC的发展趋势

（1）向高速度、大存储容量方向发展（CPU处理速度nS级；内存2M字节）（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化(硬件、软件兼容的 PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I／0（5）加强联网和通信的能力（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（openModularArchitectureforControl）ProgrammableLogicController（三）：系统组成工作方式编程方式PLC选择3-1-1:PLC系统组成基板/机架：电源模块：PSM-ACPU模块：CPM-E联网模块：IOLM开关量输入模块PIM-D（P）H开关量输出模块POM-RH模拟量输入模块AGM-I（V）模拟量输出模块AGM-O（V）特殊功能模块通讯模块PLC系统组成基板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。电源:DC24V；AC220V

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。中央处理单元（CPU）： CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096、AVR、（3）位片式微处理器：AMD-2900存储器（RAM/ROM）：ROM：存系统程序（CMOS固化）RAM：存用户程序 RAM的经验计算：以字（16位）为单位逻辑控制时，RAM=（I+O）*10有AD时，RAM=AD*120有AD和DA时，RAM=（AD+DA）*250输入／输出部件（I／0单元）开关量、模拟量PLC系统的其它设备 1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

PLC的通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。IIC、SPI、CAN、PROFIBUS。

对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。CPURAM/ROM3-1-2:CPU模块3-1-3:西门子PLC典型开发系统主控制器AI模块

串行接口模块

24V电源模块

双路电源变压器

天线插头

现场取数据插头

DI/DO模块

电台电源

信号调理模块

电台

控制继电器

3-1-4:国内PLC系统3-1-5:PLC系统示意图3-1-6:PLC交流输入3-1-7:PLC直流输入3-1-8:PLC继电器输出3-1-9:PLC晶体管输出3-1-10:PLC晶闸管输出3-1-11:标准编程器3-2-1:PLC扫描过程PLC采用循环扫描的工作方式，这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次所需要的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期T=公共部分扫描时间+外设扫描时间+用户程序执行时间+I／0扫描时间PLC的I／0响应时间=输入延迟时间+扫描周期+输出延迟时间+输出时间3-2-1:PLC工作方式3-3-1:梯形图编程3-3-2:PLC语句表（助记符）编程3-3-3:逻辑符号图编程3-3-4:PLC高级语言编程CBASICPASCAL汇编3-4:PLC的选择I／O设备的位置确定选择I／O接口模块的型号A/D、D/A等特殊接口部件的选择系统有I／O规格要求时，初步确定PLC的大体规模输入／输出设备的数量PLC的内存容量、PLC的指令系统其它外围设备，如通信联网、编程器等基于微处理器的工业控制系统1）集散DCS控制系统：由回路仪表控制系统发展而来，在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势；2）可编程序控制器PLC构成的控制系统：由继电器逻辑控制系统发展而来，它在数字处理、开关量控制和顺序控制方面具有优势。3）工控计算机IPC构成的控制系统。

三者相互渗透、互为补充，PLC、DCS和IPC的差别已不明显，它们都能构成复杂的分级控制，从趋势来看，三者的归宿和统一将是全分布式计算机控制系统。

可编程控制器与继电器控制的区别PLC的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别处有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处。

PLC是软逻辑；继电器是硬逻辑。PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、