可編程控制器-系統(tǒng)概述.ppt

可編程控制器-概述,1-1,產(chǎn)生背景,1.1概述：PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,1-2,上個(gè)世紀(jì)60年代，制造過(guò)程中繼電器控制柜(屏)的廣泛應(yīng)用 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，要使用數(shù)百乃至上千只各式各樣的繼電器，通過(guò)大量的接線及其之間的互連關(guān)系來(lái)確定其控制功能。 這數(shù)以百千計(jì)的觸點(diǎn)繼電器以及眾多的接線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性都提出了巨大的挑戰(zhàn)。 價(jià)格方面，繼電器控制屏的價(jià)格包含著采購(gòu)、接線和安裝勞工等費(fèi)用。制造繼電器控制柜（屏）需要花費(fèi)大量的安裝接線時(shí)間和費(fèi)用。 更為糟糕的問(wèn)題是繼電器控制系統(tǒng)的控制功能取決于繼電器及其相互的硬接線關(guān)系，所以當(dāng)需要變更控制功能時(shí)，就需要進(jìn)行一次艱巨而又艱苦的重新接線。 無(wú)法預(yù)見(jiàn)的高額維護(hù)費(fèi)用 這一切對(duì)于六十年代的汽車制造業(yè)矛盾日漸突出。對(duì)于先進(jìn)控制系統(tǒng)的要求日漸清晰。這種新的控制系統(tǒng)應(yīng)該具有很高的可靠性，故障檢修簡(jiǎn)單方便，功能更改簡(jiǎn)單。,發(fā)展歷程,1-3,1968年美國(guó)通用汽車公司GM公開(kāi)招標(biāo)，尋求一種新的控制裝置 1969年DEC公司推出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器 70年代中期，美日一些廠家將微處理器引入可編程控制器，從而徹底打破了可編程控制器作為繼電控制系統(tǒng)替代品的框框。 70年代末期到80年代初，為解決各廠家的可編程控制器系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊各自為政、無(wú)法互聯(lián)的局面，GM開(kāi)始制訂MAP(Manufacturing Automation Protocol)，可編程控制器網(wǎng)絡(luò)走上標(biāo)準(zhǔn)化道路。 90年代，迅速發(fā)展的各種網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被廣泛地集成在可編程控制器系統(tǒng)中，可編程控制器及其相關(guān)系統(tǒng)為工廠自動(dòng)化提供一種全集成自動(dòng)化TIA的解決方案。,1.1概述：PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,GM招標(biāo)要求,1-4,編程簡(jiǎn)單，可以在現(xiàn)場(chǎng)修改程序，在使用者的工廠就能夠迅速方便地對(duì)其控制的硬件和設(shè)備進(jìn)行編程以及重新進(jìn)行程序設(shè)計(jì)； 維護(hù)方便，最好是插件式，以便在最短的停車時(shí)間內(nèi)維護(hù)系統(tǒng)； 能與數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行； 可靠性高于繼電器控制柜，所有系統(tǒng)能夠在工廠無(wú)特殊支持的環(huán)境條件下運(yùn)行； 體積小于繼電器控制柜，能耗也相應(yīng)減?。?成本上可以與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； 輸入開(kāi)關(guān)量能直接使用已有的按鈕和限位開(kāi)關(guān)所使用的交流115V； 輸出能夠直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器和電磁閥線圈，即輸出量具有交流115V 2A的負(fù)載能力； 擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小的變更； 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K；,1.1概述：PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,早期的可編程控制器,1-5,用于工業(yè)級(jí) 用于替代繼電控制系統(tǒng) 改變其控制邏輯時(shí)，無(wú)需大量的重新接線和元件更改 用軟件設(shè)計(jì)代替硬接線 輸入輸出裝置可以與外部傳感器、執(zhí)行器直接連接 結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展 故障診斷簡(jiǎn)單，維護(hù)方便 早期的可編程控制器通常稱為可編程邏輯控制器，是以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)的。在硬件上簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路，并在接口上作了適應(yīng)工業(yè)控制要求的變化。在軟件上簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的編程指令和編程方式，采用了面向問(wèn)題、面向用戶、接近“自然語(yǔ)言（電路圖）”的編程方式。 在這期間，還同時(shí)發(fā)展了矩陣式順序控制器，這種控制器采用矩陣板上二極管的位置實(shí)現(xiàn)“與”，“或”，“非”等邏輯運(yùn)算。,1.1概述：PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,當(dāng)前的可編程控制器,1-6,為工廠自動(dòng)化提供全面的解決方案全集成自動(dòng)化Total Integrated Automation,1.1概述：PLC的產(chǎn)生與發(fā)展,可編程控制器的名稱,1-7,1980年美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA正式命名： Programmable Controller 可編程控制器 Note: 可編程控制器是在工廠的實(shí)際要求和應(yīng)用中發(fā)展起來(lái)的。早期名稱很不統(tǒng)一。 可編程控制器Programmable Controller的英文簡(jiǎn)寫(xiě)為PC。 可編程控制器Programmable Controller有時(shí)簡(jiǎn)稱PLC，以區(qū)別于個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer, PC）。 現(xiàn)在PLC是指可編程控制器Programmable Controller，而不是可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）。,1.2概述：PLC的定義,可編程控制器的定義,1-9,為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì) 循環(huán)掃描機(jī)制 第一編程語(yǔ)言:梯形圖,可編程控制器及其相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想： 提供一種通用的控制產(chǎn)品，可以由OEM廠商(原始設(shè)備制造商)或最終用戶根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)進(jìn)行配置、修改和定制。并且可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)的支持和維護(hù)都可以由普通的電氣技工來(lái)完成。 Programmable Controller vs. Industrial Personal Computer IEC1131的定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)”，是真正的“為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。,1.2概述：PLC的定義,可編程控制器的分類,1-10,由于可編程控制器的多樣性，使其具有多種分類方式，在此我們根據(jù)可編程控制器的 規(guī)模 性能 結(jié)構(gòu) 三個(gè)方面來(lái)作分類，這些分類有助于可編程控制器的選型及應(yīng)用。,1.3概述：PLC的分類,根據(jù)規(guī)模分類,1-11,可編程控制器的規(guī)模以所配置的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)來(lái)衡量 小型：I/O點(diǎn)數(shù)1024(up to 8k and more)，用戶程序容量數(shù)十,數(shù)百kW 應(yīng)該指出大、中、小的規(guī)模主要是指I/O點(diǎn)數(shù)，程序容量在目前的多數(shù)可編程控制器中是可以擴(kuò)展，擴(kuò)展后可達(dá)數(shù)十兆。,1.3概述：PLC的分類,根據(jù)性能分類,1-12,低檔：性能主要局限于原來(lái)的繼電器控制系統(tǒng)的替代品。功能主要是各種邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，移位等。主要配置開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊。 中檔：除了低檔可編程控制器具備的功能外，中檔產(chǎn)品具備了諸如數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳遞、比較、代碼轉(zhuǎn)換等功能，開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)也較多，另外有模擬量I/O和遠(yuǎn)動(dòng)I/O，其中遠(yuǎn)動(dòng)I/O借助于通訊功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。 高檔：除了中低檔產(chǎn)品的功能外，高檔產(chǎn)品借助于其一個(gè)或多個(gè)高性能的微處理器為工業(yè)應(yīng)用提供了大量的高級(jí)功能，諸如浮點(diǎn)運(yùn)算、文件管理，往往提供了對(duì)上，對(duì)下的多種網(wǎng)絡(luò)通訊方式，高檔產(chǎn)品是一個(gè)完整系列產(chǎn)品，為整個(gè)工廠自動(dòng)化提供了一個(gè)完整的解決方案。,1.3概述：PLC的分類,根據(jù)結(jié)構(gòu)分類,1-13,整機(jī)型：它將電源，CPU和少量I/O(開(kāi)關(guān)量)組裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，稱為基本單元。當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)不足或需要諸如模擬量I/O等功能時(shí)就需要通過(guò)扁平電纜(并行內(nèi)部總線)連接擴(kuò)展單元。小型可編程控制器較多地采用這種形式，其結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，成本降低。 模塊型：可編程控制器的各個(gè)功能模塊在結(jié)構(gòu)上也以單獨(dú)的模塊形式出現(xiàn)，如電源模塊，中央處理模塊，各種I/O模塊，他們通過(guò)一個(gè)共同的基板或者機(jī)架上的內(nèi)部總線構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)一般在中大型、高檔產(chǎn)品中采用。隨著近年來(lái)小型產(chǎn)品高檔化的發(fā)展趨勢(shì)，在小型系統(tǒng)中也有出現(xiàn)。,1.3概述：PLC的分類,Example:SIEMENS,1-14,1.3概述：PLC的分類,Example:Matsushita,1-15,1.3概述：PLC的分類,Example:Schneider,1-16,TSX Neza Modicon TSX Quantum TSX Premium,TSX Momentum TSX Micro TSX Compact,1.3概述：PLC的分類,可編程控制器的特點(diǎn),1-17,可編程控制器的特點(diǎn)和他的設(shè)計(jì)思想是分不開(kāi)的，它以用戶在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要為目標(biāo)。 高可靠性 編程簡(jiǎn)單，使用、維護(hù)方便,1.4概述：PLC的特點(diǎn),可編程控制器的特點(diǎn):高可靠性,1-18,工業(yè)生產(chǎn)要求控制設(shè)備具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境下可靠地工作。 平均無(wú)故障時(shí)間MTBF(Mean Time Between Failure) 平均修復(fù)時(shí)間 MTTR(Mean Time To Repair) 故障原因： 1. 外界惡劣環(huán)境引起 2. 器件失效引起 通過(guò)器件選擇、硬件(屏蔽、濾波、電源調(diào)整保護(hù)、隔離、自診斷)、軟件(故障檢測(cè)、信息保護(hù))、結(jié)構(gòu)(模塊結(jié)構(gòu))設(shè)計(jì)入手提高M(jìn)TBF、減少M(fèi)TTR。 (含冗余技術(shù)),1.4概述：PLC的特點(diǎn),可編程控制器的特點(diǎn):使用方便,1-19,使用方便、編程方便、維護(hù)方便 梯形圖語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)的繼電控制線路形式，是一種面向使用的編程方式。 使用者在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中只需要關(guān)心生產(chǎn)工藝流程。 產(chǎn)品的系列化和模塊化是大量的工作通過(guò)選型和配置完成。 完善的自診斷能力。,1.4概述：PLC的特點(diǎn),可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì),1-20,廉價(jià)小型和高檔小型的可編程控制器及其相關(guān)產(chǎn)品 更加完善地為工廠自動(dòng)化系統(tǒng)提供一攬子解決方案,1.5概述：PLC的發(fā)展趨勢(shì),工廠自動(dòng)化FA( factory automatic),1-21,現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化應(yīng)該是一個(gè)既負(fù)責(zé)企業(yè)管理經(jīng)營(yíng)又負(fù)責(zé)生產(chǎn)控制的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。,概述：工廠自動(dòng)化FA,工廠企業(yè)自動(dòng)化模型,1-22,ISO企業(yè)自動(dòng)化模型 NBS工廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)模型,概述：工廠自動(dòng)化FA,工廠企業(yè)自動(dòng)化的金字塔結(jié)構(gòu),1-23,上 層負(fù)責(zé)進(jìn)行生產(chǎn)管理 中間層負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和優(yōu)化 底 層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制,概述：工廠自動(dòng)化FA,工廠企業(yè)自動(dòng)化,1-24,概述：工廠自動(dòng)化FA,Total Integration Automation,1-25,概述：工廠自動(dòng)化FA,全集成自動(dòng)化 Total Integration Automation,1-26,概述：工廠自動(dòng)化FA,工業(yè)操作環(huán)境,1-27,油污灰塵 振動(dòng)與沖擊 溫度極限 濕度 電磁干擾 電源,概述：工廠操作環(huán)境,小 結(jié),可編程控制器是工廠自動(dòng)化中應(yīng)用最廣泛、最普及的控制裝置；是一種真正意義上的工業(yè)控制計(jì)算