機(jī)電系統(tǒng)控制器與應(yīng)用PLC篇之一概述1匯編

1、第三部分(b fen) 第1章 可編程控制器概述 參考(cnko)教材：STM32編程參考手冊(cè)ST.COM，意法半導(dǎo)體公司，2009年微型計(jì)算機(jī)常用外部設(shè)備，謝其中，華中科技大學(xué)出版社，2005年零起點(diǎn)學(xué)西門子PLC，高鴻斌，電子工業(yè)出版社，2012年 共四十一頁一、專業(yè)知識(shí)體系(tx)需求機(jī)械(jxi)電控制計(jì)算機(jī)共四十一頁共四十一頁二、相關(guān)課程(kchng)情況機(jī)電系統(tǒng)控制基礎(chǔ)(jch)：理論機(jī)電控制技術(shù)：應(yīng)用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)共四十一頁三、課程建設(shè)總體(zngt)要求不講控制規(guī)律、控制算法，不講系統(tǒng)(xtng)的特性分析講如何設(shè)計(jì)、選擇控制器，完成與外圍設(shè)備的通信機(jī)電系統(tǒng)控制器

2、與應(yīng)用是一門專業(yè)的必修課，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種機(jī)電一體化產(chǎn)品常用控制器類型及特點(diǎn)、控制器硬件結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)，學(xué)會(huì)根據(jù)控制對(duì)象要求合理選擇控制器及搭建軟硬件系統(tǒng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)能力、辯證思維和創(chuàng)新意識(shí)能力及在機(jī)電領(lǐng)域從事工作和研究的能力，培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)出發(fā)，將機(jī)械、電子、控制有機(jī)集成的能力。共四十一頁第三部分(b fen) 第1章 可編程控制器概述 一、可編程控制器的定義(dngy)二、可編程控制器的產(chǎn)生三、可編程控制器的特點(diǎn)四、可編程控制器的應(yīng)用五、可編程控制器的發(fā)展六、可編程控制器的類型本章主要講解共四十一頁什么(shn me)是PLC？一、可編程控制器的定義(dng

3、y)是一種專門用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī);是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。共四十一頁 早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制(kngzh)的。它主要用于順序控制，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。因此，被稱為可編程邏輯控制器（Programmable logic controller，略寫 PLC ) 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速(xn s)發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制的范圍。被稱為可編程控制器（Programmable controller，略寫PC)。為區(qū)別于Personal Compu

4、ter (PC)，故沿用PLC 這個(gè)名稱。通用叫法中文名稱為可編程控制器；英文名稱為PLC。共四十一頁一、可編程控制器的定義(dngy)1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程(guchng)?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。 共四十一頁二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)繼電器控制系統(tǒng)(kn zh

5、 x tn) 由接觸器、繼電器、主令電器、保護(hù)電器及按照一定的控制邏輯接線（控制線路）等組成的控制系統(tǒng)。（控制規(guī)律由硬件線路產(chǎn)生，只能進(jìn)行順序控制） 操作簡(jiǎn)單直觀、維護(hù)、調(diào)整方便，現(xiàn)場(chǎng)人員容易掌握使用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于工礦企業(yè)的生產(chǎn)控制。 共四十一頁二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)共四十一頁二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)共四十一頁二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)繼電器控制系統(tǒng)(kn zh x tn)問題體積大、可靠性低，查找排除故障困難。接線復(fù)雜、不易更改，工藝變化適應(yīng)性差。共四十一頁背景1968年美國(guó)通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化

6、的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種(pnzhng)生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)共四十一頁1968年，GM公司提出十項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；維護(hù)方便(fngbin)，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；可將數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)；可直接使用115V交流輸入電壓；輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等；通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便;能存儲(chǔ)程序，存儲(chǔ)器容量可以擴(kuò)展到4KB。二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)共

7、四十一頁1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制第一臺(tái)可編程控制器，并應(yīng)用于工業(yè)(gngy)現(xiàn)場(chǎng)。二、可編程控制器的產(chǎn)生(chnshng)共四十一頁三、 可編程控制器的特點(diǎn)(tdin)與繼電器控制系統(tǒng)相比較無觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單，容易掌握；系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量小，維護(hù)方便；體積小，能耗低。共四十一頁三、 可編程控制器的特點(diǎn)(tdin)與單片機(jī)相比較PLC是單片機(jī)，是由單片機(jī)加上外圍電路做成的，是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)特例；PLC已經(jīng)模塊化，成品化，功能比單片機(jī)強(qiáng)大，適合

8、于工廠環(huán)境的大型控制系統(tǒng)； 單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，但都需要開發(fā)，而且是底層開發(fā)，比較麻煩，程序編寫(binxi)麻煩；PLC價(jià)格比單片機(jī)貴；PLC適合于小批量產(chǎn)品，單片機(jī)適合于大批量產(chǎn)品。共四十一頁三、 可編程控制器的特點(diǎn)(tdin)與PC機(jī)相比較PLC工作環(huán)境要求比PC低，PLC抗干擾能力強(qiáng)；PLC編程比PC簡(jiǎn)單易學(xué)； PLC設(shè)計(jì)調(diào)試周期短； PC應(yīng)用領(lǐng)域與PLC不同； PLC的輸入/輸出響應(yīng)速度慢，（一般(ybn)ms級(jí)），而PC的響應(yīng)速度快（為微秒級(jí)）； PLC維護(hù)比PC容易。 共四十一頁三、 可編程控制器的特點(diǎn)(tdin)與工控機(jī)相比較工控機(jī)來源于計(jì)算機(jī)， PLC來源于繼電

9、器控制；PLC運(yùn)算速率低于工控機(jī)；工控機(jī)功能比PLC強(qiáng)大(qingd)；工控機(jī)作為上位機(jī)使用，PLC作為下位機(jī)使用。共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁四、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域共四十一頁五、可編程控制器的發(fā)展(fzhn)高性能、高速度、大容量發(fā)展為了(wi le)提高PLC的處理能力，要求PLC具有

10、更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。 共四十一頁向小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型PLC，最小配置的I/O點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 大型化是指大中型PLC 向大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。現(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)

11、的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行(bngxng)工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。五、可編程控制器的發(fā)展(fzhn)共四十一頁大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)(lin wn)與通信能力為滿足各種控制系統(tǒng)的要求，不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信有兩類： PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段； PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)與和通信能力，PLC生產(chǎn)廠家也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 五、可編程控制器的發(fā)展(fzhn)共四十一頁增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力據(jù)統(tǒng)計(jì)資

12、料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)(shxin)檢測(cè)、處理。而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 五、可編程控制器的發(fā)展(fzhn)共四十一頁編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖、語句表語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖

13、語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步(jnb)的一種趨勢(shì)。五、可編程控制器的發(fā)展(fzhn)共四十一頁按I/O點(diǎn)數(shù)分小型(xioxng)PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下的為小型PLC。 （其中I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型或微型PLC）中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以上、2048點(diǎn)以下的為中型PLC。大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)為2048以上的為大型PLC。 （其中I/O點(diǎn)數(shù)超過8192點(diǎn)的為超大型PLC）六、可編程控制器的類型(lixng)共四十一頁按結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)

14、緊湊、體積小、價(jià)格(jig)低等特點(diǎn)。六、可編程控制器的類型(lixng)模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來。模塊式PLC 將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。緊湊式PLC 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來。整體式PLC 將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等特點(diǎn)。共四十一頁按功能分低檔PLC 具有

15、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量(sholing)模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。 中檔PLC 具有低檔PLC功能外，增加模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還增設(shè)中斷、PID控制等功能。 高檔PLC 具有中檔機(jī)功能外，增加帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)運(yùn)算、制表及表格傳送等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能。 六、可編程控制器的類型(lixng)共四十一頁 本章主要介紹了可編程控制器的定義(dngy)、可編程控制器產(chǎn)生的背景、可編程控制器的特點(diǎn)、可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域、主要類型、發(fā)展趨勢(shì)及概況。本章(bn zhn)小結(jié)共四十一頁謝謝(xi xie)!共四十一頁內(nèi)容摘要第三部分 第1章 可編程控制器概述。不講控制規(guī)律、控制算法，不講系統(tǒng)的特性分析。 早期的PLC是用來替代繼電器、接觸器控制的。