自動化基礎知識

1自動化基礎知識

劉艷艷

現在是1頁\一共有120頁\編輯于星期三2主要內容1、自動控制2、計算機3、計算機網絡4、可編程控制器（plc)現在是2頁\一共有120頁\編輯于星期三一、什么是自動化1、自動化定義

自動化是指在無人干預的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制的過程。研究內容：自動化是一門涉及學科較多﹑應用廣泛的綜合性科學技術。數學、物理學、力學、電子學、生物學等是該學科的重要基礎它的研究內容主要有自動控制和信息處理兩個方面﹐包括理論﹑方法﹑硬件和軟件等?，F在是3頁\一共有120頁\編輯于星期三2、什么是工業(yè)自動化技術工業(yè)自動化技術是指綜合運用控制理論、電子裝備、儀器儀表、計算機和相關工藝技術，對工業(yè)生產過程實現檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、節(jié)省能耗、降低消耗、減少污染、確保安全等目的的一種綜合性技術?，F在是4頁\一共有120頁\編輯于星期三53、自動控制概念

所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數（即被控量）自動地按照預定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)：

實現上述控制目的，由相互制約的各部分按一定規(guī)律組成的具有特定功能的整體?，F在是5頁\一共有120頁\編輯于星期三

4、自動控制技術的內容自動控制技術包含了自動控制系統(tǒng)中所有元器件的構造原理和性能，以及控制對象或被控過程的特性等方面的知識；自動控制系統(tǒng)的分析與綜合；控制用計算機(能作數字運算和邏輯運算的控制機)的構造原理和實現方法?，F在是6頁\一共有120頁\編輯于星期三5、自動控制技術的原理和方法自動控制技術是自動化單元技術和集成技術及其在各類控制系統(tǒng)中的應用。它以自動控制理論為基礎，以電子技術、電力電子技術、傳感器技術、計算機技術、網絡與通信技術為主要工具，面向工業(yè)生產過程自動控制及各行業(yè)、各部門的自動化。它具有“控(制)管(理)結合，強(電)弱(電)并重，軟(件)硬(件)兼施”等鮮明的特點，現在是7頁\一共有120頁\編輯于星期三二、自動化系統(tǒng)分類1、從應用角度分a、過程自動化

石油煉制和化工等工業(yè)中流體或粉體的化學處理自動化。一般采用由檢測儀表﹑調節(jié)器和計算器等組成的過程控制系統(tǒng)﹐對加熱爐﹑蒸餾塔等設備或整個工廠進行最優(yōu)控制。現在是8頁\一共有120頁\編輯于星期三b、機械制造自動化

這是機械化﹑電氣化與自動控制相結合的結果﹐處理的對象是離散工件。c、管理自動化

工廠或事業(yè)單位的人﹑財﹑物﹑生產﹑辦公等業(yè)務管理自動化﹐是以信息處理為核心的綜合性技術﹐涉及電子計算器﹑通信﹑系統(tǒng)與控制等學科。d、其它：實驗室自動化、家庭自動化、商業(yè)自動化現在是9頁\一共有120頁\編輯于星期三2、按測控形式分a、SCADA（SupervisorControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)

監(jiān)測控制和數據采集系統(tǒng)。它可以實時采集現場數據，對工業(yè)現場進行本地或遠程的自動控制，對工藝流程進行全面、實時的監(jiān)視，并為生產、調度和管理提供必要的數據。

SCADA系統(tǒng)的主要功能包括數據采集、本地和遠程控制、多種通訊介質聯接、易于重新配置及本地和遠程診斷?，F在是10頁\一共有120頁\編輯于星期三b、DCS（DistributedControlSystem）系統(tǒng)

DCS是一種分布式控制系統(tǒng)，在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。

DCS是計算機技術、控制技術和網絡技術高度結合的產物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網絡連接并可進行數據交換。操作采用計算機操作站，通過網絡與控制器連接，收集生產數據，傳達操作指令?，F在是11頁\一共有120頁\編輯于星期三

DCS系統(tǒng)的基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、綜合協調的原則，將測控系統(tǒng)分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級和綜合信息管理級，構成一分級分布式控制系統(tǒng)。

因此，DCS的主要特點歸結為一句話就是：分散控制集中管理?，F在是12頁\一共有120頁\編輯于星期三c、直接數字控制（DDC）系統(tǒng)d、監(jiān)督計算機控制（簡稱SCC）系統(tǒng)e、現場總線控制系統(tǒng)（簡稱FCS）系統(tǒng)現在是13頁\一共有120頁\編輯于星期三三、自動化系統(tǒng)構成1、SCADA系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)主要應用于水利、石油、供電等行業(yè)中，用于地理環(huán)境惡劣無人值守的環(huán)境下進行遠程控制。它的主要結構包括遠程控制單元RTU（RemoteTerminalUnit）、通訊網絡及中心站?，F在是14頁\一共有120頁\編輯于星期三1)遠程終端RTU

RTU主要作用是進行數據采集及本地控制，進行本地控制時作為系統(tǒng)中一個獨立的工作站，這時RTU可以獨立的完成連鎖控制、前饋控制、反饋控制、PID(比例、微分、積分）控制等工業(yè)上常用的控制調節(jié)功能；進行數據采集時作為一個遠程數據通訊單元，完成或響應本站與中心站或其它站的通訊和遙控任務?，F在是15頁\一共有120頁\編輯于星期三2)系統(tǒng)的通訊網絡

主要用于RTU與中心站通訊及與其它RTU通訊。通訊鏈路種類有無線、有線、微波、光纖。RTU可支持的通訊方式有中心站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式?，F在是16頁\一共有120頁\編輯于星期三中心站觸發(fā)的通訊方式包括：

?

輪詢方式由系統(tǒng)設置一個時間周期，每隔一個時間段系統(tǒng)進行一次查詢，接收中心站所需要的現場數據。

?廣播方式由中心站向所有RTU或某分組內的RTU下發(fā)命令。

?控制命令下發(fā)方式如下發(fā)開、關控制命令，修改報警及控制權限。

RTU觸發(fā)的通訊方式：RTU可以在程序中根據現場情況設置條件，以便在非常情況下向中心站發(fā)送數據?，F在是17頁\一共有120頁\編輯于星期三3）中心站

它可包含多個工作站和支持網絡功能的設備，以完成不同的工作。它通過中心站軟件管理系統(tǒng)數據庫，每個工作站通過組態(tài)畫面監(jiān)測現場站點，下發(fā)控制命令進行控制，并完成工況圖、統(tǒng)計曲線、報表等功能。

現在是18頁\一共有120頁\編輯于星期三2、DCS系統(tǒng)從結構上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。1）過程級主要由過程控制站、I/O單元和現場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。2）操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。3）管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），它是DCS更高層次的應用。現在是19頁\一共有120頁\編輯于星期三DCS系統(tǒng)結構圖現在是20頁\一共有120頁\編輯于星期三四、自動控制系統(tǒng)工作原理1、系統(tǒng)工作原理簡易實驗1）現在作一個游戲，讓張三和李四分別去拿放在一張桌子上的杯子，張三把自己的雙眼蒙上，而李四卻不用蒙上雙眼?？纯此麄冋l能順利地拿到杯子？2）人打算拿桌子上的杯子時，首先要看一下杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會指揮自己的手做出動作，向減少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運動，杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。

由于沒有了眼睛所以圖中的反饋就無法形成人這個“機器”也就工作不正常了現在是21頁\一共有120頁\編輯于星期三自動控制系統(tǒng)工作的關鍵就在于反饋系統(tǒng)的存在，正是有了反饋的存在，才使自動化成為可能。反饋：反饋控制是這樣一種控制過程，它能夠在存在擾動的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據量）（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，而且其工作正是基于這一偏差基礎之上的。反饋控制系統(tǒng)是一種能對輸出量與參考輸入量進行比較，并力圖保持兩者之間的既定關系的系統(tǒng)，它利用輸出量與輸入量的偏差來進行控制?，F在是22頁\一共有120頁\編輯于星期三1、自動化系統(tǒng)組成：檢測比較裝置所起作用相當于人眼在上面例子中的作用，主要是獲得反饋，并且計算我們要達到的目的與現在的實際情況之間的差值

控制器所起作用相當于大腦在上面例子中的作用，主要是用來決定應該怎樣做

執(zhí)行機構主要所起作用相當于人手在上面例子中的作用，完成控制器下達的決定

控制量也就是所要達到的目的，相當于手和杯子之間的距離?？刂屏渴俏覀冏詣踊瘷C器所要達到的最終目的現在是23頁\一共有120頁\編輯于星期三2、自動化各構成部分的作用及實現1）檢測（測量）裝置

檢測（測量）裝置主要是傳感器。傳感器是一種能把物理量﹑化學量﹑生物量等轉變成便于利用的電信號的器件。輸出的電信號有不同形式，如電壓﹑電流﹑頻率﹑脈沖等，能滿足信息傳輸﹑處理﹑記錄﹑顯示﹑控制的要求?，F在是24頁\一共有120頁\編輯于星期三通常傳感器由感應組件和轉換組件組成。感應組件(SensingElement)能直接感受被測量的的量;

轉換組件(TransductionElement)則將感應組件輸出量轉換為適于傳輸和測量的電信號?，F在是25頁\一共有120頁\編輯于星期三與人類五大感覺器官相比對應的傳感器眼睛（視覺）光傳感器﹑影像傳感器等耳朵（聽覺）壓力傳感器﹑電容麥克風等皮膚（觸覺）力學傳感器﹑溫度傳感器﹑濕度傳感器等﹔舌頭（味覺）等離子傳感器﹑化學傳感器等﹔鼻子（嗅覺）半導體氣體傳感器﹑燃燒式氣體傳感器等除了以上和五感相比擬的傳感器外還有紅外線傳感器、接近傳感器速度和加速度傳感器、磁性傳感器等現在是26頁\一共有120頁\編輯于星期三一般測量信號轉換為電量類型(根據采集數據轉換后接入控制器的種類劃分）：被測量轉換量舉例圖例模擬量（連續(xù)、不間斷的量）0~5V，1~5V；0~20mA，4~20mA；電阻壓力、液位，流量，溫度脈沖量2~36V方波；油、氣、水流量，開關量0~24V開關信號水位（點），閥位現在是27頁\一共有120頁\編輯于星期三2）控制器

控制器（一般是RTU、PLC等設備）的主要作用是進行信號采集、數據轉換、運算、處理、發(fā)送及本地控制?，F在是28頁\一共有120頁\編輯于星期三由傳感器測量的現場被測量被轉換為與其成比例的標準電信號后輸入到控制器，控制器將接收到的電流信號按相同的比例反算回被測量的現場實際值，同時將該數據應用到其他相關的計算、控制過程并按需要將數據傳送至其他位置（如監(jiān)控機）?，F在是29頁\一共有120頁\編輯于星期三3）執(zhí)行機構（執(zhí)行器）

執(zhí)行機構是按控制器輸出的指令驅動現場設備運行狀態(tài)發(fā)生變化，從而達到控制被控設備的目的的裝置。

執(zhí)行機構一般有電動執(zhí)行機構和氣動執(zhí)行機構。電動執(zhí)行機構是以電為動力源的儀表，氣動執(zhí)行機構是以壓縮空氣為動力源的儀表?，F在是30頁\一共有120頁\編輯于星期三自動控制技術的應用煉鋼、化工、石油、電力、造紙、紡織、食品等工業(yè)航空、航海、汽車、鐵路運輸和國防工業(yè)。圖書資料的管理、實驗室技術。導彈、人造地球衛(wèi)星、原子能、空氣動力等領域?，F在是31頁\一共有120頁\編輯于星期三

自動化技術廣泛用于工業(yè)﹑農業(yè)﹑軍事﹑科學研究﹑交通運輸﹑商業(yè)﹑醫(yī)療﹑服務和家庭等方面

采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動﹑部分腦力勞動以及惡劣﹑危險的工作環(huán)境中解放出來﹐而且能擴展人的器官功能﹐極大地提高勞動生產率﹐增強人類認識世界和改造世界的能力。因此﹐自動化是工業(yè)﹑農業(yè)﹑國防和科學技術現代化的重要條件和顯著標志?，F在是32頁\一共有120頁\編輯于星期三33

計算機概念系統(tǒng)用途分類發(fā)展現在是33頁\一共有120頁\編輯于星期三34概念

（ElectronicDigitalComputer

）計算機是一種能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備。計算機由硬件和軟件組成計算機是完成信息處理的工具

計算機通過預先編好的存儲程序來自動完成數據的加工處理計算機的經濟效益和社會效益是非常明顯它人類生產實踐和科學技術發(fā)展的必然產物現在是34頁\一共有120頁\編輯于星期三35硬件系統(tǒng)（Hardware）組成計算機的任何機械的、電子的、磁性的部件整個計算機的物質基礎基本功能：運行由預先設計好的指令編制的各種程序計算機的主機(由運算器、控制器和存儲器組成)、顯示器、打印機、通訊設備等系統(tǒng)組成現在是35頁\一共有120頁\編輯于星期三36軟件系統(tǒng)（Software）計算機軟件是指為了更好地發(fā)揮計算機硬件的效能和方便用戶使用計算機而設計的各種程序和數據的總和。系統(tǒng)軟件（SystemSoftware）用于管理機器各種資源的程序及協調各裝置工作的程序和為用戶編制程序服務的程序如操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)等應用軟件（ApplicationSoftware）與用戶具體用途關系密切,應用針對性強的軟件單項業(yè)務處理系統(tǒng),如學籍管理和師資管理、文件檔案管理、財會統(tǒng)計報表管理等功能較強的系統(tǒng),如庫存管理系統(tǒng),綜合情報檢索系統(tǒng),會計信息系統(tǒng)等系統(tǒng)現在是36頁\一共有120頁\編輯于星期三37硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的關系軟硬件之間的界面不是固定不變的軟硬件在功能上具有等效性，軟硬件能提供同樣的邏輯運算能力硬件實現成本高,但速度快軟件實現成本低,但速度慢

系統(tǒng)現在是37頁\一共有120頁\編輯于星期三38數值計算科學計算，應用計算機處理科學研究和工程技術中所遇到的數學計算如衛(wèi)星運行軌跡,水壩應力,氣象預報,油田布局,潮汐規(guī)律等等信息處理

信息處理是對原始數據進行收集、整理、分類、選擇、存儲、制表、檢索、輸出等的加工過程如自動閱卷、圖書檢索、財務管理、生產管理、醫(yī)療診斷、編輯排版、情報分析等等實時控制

及時搜集檢測數據,按最佳值對事物進程的調節(jié)控制如工業(yè)生產的自動控制用途現在是38頁\一共有120頁\編輯于星期三39輔助設計

利用計算機的制圖功能,實現各種工程的設計工作如橋梁設計、船舶設計、飛機設計、集成電路設計、計算機設計、服裝設計等等智能模擬

人工智能，利用計算機模擬人類智力活動,以替代人類部分腦力勞動具有一定“學習、推理和聯想”能力的機器人用途現在是39頁\一共有120頁\編輯于星期三40按功能和用途通用計算機解決諸如科學計算、數據處理、自動控制、輔助設計等多方面問題功能多,用途廣,結構復雜,因而價格也偏高

專用計算機解決專門問題而設計的計算機,如用于彈道控制、地震監(jiān)測等方面的計算機功能專一,結構簡單,價格較低

按計算機硬、軟件的配套規(guī)模及功能大小等綜合指標巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機因存儲容量、運算速度的不同而用途各異分類現在是40頁\一共有120頁\編輯于星期三41

第一代1946-1958第二代1958-1965第三代1965-1971第四代1971-代表機型ENIAC(1946.2)IBM-701(1953.4)IBM-650(1954.11)IBM-7090(1959.11)IBM-7094(1962.9)IBM(中型機)IBM-370(大機型)PDP-11(小型機)ILL-IACIV(巨型機)PEPE(巨型機)INTEL-3000(微型機)硬件電子管晶體管中小型規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路磁鼓磁芯磁芯,半導體存儲器半導體存儲器軟件符號語言匯編語言批處理操作系統(tǒng)FORTRAN、COBOL、ALGOL60等程序語言分時操作系統(tǒng)會話式語言(如BASIC)計算機網絡軟件軟件系統(tǒng)工程化、理論化;可擴充語言,數據庫運算速度(定點加法)每秒數千次每秒數萬-數十萬次每秒數十萬-數百萬次每秒數百萬-數億次應用領域科學計算科學計算數據處理實時控制系統(tǒng)模擬系統(tǒng)設計智能模擬巨型機用于尖端科學和軍事,微型機進入日常工作和生活發(fā)展現在是41頁\一共有120頁\編輯于星期三42計算機網絡概念功能分類協議和模型現在是42頁\一共有120頁\編輯于星期三43概念

定義：把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來，在功能完善的軟件和協議的管理下實現網絡中資源共享的系統(tǒng)。地理位置上分布的計算機的集合用傳輸介質互聯起來遵守共同的協議相互通信使用戶隨時隨地能共享信息資源和交換信息現在是43頁\一共有120頁\編輯于星期三由定義可知：(1)計算機網絡是“通信技術”與“計算機技術”的結合產物(2)以數據交換為基礎，以共享資源為目的

主機

終端

終端主機

終端

主機主機通信設備通信線路通信子網資源子網現在是44頁\一共有120頁\編輯于星期三45功能信息交換計算機網絡最基本的功能完成計算機網絡中各個節(jié)點之間的系統(tǒng)通信傳送電子郵件、發(fā)布新聞消息、進行電子購物、電子貿易、遠程電子教育等資源共享

資源是指構成系統(tǒng)的所有要素,包括軟、硬件資源增強了網絡上計算機的處理能力,提高了計算機軟硬件的利用率分布式處理

一項復雜的任務可以劃分成許多部分現在是45頁\一共有120頁\編輯于星期三46分類按地理范圍分類局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）按傳輸速率分類高速網、低速網按傳輸介質分類有線網、無線網按拓撲結構分類總線拓撲結構、星型拓撲結構、環(huán)型拓撲結構、樹型拓撲結構現在是46頁\一共有120頁\編輯于星期三47拓撲結構圖總線拓撲結構星型拓撲結構總線節(jié)點現在是47頁\一共有120頁\編輯于星期三48拓撲結構圖環(huán)型拓撲結構樹型拓撲結構現在是48頁\一共有120頁\編輯于星期三49協議和模型網絡協議在計算機網絡中要做到有條不紊的交換數據，各計算機之間就必須遵守事先約定好的規(guī)則，這些規(guī)則、約定在計算機網絡中稱為網絡協議。計算機網絡中一系列的通信規(guī)則現在是49頁\一共有120頁\編輯于星期三計算機網絡協議通常采用高度民主結構化的分層設計方法，將網絡劃分為一組功能分明、相對獨立和易于操作的層次，依靠各層次之間的功能組合提供網絡的通信服務。如數據的格式是怎樣的,以什么樣的控制信號聯絡,具體傳送方式是什么,發(fā)送方怎樣保證數據的完整性、正確性,接收方如何應答等等常見的網絡協議有IPX/SPX,TCP/IP等目前Internet使用的標準協議是TCP/IP模型，包括網絡接口層、網絡層、傳輸層和應用層?，F在是50頁\一共有120頁\編輯于星期三51協議和模型網絡互聯模型開放系統(tǒng)互聯結構模型（OSI）不是一個實際的物理模型,而是一個將網絡協議規(guī)范化了的邏輯參考模型OSI七層模型應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層通信子網和資源子網現在是51頁\一共有120頁\編輯于星期三52協議和模型通信子網和資源子網通信子網的范疇：物理層、數據鏈路層和網絡層資源子網的范疇：會話層、表示層和應用層傳輸層起著承上啟下的作用現在是52頁\一共有120頁\編輯于星期三53

可編程控制器(plc)現在是53頁\一共有120頁\編輯于星期三54

PLC基礎知識

一、PLC的產生與歷史二、可編程控制器的定義三、PLC的現狀及發(fā)展趨勢四、PLC的特點五、PLC的基本功能六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較現在是54頁\一共有120頁\編輯于星期三55一、PLC的產生與歷史世界上第一臺PLC1969年由美國數字設備公司（DEC）根據美國通用汽車公司（GE）的要求研制成功。

背景：

1968年美國通用汽車公司（GE），為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，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計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

現在是55頁\一共有120頁\編輯于星期三56設計思想：吸取繼電器和計算機兩者的優(yōu)點☆繼電器控制系統(tǒng)體積大、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜；

☆計算機功能強大、靈活（可編程）、通用性好，但編程困難；

☆采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用.（梯形圖）現在是56頁\一共有120頁\編輯于星期三57◆70年代初期：僅有邏輯運算、定時、計數等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數據傳送和數據處理等功能◆80年代以后：隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯網、數據處理和圖象顯示等功能?，F在是57頁\一共有120頁\編輯于星期三58近年來PLC發(fā)展

PLC集三電（電控、電儀、電傳）為一體、性能價格比高、高可靠性的特點，已成為自動化工程的核心設備。

PLC成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，其使用量高居首位。

PLC成為現代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一?，F在是58頁\一共有120頁\編輯于星期三59二、可編程控制器的定義定義：

國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：

“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”?，F在是59頁\一共有120頁\編輯于星期三60三、PLC的現狀及發(fā)展趨勢

1969年美國數據設備公司（DEC）研制了第一臺PLC，從此PLC發(fā)展迅猛。

我國改革開放后，美國AB、GE、MODICON、TI，日本OMRON、三菱、富士，德國西門子等廠家的產品不斷進入我國，并在各行各業(yè)的工控系統(tǒng)中占據重要地位?，F在是60頁\一共有120頁\編輯于星期三PLC三大流派歐洲：德國的西門子(SIEMENS)、AEG及法國的TI公司美國：A-B（Allen-Bradly）(其產品約占美國PLC市場50％的份額。)、GE（GeneralElectric）、莫迪康(MODICON)公司、德州儀器(T1)公司、歌德(Gould)公司、西屋公司日本：三菱電機（MitsubishiElectric）、歐姆龍（OMRON）FUJI（日本主要發(fā)展中小型PLC，在世界小型PLC市場上，日本產品約占有70％的份額。在中國，OMRON產品的銷量居首位）目前國內市場還有韓國、臺灣等PLC產品；現在市場上出現了系列化的國產PLC，其價格相對低廉，性價比較高?，F在是61頁\一共有120頁\編輯于星期三西門子PLC外形圖S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC現在是62頁\一共有120頁\編輯于星期三歐姆龍PLC外形圖C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC現在是63頁\一共有120頁\編輯于星期三

PLC的國內外狀況1974年我國開始仿制美國的第二代PLC產品，但因元器件質量和技術問題等原因未能推廣。直到1977年，我國才研制出第一臺具有實用價值的PLC，并開始批量生產和應用于工業(yè)過程的控制。主要廠家有：北京和利時，科迪納，張前蘇。洛陽易達，無錫信捷，南京嘉華，蘭州全志，廣州科賽恩，中山智達，恒日等?，F在是64頁\一共有120頁\編輯于星期三現在是65頁\一共有120頁\編輯于星期三

PLC的發(fā)展趨勢（1）向高速度、大存儲容量方向發(fā)展（CPU處理速度nS級；內存2M字節(jié)）（2）向多品種方向發(fā)展和提高可靠性（超大型和超小型)

（3）產品更加規(guī)范化、標準化（硬件、軟件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、與現場總線兼容的I／0（5）加強聯網和通信的能力（6）控制的開放和模塊化的體系結構OMAC（openModularArchitectureforControl）現在是66頁\一共有120頁\編輯于星期三

四、PLC的特點

可靠性高，抗干擾能力強功能強，適應面廣通用性強，使用方便

編程方法簡單，容易掌握

安裝簡單、調試和維修方便?，F在是67頁\一共有120頁\編輯于星期三

五、PLC的基本功能1邏輯控制功能2定時控制功能3計數控制功能4步進控制功能5數據處理功能6回路控制功能7通訊聯網功能8監(jiān)控功能9停電記憶功能10故障診斷功能現在是68頁\一共有120頁\編輯于星期三

1邏輯控制功能

邏輯控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的應用領域，可取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現邏輯控制和順序控制。在單機控制、多機群控和自動生產線控制方面都有很多成功的應用實例。例如：機床電氣控制、起重機、皮帶運輸機和包裝機械的控制、注塑機控制、電梯控制、飲料灌裝生產線、家用電器(電視機、冰箱、洗衣機等)自動裝配線控制、汽車、化工、造紙、軋鋼自動生產線控制等?，F在是69頁\一共有120頁\編輯于星期三

2定時控制功能定時控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值(定時時間)可以在編程時設定，也可以在運動過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確實時控制?，F在是70頁\一共有120頁\編輯于星期三

3計數控制功能計數控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC為用戶提供許多計數器，計數器計數到某一數值時，產生一個狀態(tài)信號(計數值到)，利用該狀態(tài)信號實現對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改。現在是71頁\一共有120頁\編輯于星期三4

數據處理功能PLC大部分都具有數據處理功能，可以實現算術運算、數據比較、數據傳送、數據移位、數制轉換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數據處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯，實現程序、數據的顯示和打印?，F在是72頁\一共有120頁\編輯于星期三5

監(jiān)控功能PLC設置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可以對PLC有關部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器，可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變PLC內部邏輯信號的狀態(tài)及數據區(qū)的數據內容，為調整和維護提供了極大的方便。現在是73頁\一共有120頁\編輯于星期三

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停電記憶功能PLC內部的部分存儲器所使用的RAM設置了停電保持器件（備用電池等），以保證斷電后這部分存儲器中的信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持PLC斷電后的數據內容不變。PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續(xù)工作。現在是74頁\一共有120頁\編輯于星期三7

故障診斷功能PLC可以對系統(tǒng)構成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動中止運行。PLC的故障自診斷功能，大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全和可維護性?，F在是75頁\一共有120頁\編輯于星期三六、PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較

PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較繼電器控制采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的功能。PLC控制只要改變程序并改動少量的接線端子，就可適應生產工藝的改變。從適應性、可靠性及設計、安裝、維護等各方面進行比較。傳統(tǒng)的繼電器控制大多數將被PLC所取代。

與工業(yè)計算機比較工業(yè)控制機控制要求開發(fā)人員具有較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。PLC采用了采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用，便于推廣應用。PLC是專為工業(yè)現場應用而設計的，具有更高的可靠性。在模型復雜、計算量大且較難、實時性要求較高的環(huán)境中，工業(yè)控制機則更能發(fā)揮其專長?，F在是76頁\一共有120頁\編輯于星期三

PLC基本原理1PLC內部硬件框圖及各部分作用2PLC工作過程特點及主要性能指標3PLC分類現在是77頁\一共有120頁\編輯于星期三

1PLC內部硬件框圖及各部分作用1.1PLC的組成可編程控制器（PLC）主要由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器、人機界面等幾組成

現在是78頁\一共有120頁\編輯于星期三PLC的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似：是一種以微處理器為核心的、用于控制的特殊計算機PLC的基本組成包括硬件與軟件兩部分PLC的硬件：中央處理器（CPU）、存儲器、輸入接口、輸出接口、通信接口、電源等PLC的軟件：系統(tǒng)程序和用戶程序現在是79頁\一共有120頁\編輯于星期三

1.2PLC內部主要部件功能1.PLC中的CPU作用及分類CPU的作用：按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作。歸納起來主要有以下五個方面：1）接收并存儲編程器或其它外設輸入的用戶程序或數據2）診斷電源、PLC內部電路故障和編程中的語法錯誤等3）接收并存儲從輸入單元（接口）得到現場輸入狀態(tài)或數據現在是80頁\一共有120頁\編輯于星期三4）逐條讀取并執(zhí)行存儲器中的用戶程序，將運算結果存入存儲器

5）根據運算結果，更新有關標志位和輸出內容，通過輸出接口實現控制、制表打印或數據通訊等功能現在是81頁\一共有120頁\編輯于星期三PLC中常采用的CPU有三類：1)通用微處理器（如Z80、8086、80286等）2)單片微處理器（如8031、8096等）3)位片式微處理器(如AMD29W等)小型PLC：大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC：大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；

大型PLC：大多采用高速位片式微處理器（32位）；

小型PLC為單CPU系統(tǒng)；中、大型PLC則大多為雙CPU或多CPU系統(tǒng)；對于雙CPU系統(tǒng)，一個為字處理器，一般采用8位、16位或32位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造的專用芯片。現在是82頁\一共有120頁\編輯于星期三2.系統(tǒng)程序存貯器存儲器的作用：PLC中，存儲器主要用于系統(tǒng)程序、用戶程序、數據存儲器的類型：①可讀/寫操作的隨機存儲器RAM②只讀存儲器ROM、PROM、EPROM、E2PROM現在是83頁\一共有120頁\編輯于星期三

輸入/輸出接口（I/O模塊）輸入/輸出接口通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產現場之間的連接通道。PLC輸入接口-----用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其它一些傳感器輸出的開關量或模擬量(要通過模數變換進入機內)等，通過輸入接口電路將這些信號轉換成中央處理單元能夠接收和處理的信號，用這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據。PLC輸出接口-----將中央處理單元送出的弱電控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出，用來驅動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(zhí)行元件。現在是84頁\一共有120頁\編輯于星期三I/O接口的作用：電平轉換功能：由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU的處理的信號是標準電平信號。光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力，通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。I/O接口的類型：開關量輸入/輸出接口模擬量輸入/輸出接口現在是85頁\一共有120頁\編輯于星期三輸入/輸出（I/O）點數：PLC的I/O點數是指PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數和輸出信號個數的總和。I/O點數是選擇PLC的重要依據之一。當I/O點數不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展?，F在是86頁\一共有120頁\編輯于星期三PLC中的電源及作用PLC配有開關式穩(wěn)壓電源，以提供內部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。因此，對于電網提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15%的范圍內波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電?，F在是87頁\一共有120頁\編輯于星期三◆PLC配有各種通信接口與外部設備連接

與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數等輸出打印與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來與PLC連接，組成多機系統(tǒng)或連成網絡，實現更大規(guī)?？刂婆c計算機連接，組成多級分布式控制系統(tǒng)，控制與管理相結合與人機界面（觸摸屏）連接與智能接口模塊連接。智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。與編程器連接現在是88頁\一共有120頁\編輯于星期三

PLC編程器及作用編程器的作用：編程器可以編輯、調試、輸入用戶程序，是PLC開發(fā)應用、檢測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀態(tài)?，F在是89頁\一共有120頁\編輯于星期三編程器是PLC最常用的外設，也是PLC中唯一不需要通過功能模塊而直接與總線相聯接的外設。它通過主機上的編程器接口直接與主機相連。編程器上有一個方式選擇開關，用于控制PLC主機的工作方式?，F在是90頁\一共有120頁\編輯于星期三掌上電腦編程器可編程終端現在是91頁\一共有120頁\編輯于星期三高檔可編程終端現在是92頁\一共有120頁\編輯于星期三其它功能模塊模擬量輸入模塊（即A/D模塊）模擬量→數字量模擬量輸出模塊（即D/A模塊）數字量→模擬量動態(tài)輸入/輸出模塊自帶動態(tài)掃描功能溫度傳感器模塊溫度→模擬量→數字量高速計數模塊高頻脈沖信號遠程I/O模塊擴展I/O點的距離通訊模塊與其它PLC、微機、互連網通訊現在是93頁\一共有120頁\編輯于星期三

PLC的軟件系統(tǒng)1系統(tǒng)程序；2用戶程序；3編程語言系統(tǒng)程序:

系統(tǒng)程序，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調用、管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家編寫的，在PLC使用過程中不會變動，它和PLC的硬件組成有關，它關系到PLC的性能。系統(tǒng)程序由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。現在是94頁\一共有120頁\編輯于星期三用戶程序:用戶程序是用戶根據控制對象生產工藝及控制的要求而編制的應用程序。它是根據PLC控制對象的要求而定的。為便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經過運行正常，不需要改變，可將其固化在EPROM中?，F在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器?，F在是95頁\一共有120頁\編輯于星期三PLC的編程語言在PLC系統(tǒng)結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。程序的表達方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級語言。梯形圖是當前使用最廣泛的一種編程方法。除了梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢?，F在是96頁\一共有120頁\編輯于星期三

梯形圖編程語言梯形圖（Ladderdiagram）編程語言是一種圖形語言,類似于繼電器控制線路圖的一種編程語言，它面向控制過程，直觀易懂，是PLC編程語言中應用最多的一種語言。

物理繼電器PLC繼電器常開常閉觸點線圈兩種梯形圖的繼電器符號圖對照現在是97頁\一共有120頁\編輯于星期三名詞解釋——軟繼電器

PLC的繼電器不是物理的電器，它是PC內部的寄存器位，因為它具有與物理繼電器相似的功能，常稱之為“軟繼電器”。常閉觸點線圈常開觸點說明：

PLC每一個繼電器都對應著內部的一個寄存器位，該位為“1”態(tài)時，相當于繼電器接通；為“0”態(tài)時，則相當于繼電器斷開?，F在是98頁\一共有120頁\編輯于星期三

可編程序控制器分類1.按結構形式分類整體式PLC：整體式是將PLC的CPU、存儲器、I/O單元、電源等安裝在同一機體內，構成主機，另外還有I/O擴展單元配合主機使用，用以擴展I/O點數。整體式PLC的特點是結構緊湊、體積小、成本低、安裝方便，但輸入輸出點數固定，靈活性較低，小型PLC多采用這種結構現在是99頁\一共有120頁\編輯于星期三組合式PLC：組合式PLC是由一些標準模塊單元組成，采用總線結構，不同功能的模塊（如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等）通過總線連接起來。組合式PLC的特點是可以根據功能需要靈活配置，構成具有不同功能和不同控制規(guī)模的PLC，多用于大型和中型PLC?，F在是100頁\一共有120頁\編輯于星期三組合式PLC現在是101頁\一共有120頁\編輯于星期三電源模塊底板CPU模塊IO模塊模塊式現在是102頁\一共有120頁\編輯于星期三模塊式結構PLC的結構現在是103頁\一共有120頁\編輯于星期三3）疊裝式PLC

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

現在是104頁\一共有120頁\編輯于星期三2.按控制規(guī)模分類輸入輸出的總路數，又稱為I/O點數，是表征PLC控制規(guī)模的重要參數。因此，按控制規(guī)模對PLC分類時，可分為：1.小型PLC：I/O點數較少，在256點以下的PLC。2.中型PLC：I/O點數較多，在256點以上、2048點以下的PLC。3.大型PLC：I/O點數較多，在2048點以上的P