可編程序控制器概序改.ppt

1、可編程序控制器(PLC)課程,廖國(guó)華 中南大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系,= 教材： 現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù) 主編： 王永華 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 = 參考教材：深入淺出西門子S7200 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 =參考教材：西門子S7200用戶手冊(cè) 西門子公司編 =,?,可編程序控制器(PLC) Programmable Logic Controller,產(chǎn)生 定義 分類 應(yīng)用領(lǐng)域 國(guó)內(nèi)外狀況 發(fā)展趨勢(shì) 組成 工作方式 選擇,Programmable Logic Controller,什么是PLC,著名品牌,PLC的發(fā)展,PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì),PLC,定 義,分類,應(yīng)用領(lǐng)域,Program

2、mable Logic Controller,產(chǎn)生,1. PLC的產(chǎn)生及定義1.1 PLC的產(chǎn)生,PLC的歷史 20世紀(jì)20年代起至PLC問(wèn)世之前，各種生產(chǎn)機(jī)械通常是由繼電接觸器控制系統(tǒng)（由各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接組成的控制系統(tǒng)）進(jìn)行控制。 其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格低廉，使用面廣； 不足之處：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，通用性較差； 美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）原汽車生產(chǎn)線采用的是繼電器控制系統(tǒng)。 為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種的生產(chǎn)需要， 于1968年提出設(shè)想，希望能有一種新型的工業(yè)控制器

3、，它能夠盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電氣控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 其設(shè)計(jì)思想：集繼電器控制及計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)。 制定了十條技術(shù)指標(biāo)（后被稱之為GM10條）在社會(huì)上公開招標(biāo)，制造一種新型的工業(yè)控制裝置。,著名的GM10條,（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序； （2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； （3）可靠性高于繼電器控制裝置； （4）體積小于繼電器控制盤； （5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； （6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)； （7）輸入為市電； （8）輸出為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器； （9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最?。?（10）用戶存儲(chǔ)器大于4KB。,年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研

4、制出世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(guó)通用汽車公司（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC（programmable logic controller）。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC（programmable controller）。 1980年美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式將其命名為編程序控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱 PC。 但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（perso

5、nal computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。,1.2 PLC的定義,因?yàn)镻LC一直飛速發(fā)展，迄今為止還未有一個(gè)十分確切的定義。 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC) 對(duì)PLC的定義頒發(fā)過(guò)多稿； 于1982年11月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿； 于1985年1月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)第二稿； 于1987年2月頒發(fā)PLC標(biāo)準(zhǔn)第三稿； 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(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(lái)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(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和

6、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。 定義強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：一是PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍；這是區(qū)別于微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征；二是 它也是一種計(jì)算機(jī)，是為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。,PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控 制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（a）邏輯運(yùn)算（b）弱電控制強(qiáng)電。,PLC是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工 業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、C

7、AD/CAM） 的首位。,PLC 發(fā)展到現(xiàn)在，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其定義的范圍。 早期的PLC僅有邏輯控制功能，用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制。 20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用在PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 20世紀(jì)80年代以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用到PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。 現(xiàn)在的PLC不僅控制功能強(qiáng)、同時(shí)可靠性高、功耗、體積小、成本降低、編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等多功能的主流工業(yè)控制器

8、。,2. PLC的分類,2.1 按 IO點(diǎn)數(shù)分類（PLC可從外部接收多少個(gè)輸入量和向外部輸出多少個(gè)輸出量） IO點(diǎn)數(shù)小于 32為微型PLC； IO點(diǎn)數(shù)在32128為微小型PLC； IO點(diǎn)數(shù)在128256為小型PLC； IO點(diǎn)數(shù)在2562048為中型PLC； IO點(diǎn)數(shù)大于2048為大型PLC； IO點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。 以上劃分不包括模擬量I0點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是十分嚴(yán)格的。,NEZA；s7-200 micrologix 1000 FX系列；OMRON 的CPM2A系列,S7-300系列 OMRON的C200H系列 SLC500系列 TE的PREMIUM系列,S7-400系列 OM

9、RON的CS1系列和CNM1系列SLC505系列 MODICON的QUANTUM系列,2.PLC的分類,2.2 按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式PLC： 又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I0部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。 其優(yōu)點(diǎn)低：結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，價(jià)格低，容易裝配在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，比較適合生產(chǎn)設(shè)備的單擊控制。 缺點(diǎn)：主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，維修不方便。 模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如 CPU模塊、I0模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小

10、型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：PLC配置靈活，裝配方便，易于擴(kuò)展。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種插件比較多，造價(jià)也比較高。 有的PLC將整體式和模塊式結(jié)合起來(lái)，稱為疊裝式PLC。,2.3 按輸出形式分,(1) 繼電器輸出 為有觸點(diǎn)輸出方式，適用于低頻大功率直流或交流負(fù)載。,（2）晶體管輸出 為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，適用于高頻小功率直流負(fù)載。,（3）晶閘管輸出 為無(wú)觸點(diǎn)輸出方式，適用于高速大功率交流負(fù)載。,3. PLC的特點(diǎn),PLC種類雖然千差萬(wàn)別，但有許多共同的特點(diǎn) ). 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 在硬件上，采用了隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，所用元件是精心挑選的并經(jīng)篩選老化處理； 在軟件上，采用數(shù)字

11、濾波等抗干擾技術(shù)和故障診斷措施； 在工作方式上，采用了周期循環(huán)掃描方式，對(duì)輸入或輸出幾乎同時(shí)進(jìn)行處理，有效地提高了PLC的工作可靠性； 在結(jié)構(gòu)上，對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗振等都有精確考慮。 ). 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) 接線簡(jiǎn)單，一般直接連線，不需要用戶再進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)； 控制要求及功能改變時(shí)只需修改程序。 ). 編程方便，易于使用 梯形圖與繼電器原理圖相似，形象直觀，容易掌握，不需專門計(jì)算機(jī)知識(shí)。 ). 功能完善、通用性好，可實(shí)現(xiàn)三電一體化 多種功能模板，適應(yīng)各種信號(hào)的輸入輸出。 具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序控制，PID控制、排序查表函數(shù)運(yùn)算、中斷等功能。 PLC將電控（邏輯

12、控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體?？梢苑奖?靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng) 。,可靠性高(平均無(wú)故障時(shí)間3-5萬(wàn)小時(shí)）在硬件上，采用了隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，所用元件是精心挑選的并經(jīng)篩選老化處理； 在軟件上，采用數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)和故障診斷措施； 在工作方式上，采用了周期循環(huán)掃描方式，對(duì)輸入或輸出幾乎同時(shí)進(jìn)行處理，有效地提高了PLC的工作可靠性； 在結(jié)構(gòu)上，對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗振等都有精確考慮。 簡(jiǎn)單方便 接線簡(jiǎn)單，一般直接連線，不需要用戶再進(jìn)行電路板的設(shè)計(jì)； 語(yǔ)言方面，所有廠家PLC都支持梯形圖，編程簡(jiǎn)單直觀； 模塊化設(shè)計(jì)或者擴(kuò)展模塊的使用，

13、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的形成； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)容易，開發(fā)周期短，程序易調(diào)試和修改； 利用PLC的網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或分散的控制任務(wù)。,). 設(shè)計(jì)、施工調(diào)試的周期短 設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，使用軟件編程取代硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作。 ). 體積小，能耗低，性價(jià)比高，維護(hù)操作方便 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝；診斷功能強(qiáng)，便于直觀監(jiān)視系統(tǒng)的I/O狀態(tài)，通訊狀態(tài)、電源和故障狀態(tài)。,PLC的缺點(diǎn),主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的：如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，I/O模板不通用，甚至連機(jī)柜、電源模板亦各不相同。 編程語(yǔ)言雖多數(shù)是梯形圖，但組態(tài)、尋址、語(yǔ)言結(jié)構(gòu)均不一致，因此各公司

14、的 PLC互不兼容。 SIEMENS等公司已經(jīng)開發(fā)出以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在Windows平臺(tái)下，結(jié)合IEC11313國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC。,4. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,PLC在工業(yè)自動(dòng)化中起著舉足輕重的作用，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng) 用于機(jī)械、冶金、石油、化工、輕工、紡織、電力、電子、食品、 交通等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明， 80 以上的工業(yè)控制可以使用PLC來(lái)完成。 在日本，凡8個(gè)以上中間繼電器組成的控制系統(tǒng)都已采用PLC來(lái)取代。 （1）順序控制 應(yīng)用最廣也最適合PLC的領(lǐng)域，用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。用在單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如裝配生長(zhǎng)線、電鍍流水線、電梯控制等。 （2） 運(yùn)

15、動(dòng)控制 具有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，能把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，并輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，且軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊能保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。 （3）過(guò)程控制 具有PID控制功能模塊，用于過(guò)程控制。 （4）數(shù)據(jù)處理 大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如加、減、乘、除、乘方、開方等 （5）通訊聯(lián)網(wǎng) 為適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)且節(jié)省資源，可采用單級(jí)網(wǎng)絡(luò)或多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 （6） CIMS應(yīng)用,CIMS是英語(yǔ)Computer Integrated Manufacturing System的縮寫，意思是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

16、的發(fā)展而產(chǎn)生的。它是在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)與現(xiàn)代管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中各種孤立的自動(dòng)化子系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整體效益的集成化和智能化制造系統(tǒng)。集成化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)的范圍擴(kuò)展到了市場(chǎng)預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)、銷售及售后服務(wù)等的全過(guò)程。智能化則體現(xiàn)了自動(dòng)化的深度，它不僅涉及物資流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括信息流控制的腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化。,5. PLC控制系統(tǒng)的分類,5.1 集中式控制系統(tǒng) 集中式控制系統(tǒng)是用一個(gè)PLC控制一臺(tái)或多個(gè)被控設(shè)備。主要用于輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較少，各被控設(shè)備所處的位置比較近

17、，且相互間的動(dòng)作有一定聯(lián)系的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。,5.2 遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng) 遠(yuǎn)程式控制系統(tǒng)是指控制單元遠(yuǎn)離控制現(xiàn)場(chǎng)，PLC通過(guò)通信電纜與被控設(shè)備進(jìn)行信息傳遞。該系統(tǒng)一般用于被控設(shè)備十分分散，或工作環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是需要采用遠(yuǎn)程通信模塊，提高了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。,5.3 分布式控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)即采用幾臺(tái)小型PLC分別獨(dú)立控制某些被控設(shè)備，然后再用通信線將幾臺(tái)PLC連接起來(lái)，并用上位機(jī)進(jìn)行管理。該系統(tǒng)多用于有多臺(tái)被控設(shè)備的大型控制系統(tǒng)，其各被控設(shè)備之間有數(shù)據(jù)信息傳送的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是系統(tǒng)靈活性強(qiáng)、控制范圍大，但需要增加用于通信的硬件和軟件，系統(tǒng)的復(fù)雜性也更大。,.基于獨(dú)一無(wú)

18、二的LOGIX平臺(tái)和開放的Netlinx,信息實(shí)現(xiàn)無(wú)縫路由,基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能化MCC解決方案,重慶方盛55MW FCB機(jī)組DCS系統(tǒng),北京勝新紀(jì)元科技發(fā)展有限公司,重慶方盛電力有限責(zé)任公司 1 X 55MW FCB機(jī)組DCS監(jiān)控系統(tǒng),DCS硬件系統(tǒng)配置圖,鍋爐配置12個(gè)I/O站1012點(diǎn),汽機(jī)配置7個(gè)I/O站692點(diǎn),電氣和公用部分配置3個(gè)I/O 站360點(diǎn),I/O總配置2064點(diǎn),方盛電廠控制室,發(fā)展趨勢(shì),Programmable Logic Controller,防 火 墻,國(guó)內(nèi)外狀況,品牌,6. PLC的國(guó)內(nèi)外狀況,1969年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)PLC以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)相繼研

19、制了各自的PLC。 70年代中期，PLC進(jìn)入了實(shí)用化階段。 70年代末和 80年代初，PLC進(jìn)入了成熟階段。 美國(guó)PLC發(fā)展得最快： 1984年有48家，生產(chǎn)150多種PLC； 1987年有63家，生產(chǎn)243種PLC； 1996年有70余家，生產(chǎn)近300種PLC。 著名廠家有AB（AllenBradley）艾倫一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFANUC公司，TI（Texas Instrument）德州儀器公司，WESTHOUSE Electric西屋電氣公司， IPM（International Parallel Machines）國(guó)際并行機(jī)器公司等。 （2）歐洲PLC 歐洲PL

20、C的廠家有60余家: 西門子（Siemens）于1973年研制出第一臺(tái)PLC。 金鐘默勒 （Klockner Moeller Gmbh）， AEG， 法國(guó)的TE(Telemecanique）(施耐德） 瑞士的Selectron公司等。,6.1 三大流派，各有特色,（1）美國(guó)PLC,1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)PLC技術(shù)，由日立公司研制成功日本第一臺(tái)PLC。 （3）日本PLC 日本生產(chǎn)PLC的廠家有40余家： 三菱電機(jī)(MITSUBISHI),歐姆龍(OMRON), 富士電機(jī)（Fuji Electric）,東芝（TOSHIBA）, 光洋（KOYO),松下電工（MEW）, 和泉（IDEC）,夏普(S

21、HARP）, 安川等公司。,韓國(guó)、臺(tái)灣及國(guó)產(chǎn)PLC產(chǎn)品，所占市場(chǎng)份額小，不屬于主流產(chǎn)品。,我國(guó)在 70年代末和 80年代初隨國(guó)外成套設(shè)備引進(jìn)，開始PLC的研制。我國(guó)早期獨(dú)立研制PLC的單位有： 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所， 上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所， 大連組合機(jī)床研究所， 成都機(jī)床電器研究所， 中科院北京計(jì)算機(jī)所及自動(dòng)化所， 長(zhǎng)春一汽， 上海起重電器廠， 上海香島機(jī)電公司， 上海自力電子設(shè)備廠等單位。 以上諸單位都沒(méi)有形成規(guī)?；a(chǎn)。 遼寧無(wú)線電二廠引進(jìn)德國(guó)西門子技術(shù)生產(chǎn)PLC； 無(wú)錫電器和日本光洋合資生產(chǎn)的 PLC; 中美合資的廈門 AB公司生產(chǎn)的PLC； 上海香島機(jī)電公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的PLC

22、; 上海OMRON公司; 西安Siemens公司等。,國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家有30余家，但在目前上市的眾多產(chǎn)品產(chǎn)品中，還沒(méi)有形成規(guī)模化的生產(chǎn)和名牌的產(chǎn)品。 從技術(shù)角度看，國(guó)內(nèi)外的小型PLC差距正在縮小，微型PLC已經(jīng)比較成熟。,6.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)狀 從2004年度PLC市場(chǎng)研究報(bào)告表明： 1）PLC為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的主流控制器，2004年P(guān)LC總需求高達(dá)31億，但國(guó)產(chǎn)PLC不到整個(gè)市場(chǎng)份額的1%。 2）在市場(chǎng)份總量中，小型PLC（256點(diǎn)以下）的市場(chǎng)份額巨大，占據(jù)市場(chǎng)總額的64%。 3）中國(guó)以其制造業(yè)發(fā)展的迅猛及范圍的的廣泛為人所矚目，使PLC在某些自動(dòng)化領(lǐng)域增長(zhǎng)超過(guò)20%，中國(guó)的PLC市場(chǎng)在未來(lái)

23、的5年內(nèi)，以14.1%的綜合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。,7. PLC的未來(lái)及發(fā)展趨勢(shì),7.1 PLC的未來(lái) 自動(dòng)化市場(chǎng)的未來(lái)，PLC仍然處于一種核心的地位。在最近出現(xiàn)在美國(guó)、歐洲和國(guó)內(nèi)有關(guān)探討PLC發(fā)展的文獻(xiàn)中，這個(gè)結(jié)論是眾口一詞的。 在全球經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，PLC的市場(chǎng)銷售依然堅(jiān)挺，雖然PC控制有了很大的進(jìn)展，但只對(duì)PLC高端產(chǎn)品形成競(jìng)爭(zhēng)，小型、超小型PLC的發(fā)展勢(shì)頭令人刮目相看。 PLC和PC控制可能在今后互相融合，美國(guó)已經(jīng)提出可編程自動(dòng)化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）的概念，,7.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì) （1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展

24、（）向大容量、高速度方向發(fā)展 （CPU處理速度nS級(jí)；內(nèi)存2M字節(jié)） （）向多品種方向發(fā)展和高功能 （超大型和超小型） （）產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 （硬件、軟件兼容的PLC） （）模塊化 （）加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信的能力 （）工業(yè)軟件發(fā)展迅速,8. PLC著名品牌,1993年中國(guó)PLC市場(chǎng)排行榜上的世界十大廠家： 美國(guó) AB公司 （AllenBradley） 德國(guó)西門子公司（Siemens） 美國(guó)GEFanuc公司 美國(guó)的莫迪康（Modicon）和法國(guó)的TE電器公司 日本歐姆公司（OMRON） 日本三菱電機(jī)株式會(huì)社（MITSUBISHI） 日本富士電機(jī)株式會(huì)社（Fuji Electric） 日本東芝公

25、司（TOSHIBA） 日本的光洋電子（KOYO）和中國(guó)的華光電子(CKE） 日本松下電工株式會(huì)社（MEW）：Matsushita Electric Works Ltd） 根據(jù)美國(guó) Automation Research Co.（ARC）的商情調(diào)查，在1994年P(guān)LC市場(chǎng)上，最大的5家PLC制造商是: SIEMENS， AllenBradly，（Rockwell) AEG Schneider， 三菱電機(jī), OMRON(立石電機(jī)） （1996年中國(guó)PLC市場(chǎng)）,工作方式,選擇,Programmable Logic Controller,系統(tǒng)組成,主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等部

26、分組成，其中是的核心，部件是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機(jī)連接。 對(duì)于整體式，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)；對(duì)于模塊式，各功能部件獨(dú)立封裝，稱為模塊或模板，各模塊通過(guò)總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。不同廠商生產(chǎn)的不同系列產(chǎn)品在每個(gè)機(jī)架上可插放的模塊數(shù)是不同的，一般為塊?？蓴U(kuò)展的機(jī)架數(shù)也不同，一般為個(gè)機(jī)架?；緳C(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的距離不宜太長(zhǎng)，一般不超過(guò)M.。,9. PLC系統(tǒng)組成及工作原理,9.1. 系統(tǒng)組成,9.2 PLC各組成部分,1）中央處理單元 通過(guò)輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。 一般的中型可編程控制器多為雙微處理

27、器系統(tǒng)，一個(gè)是字處理器，它是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線，內(nèi)部計(jì)數(shù)器，內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，統(tǒng)一管理編程接口，同時(shí)協(xié)調(diào)位處理器及輸入輸出。另一個(gè)為位處理器，也稱布爾處理器，它是從處理器，它的主要作用是處理位操作指令和在機(jī)器操作系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言轉(zhuǎn)換。 處理速度是指執(zhí)行條基本指令所花費(fèi)的時(shí)間。,2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要存放系統(tǒng)程序，用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 所用的存儲(chǔ)器基本上由，及AM等組成。,系統(tǒng)存儲(chǔ)器：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。 用戶存儲(chǔ)器：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、功能存儲(chǔ)區(qū)（數(shù)據(jù)）,存儲(chǔ)器,3）輸入輸出部件（I0單元） 通過(guò)接口可以檢測(cè)被

28、控對(duì)象或被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信息依據(jù)。同時(shí)又通過(guò)接口將處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)控制。 輸入輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量。I0單元包含與被控設(shè)備相連的接口電路與I/O映像寄存器； 輸入接口的輸入類型可以是直流、交流和交直流；輸出接口電路的類型有：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型，輸出電流值一般為0.5-2A ,其額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。 為使PLC免受瞬間大電流而損壞，保護(hù)措施為： （a）輸入與輸出公共端接熔斷器； （b）采用保護(hù)電路：對(duì)交流感性負(fù)載，一般用阻容吸收電路；對(duì)直流感性負(fù)載，用續(xù)流二極管,4) 編程裝置和編

29、程軟件 是以順序執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序來(lái)完成其控制功能的。,5) 電源 DC24V；AC220V,6）其它 擴(kuò)展接口、通信接口、存儲(chǔ)器卡等其它部件,PLC系統(tǒng),PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,S7-300 PLC,S7-300 PLC,S7-300與ET200構(gòu)成的分布式系統(tǒng),S7-400 PLC,PLC外形圖,PLC交流輸入接口,PLC直流輸入接口,PLC繼電器輸出接口,PLC晶體管輸出接口,PLC晶閘管輸出接口,標(biāo)準(zhǔn)編程器,通用編程器,9.2 工作方式 PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，這個(gè)過(guò)程可分為內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段，整個(gè)過(guò)程掃描一次所需要的時(shí)間稱為掃描周期。 內(nèi)部處理：

30、CPU檢測(cè)主機(jī)硬件，同時(shí)檢查所有IO模塊的狀態(tài)，在RUN下，還檢查用戶程序存儲(chǔ)器，如異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。 通信服務(wù)：自動(dòng)檢測(cè)并處理通信端口接收到的任何信息，檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。 輸入掃描：對(duì)各數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將掃描結(jié)果分別寫入對(duì)應(yīng)的映像寄存器中。 執(zhí)行用戶程序：用戶程序按順序存放，CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。指令執(zhí)行時(shí)從映象存儲(chǔ)器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)算術(shù)或邏輯運(yùn)算，然后結(jié)果送到輸出映象寄存器中。 輸出處理：CPU從輸出映象寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過(guò)輸出接口轉(zhuǎn)化成被控設(shè)備所接受

31、的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。 PLC方式開關(guān)處于RUN時(shí)，執(zhí)行所有階段，處于STOP時(shí)，只執(zhí)行前2個(gè)階段，此時(shí) PLC可聯(lián)機(jī)或離線編程。,PLC工作方式流程圖,PLC工作原理圖,輸入采樣階段,程序執(zhí)行階段,輸出刷新階段,掃描周期,PLC掃描工作過(guò)程,掃描周期的長(zhǎng)短與CPU的運(yùn)算速度、I/O點(diǎn)數(shù)、用戶程序的長(zhǎng)短及編程情況有關(guān)，通常用PLC執(zhí)行1KB指令所需的時(shí)間來(lái)說(shuō)明其掃描速度。數(shù)量級(jí)為零點(diǎn)幾微秒到上百微秒。 對(duì)響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，在硬件選定之后，應(yīng)盡量縮短和優(yōu)化程序代碼。 輸入輸出處理原則 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一刷新器件的接通和斷開狀態(tài)。 程序執(zhí)行結(jié)果取決

32、于用戶所編程序和輸入輸出映像寄存器的內(nèi)容及其它各元件映像寄存器內(nèi)容。 輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。 輸出鎖存器的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 輸出端子的接通和斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。,9.3 編程語(yǔ)言 （1）梯形圖（所有廠商都支持LAD) 它是一種圖形化的面向控制過(guò)程的“自然語(yǔ)言”，它沿用了繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等 述語(yǔ)和圖形符號(hào)，同時(shí)增加了一些繼電器控制系統(tǒng)中沒(méi)有的特殊符號(hào)，以便擴(kuò)充PLC的控 制功能。 梯形圖它繼承了繼電接觸控制系統(tǒng)中的框架結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，是最接近于繼電接觸系統(tǒng)中 的電氣控制原理圖，它形象直觀，易學(xué)，實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人

33、員所熟悉，是應(yīng)用最多 一種編程語(yǔ)言。 有的PLC有兩根母線，大部分PLC只保留左邊的母線，在LAD中，觸點(diǎn)代表邏輯“輸入”條件 如開關(guān)、按紐、內(nèi)部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈，電機(jī)接觸器、中間繼 電器等，對(duì)S7-200 PLC來(lái)說(shuō)，還有一種輸出“盒”代表附加的指令，如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和 功能指令等。,程序的執(zhí)行順序,兩圖實(shí)現(xiàn)相同的功能。當(dāng)IS1閉合時(shí)，1Y1、1Y2輸出。系統(tǒng)上電之后，當(dāng)1S1閉合時(shí)，繼電器梯形圖中的1Y1、1Y2會(huì)同時(shí)得電，若不考慮繼電器觸點(diǎn)的延時(shí)，則1Y1、1Y2會(huì)同時(shí)輸出。但在PLC梯形圖中，因?yàn)镻LC的程序是順序掃描執(zhí)行的，PLC的指令按從上向下，從左向右的

34、掃描順序執(zhí)行，整個(gè)PLC的程序不斷循環(huán)往復(fù)。PLC的“軟繼電器”的動(dòng)作順序由PLC的掃描順序和在梯形圖中的位置決定，因此，當(dāng)1S1閉合時(shí)，1Y1先輸出而1Y2后輸出。即繼電器采用并行的執(zhí)行方式，而PLC則采用串行的執(zhí)行方式。,傳統(tǒng)的繼電器的觸點(diǎn)在線圈得電后動(dòng)作時(shí)有一個(gè)微小的延時(shí)，并且常開和常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作之間有一微小的時(shí)間差。而PLC中的繼電器都為軟繼電器，不會(huì)有延時(shí)效應(yīng)，當(dāng)然，這里忽略了PLC的掃描時(shí)間。,PLC中的軟繼電器 每個(gè)繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)常開和常閉觸點(diǎn),PLC編程的基本原則 每個(gè)梯形圖網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)梯級(jí)組成，每個(gè)輸出元素可構(gòu)成一個(gè)梯級(jí)，每個(gè)梯級(jí)可由多個(gè)支路組成。 梯形圖每一行都是從左母線開始，而且輸出線圈接在最右邊，輸入觸點(diǎn)不能放在輸出線圈的右邊。 輸出線圈不能直接與左母線連接。 多個(gè)的輸出線圈可以并聯(lián)輸出。 在一個(gè)程序中各輸出處同一編號(hào)的輸出線圈若使用兩次稱為“雙線圈輸出”。雙線圈輸出容易引起誤動(dòng)作，禁止使用。 梯形圖中，外部輸入輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可多次重復(fù)使用。 梯形圖中串聯(lián)或并聯(lián)的觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，可無(wú)限次的使用。 在用梯形圖編程時(shí)，只有在一個(gè)梯級(jí)編制完整后才能繼續(xù)后面的程序編制。