自动化专业用PLC课件第一章概述

可编程序控制器原理及应用（48学时）主讲：孙晓波电气工程系2015年安排学时课程内容讲课36学时1~8章相关实验12学时PLC实验台课程安排学习总要求•了解PLC的工作原理，指令和控制系统组成；•能应用梯形图或语句表编程；•掌握系统设计的方法，步骤。考核方法•平时30%•出勤10分（低于6分，失格）•作业10分（低于6分，失格）•实验10分（低于6分，失格）•期末70%第1章可编程序控制器概论•1.3PLC的产生特点•1.4PLC的组成和工作原理•1.5PLC的特点和应用•1.6PLC的分类及发展趋势1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•诞生于20世纪末。•产生背景：•汽车生产流水线自动控制系统-继电器控制•竞争激烈，型号翻新；产生问题？•经常更新设计，费工费时费料。•要减少这个时间周期。1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•问题提出：•美国通用汽车，一种新型工业控制装置•要求：可随着品种改变，灵活改变生产线•1968年，提出十项招标指标-“通用十条”。•问题解决：•1969年，美国数字设备公司，推出这种装置•在美国通用汽车公司生产线使用，大获成功•简单易懂，操作方便，可靠性高，体积小，寿命长，可逻辑编程。1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•简要发展综述•1971年，应用到食品、饮料、冶金、造纸•1971年，日本从美国引进，日立公司•1973年，德国研制成功，西门子公司•1974年，中国仿制成功，•1977年，中国研制成功，实用化•1982年，中国从美国，德国、日本引进1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•简要发展综述•1991年，中国可编程序控制器行业协会•1993年，可编程序控制器标准化委员会；选出六个国产品牌：•天津中环DJK-S-84；无锡电器KCK-1C；•上海起重CF-40MR，北京椿树BCM-PLC；•杭州机床DKK02；上海自力KK1-1C。•兼容国外产品。1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•简要发展综述•国内PLC研制代表•南京嘉华JH200系列•杭州新箭D20P系列•兰州全志RD100、RD200系列•上海船舶所ST12000系列•北京和利时Hollis-PLC系列。1.3PLC的产生1.3.1PLC的由来•简要发展综述•国内PLC应用典型案例•宝山钢铁二、三期工程，30多机型600台套•广西玉柴，近200台罗克韦尔PLC•青海湖氯化钾，采用PLC，600面控制柜•电力系统，绝大多数控制采用AB的PLC1.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第一阶段，从产生到20世纪70年代中期，为PLC的初创阶段。•CPU-中小规模数字集成电路•程序存储EPROM•逻辑运算，计算机接口，模拟量控制，自诊断•典型产品•DEC公司的PDP-14•MODICON公司的084•AB公司的PDQ-2•日立公司的SCY-0221.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，为PLC的扩展阶段。•CPU-采用8位微处理器•程序存储-半导体存储器•逻辑运算，计算机接口，模拟量控制，自诊断•数据传送，数据比较，算术运算，模拟量运算•远程I/O功能，通信功能•典型产品：•西门子S4，S3；M184-384系列；富士电机SC1.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第三阶段，从20世纪70年代末到80年代中期，为PLC的通信阶段。•CPU-微处理器；程序存储EPROM•逻辑运算，计时计数，算术运算，增加数据处理、传送、通信、自诊断•模拟量模块、远程I/O模块，特殊功能模块•速度更高，容量更大，功能更强，分布式通信•典型产品•西门子公司S6、S5；MODICON公司的*84系列•富士电机的MISREX；AB公司的PLC-3.1.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第四阶段，从20世纪80年代中到90年代末期，为PLC的开放阶段。•通信协议标准化，通信系统开放；•采用16位、32位微处理器，专用芯片；•梯形图语言成熟，FSC问世。•人工智能，CRT。产品扩展更加灵活；•典型产品•西门子公司S7、S5；AB公司的PLC-5•由PLC组成分布式网络成为CIMS，三大支柱之一1.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第五阶段，从20世纪90年代末期至今，为PLC的网络化发展阶段。•PLC的多处理器配置；智能模块（PID、运动控制、高数计数器、通信模块、现场总线）；•发展趋势：向集逻辑控制、仪表控制、计算机控制一体化（EIC）、网络化控制的集成化方向发展。1.3PLC的产生1.3.2PLC的发展历程-五个阶段•第五阶段，从20世纪90年代末期至今，为PLC的网络化发展阶段。•具备的功能：逻辑控制、数据处理、过程控制、运动控制、联网通信—工业自动化主控系统；•算法：PID算法、模糊控制、•多种PLC联网运行。1.3PLC的产生有200多家企业生产PLC产品美国PLC发展得最快：•1984年有48家，生产150多种PLC；1987年有63家，生产243种PLC；1996年有70余家，生产近300种PLC。•著名厂家：•A-B（Allen-Bradley）艾伦-布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GE-FSNUC公司，•TI（TexasInstrument）德州仪器公司，WESTHOUSEElectric西屋电气公司，•IPM（InternationalParallelMachines）国际并行机器公司等。1.3PLC的产生欧洲PLC的厂家有60余家:西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC。•金钟默勒（KlocknerMoellerGmbh），AEG，•法国的TE(Telemecanique）(施耐德）•瑞士的Selectron公司等。1.3PLC的产生1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：•三菱电机(MITSUBISHI),欧姆龙(OMRON),•富士电机（FujiElectric）,东芝（TOSHIBA）,•光洋（KOYO),松下电工（MEW）,•和泉（IDEC）,夏普(SHARP）,•安川等公司。1.3PLC的产生我国在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。1.3PLC的产生•辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC；•无锡电器和日本光洋合资生产的PLC;•中美合资的厦门A—B公司生产的PLC；•上海香岛机电公司引进技术生产的PLC;•上海OMRON公司;•西安Siemens公司等。1.3PLC的产生1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家：•美国A－B公司（Allen－Bradley）•德国西门子公司（Siemens）•美国GE－Fanuc公司•美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司•日本欧姆公司（OMRON）•日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）•日本富士电机株式会社（FujiElectric）•日本东芝公司（TOSHIBA）•日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE）•日本松下电工株式会社（MEW）：MatsushitaElectricWorksLtd）1.3PLC的产生根据美国AutomationResearchCo.(ARC)的商情调查，在1994年PLC市场上，最大的5家PLC制造商是:SIEMENS，西门子Allen－Bradley（Rockwell),罗克维尔AEGSchneider，施耐德三菱电机,OMRON(立石电机）•（1996年中国PLC市场）1.3PLC的产生1.3.3PLC的定义•IEC1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：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。它采用可编程序的存储器，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指令，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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.4PLC的组成和工作原理•1.4.1PLC的基本组成•典型的PLC包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口（简称I/O，输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口）、外部设备编程器和电源模块等。•另外，PLC内部各组成部分通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，PLC外部按实际控制对象配置相应设备与控制装置一起构成PLC控制系统。1.4PLC的组成和工作原理•1.4.1PLC的基本组成输出单元输入单元电源微处理器（CPU）运算器控制器存储器EPROM（系统程序）RAM（用户程序）I/O扩展接口外设I/O接口编程器盒式磁带机打印机EPROM写入器图形监控系统PLC或上位计算机用户输入设备用户输出设备主机I/O扩展机外部设备1.4.1PLC的基本组成•一、中央处理器（CPU）•组成：控制器、运算器、寄存器组成。是完成信息操作的单元。•操作：转移、转换、计算、同步和译码；•实现：逻辑运算、数学运算、协调控制系统内各部分工作•核心：中央处理器和中央存储器。中央处理器有指令计数器、指令存储器、地址寄存器、变址和基址寄存器、累加器和通用寄存器。中央存储器分为数据、程序和监控三部分。1.4.1PLC的基本组成•二、存储器•存放系统程序、用户程序和数据。•1.系统程序存储器，内容决定系统的功能。主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等。•系统管理程序，控制PLC运行；用户指令解释程序将用户程序转换成机器语言；功能程序与系统程序调用负责调用不同的功能程序及其管理程序。•存储位置：写入到ROM或EPROM中。1.4.1PLC的基本组成•二、存储器•存放系统程序、用户程序和数据。•2.用户程序存储器，内容为用户编写的PLC应用程序。•初期用户程序存入RAM，便于调试；后期用户程序存入EPROM中，防止信息丢失。1.4.1PLC的基本组成•二、存储器•存放系统程序、用户程序和数据。•3.数据存储器，内容为PLC执行过程中需生成或调用中间结果数据、组态数据。•由于工作数据与组态数据不断变化，所以存储在RAM中，并用后备锂电池供电，保持RAM中的内容。1.4.1PLC的基本组成•三、输入/输出接口•PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件的接口。•输入接口：直流、交流、交直流输入类型。•输出接口：晶体管、晶闸管、继电器输出•输入信号：限位、开关、按钮等。•输出信号：驱动电磁阀、接触器等1.4.1PLC的基本组成•三、输入/输出接口•1.输入接口：接收开关量和模拟量输入信号。1.4.1PLC的基本组成•三、输入/输出接口•2.输出接口：向执行元件输出控制信号。1.4.1PLC的基本组成•三、输入/输出接口•2.输出接口：向执行元件输出控制信号。1.4.1PLC的基本组成•三、输入/输出接口•2.输出接口：向执行元件输出控制信号。1.4.1PLC的基本组成•四、电源部分•PLC的电源将外部供给的交流电转换，提供给CPU、存储器。开关稳压电源，还可向外提供•五、扩展接口•通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元连接。还可扩展外围设备。•六、通信接口•通过通信接口进行通信联网，使得PLC与PLC之间、PLC与上位计算机及其他智能设备联网1.4.1PLC的基本组成•七、编程器•作用：将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，检查、修改和调试用户程序，监视程序执行过程，显示PLC的状态内部器件及系统的参数。•简易编程器和图形编程器。•第三种变成方式，计算机辅助编程。•PLC制造厂开发计算机辅助编程支持软件。装入个人电脑后，可作为图形编辑器，完成用户程序的编辑