PLC教案0-2章

1Chap0PLC应用技术简介Programmablecontroller(PC),为了区别于Personalcomputer,又称“Programmablelogiccontroller(PLC)一、PLC地位、作用PC是以Computer为核心的通用自动控制装置，功能强，可靠性高，可编程简单，使用方便，被誉为“工业自动化的主要支柱之一”，成为电气技术人员、大专院校有关专业的紧迫任务。1985年，IEE对PLC定义：“PLC是一种数字运算操作电子系统，专为工业环境而应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储器执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的I/O，控制各种类型的机械或生产过程，PLC及其相关设备，都应易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。”二、教材使用可编程序控制器应用技术（第四版）重庆大学出版社主编：廖常初三、课程要求与安排1、理论教学（50学时）重点掌握三菱公司的FXON系列的应用，了解OMRON的PLC及西门子的PLC。FXON系列的编程元件，梯形图，基本顺序指令，步进指令，编程器的使用，PC安装、扩展、使用和维护等。2、实验教学（10学时）指导书：北京理工达盛股份有限公司提供的“PLC实验指导书”与“FXON-指令说明书”；要求：掌握利用FXON系列PLC原理学会使用FXON系列PLC和EL-Ⅱ型系统上作5个实验，并学会维护系统，掌握一般使用方法。内容：①熟悉系统操作，配置（调试与或非逻辑）；②编程练习（C/T）③交通灯控制④检瓶控制⑤电梯控制2四、考核方式理论考试（闭卷）：占70%100实验考核：占10%100作业；占10%100考勤：占10%100五、学时安排理论课：50学时实验课：10学时六、参考文献：1．可编程序控制应用技术，廖常初，重庆大学出版社2．可编程序控制原理极其应用，电子工业出版社3．FXON系列指令说明Chap1绪论基本知识点：1．PLC发展历史2．PLC基本结构3．PLC特点、分类4．PLC应用领域5．PLC与其他学科之间的联系§1历史和发展一、历史和发展1、电磁继电器顺序设备已经满足不了日益需求工业系统的要求；2、继电器本身易老化，控制柜结构庞大，布局困难，价格昂贵；3、继电器控制系统维护、维修、调试和更新难1969年，美国DEC公司研制第一台PLC，由分立元件与中小型规模IC电路70年代初；为处理器，体积小，功能强，价廉，工作速度快，可靠性高，成本下降，借鉴于高级语言（梯形图方式）。31991年4月：在美国登记的PC厂家有88家，产品达377种，据美国市场情报研究公司报称，1988年LC销售达7.5亿$;1989年8.46亿$；1990达29.7亿$；1996年达55亿$；世界PLC及软件市场报称：1991年PC规模达35.9亿$；1993年达44亿$；1998年达74亿$；每年以百分之几至十几个点上上升，说明现代PLC应用越来越广泛。二、PLC厂家及产品1、外国举足轻重的公司（占世界市场80%100以上）美国Rockwell自动化公司的下属公司A-B公司、通用电气GE-Fanuc公司；德国SICMENS公司；法国的施耐德(Schneider)、日本的三菱和欧姆龙(OMRON)公司，占有80%的市场。还有，德国AGE公司的Modicon公司；法国的TE公司。2、国内PLC厂家（50家以上）天津中环自动化仪表公司：DJK-1-84，172点，（仿Modicon）;北京第二机床厂：GK-40/扩展112点，（仿东芝）;上海电力电子设备厂：KKI系列128点（自行开发）§2PLC基本结构基本结构：1．CPU2．存储器3．I/O模块4．编程器5．电源一、CPU模块CPU通常用MOTOROLA6800、MOTOROLA68000、MCS-51的8051/8031、AMD2901、AMD2903（双极型）；CPU采用扫描方式，每次扫描完成5项动作。二、存储器1、系统ROM：相当于单片机监控系统或PC的操作系统，完成设计者规定工作（厂家提供），固化杂ROM中用户不能直接存取。包括监控子程序，基本指4令功能的翻，系统诊断程序和通信管理程序。2、用户存储器：用来存放用户程序，以字为单位存放，1字=1步=16bit。通常CMOSRANM，EPROM或EEPROM，其中CMOSRAM中预防电源掉电故障的锂电池保护措施，防止掉电丢失存储器的数据。3、数据存储器（CMOSRAM）存放PC的DATA，I/O状态映射寄存器区，T、C、M、S和D特殊功能寄存器的映象寄存器（变化的、随机性）4、高速暂存存储器（SratchPadMemory）存放临时结果，统计资料、诊断标志位。二、I/O模块（外设与CPU之间的桥梁）1、I模块：用来接收采集的输入信号开关量输入信号：按钮、选择开关、拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等开关量信号。模拟量输入信号电位器、测温传感器、测速发电机、各种过程参数变送器提供的连续变化的信号。2、O模块：控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置等执行器，还有指示灯、数字显示装置和报警装置。I/O模块既有传递信号，电平转换作用，又能实现噪声隔离和光电隔离。例如：CPU模块的工作电压为5V，PLC输入（出）的电压为DC24V，AC220V，I/O能实现电平的转换。三、编程器作用：编辑用户程序，监视PC运行时梯形图元件各状态，具有编辑、调试，运行、监控功能，可以用于多个PLC，一般用于程序输入、调试和检修使用，同系列产品可以一机多用。四、电源PC一般用于220VAC，内部支直流电由各模块内元件提供，某些PC为I/O提供24DC，驱动现场执行机构的电源一般由用户提供。面板图（见封面）作业：5§3PLC特点和和应用及相关技术一、PLC特点1、使用灵活、编程灵活、手段简单、程序可变，调试方便（可以模拟调试）2、配备齐全，用户使用方便，通用性好，适应性强。3、功能完善：功能完善：模拟量和数字量I/O、算术/逻辑运算、C/T、锁存、移位、比较，二-十进制转换，跳转，强制I/O；扩展功能，通信联网、数据传送、矩阵运算、PID控制、排序、查表、中断控制、特殊功能函数运算、自诊断、报警和监控。4、性能稳定可靠，抗干扰能力强，可靠性高。抗干扰技术：自诊断、纠错功能、PLC出厂抗干扰实验：受幅值1000V，上升时间=1ms,脉宽为1us的矩形脉冲干扰、滤波(RC,RlHEΠ形滤波电路)、隔离(光电或电器隔离)、看门狗(Watchdog)、自动求和诊断。故障：PLC的可靠性很高，是众多自动化设备中可靠性最好的设备，大部分来源于外部带观、传感器和执行机构等引起的。5、系统设计、安装和调试工作量少，维护方便。6、体积小，能耗低（几十VA），速度快(ms\us级)。二、和PLC相关的工业控制技术1、计算机控制装置个人计算机：办公用，抗干扰能力较差单片机：价廉，开发能力弱，抗干扰能力差；工业控制机：用于实时控制，快速，功能复杂领域，若用于开关量大材小用。2、继电器控制系统（原理、功能、可靠性和维护、灵活性、响应速度、设计调试、定时和计数都无法和PLC进行比较）3、集散控制系统(Distributedcontrolsystem)DCS侧重于过程控制，有管理级、分散控制监控部分和通信部分，使用组态王软件和其他软件。PLC侧重于开关量控制，但是现在的PLC产品也有模拟量控制和PID运算，DCS也加强了开关量的控制功能，事实上，PLC和DCS等技术已经相互融合，相互促进和发展了。6目前的PLC已经应用于：开关量控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和通信。应用于电力、机械、热动、化工、航空航天和医疗交通等公用事业当中。突出在工业机械加工和生产的自动化流水线控制上，在现代工业控制领域有很大的发展潜力和空间。补充：PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：1PLC（1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。（2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。（5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。（6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。（7）PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。（8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。（9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。2DCS或TDCS（1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技术于一身的监控技术。（2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。（3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。（4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。（5）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。7（6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。（7）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。（8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。（9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。（10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS&NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）、Hartmann&Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。3FCS（1）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。（2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。（3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心，取代每台仪器两根线。（4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。（5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。（6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。（7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。（8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。（9）局域网，再可与internet相通。（10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。（11）制造商：美Honeywell、Smar、Fisher—Rosemount、AB/Rockwell、Elsag—Bailey、Foxboro、Yamatake、日Yokogawa、欧Siemens、GEC—Alsthom、Schneider、proces—Data、ABB等。（12）3类FCS的典型1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是绝对重要的，典型产品是FF、WorldFIP、Profibus—PA；82）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是Profibus—DP、CANbus；3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LONWork、Profibus—FMS。从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的首选控制对象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为首选适用范围，有的在适用范围中根本就不提