可编程控制器 第01章

第一章绪论可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章22020/1/20继电器的特点PLC的定义PLC的特点本章讲述的主要内容:可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章32020/1/201.1*从继电器到可编程序控制器1.2*可编程控制器名称和定义1.3可编程控制器的特点1.4可编程控制器的分类1.5可编程控制器功能和发展本章讲述的主要内容:可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章42020/1/20继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。在输入电路电流的作用下，继电器会由机械部件的相对运动产生预定的响应。最常见的继电器是电磁式继电器，其一般由铁心、线圈、衔铁、触点和弹簧等部分组成，图1-1为电磁式继电器的示意图。1.1.1继电器可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章52020/1/20图1-1电磁式继电器示意图1.1.1继电器可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章62020/1/20除电磁式继电器外，还有固态继电器、时间继电器、温度继电器、风速继电器、加速度继电器以及光继电器、声继电器、热继电器等。我们可以用符号来表示继电器，如表1-1所示。、1.1.1继电器可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章72020/1/20继电器状态有动作和不动作两种，有时也称为“ON”和“OFF”，或“1”和“0”。而触点的状态分为“接通”和“断开”两种。触点也叫接点。对一个继电器来说，其状态由其线圈的通电情况决定。对一般的继电器来说，当线圈通电，则其状态为动作，否则为不动作。一个继电器只有一个线圈，但可以有多对常开和常闭触点。触点的状态由继电器状态决定。如图1-1所示，当继电器动作时，其所有常开触点接通，而所有常闭触点断开；当继电器不动作时，其所有常开触点断开，而所有常闭触点接通。1.1.1继电器可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章82020/1/20继电器控制系统一般由主令器件、接触器、继电器和导线等部分组成。我们可以把继电器看作是电磁开关。给线圈加一个电压，产生一个磁场，该磁场使继电器的触点闭合。可以把这些触点看作是开关，它们允许电流流过，从而将主电路闭合。图1-2所示为一闹铃控制的例子，无论开关什么时间闭合，我们都可以让闹铃响。在闹铃控制中，使用3个真实的元件：一个开关、一个继电器和一个闹铃。1.1.2继电器控制系统的组成与特点可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章92020/1/20在图1-2中有两个分立的部分。下面的电路为直流（DC）部分，上面的电路为交流（AC）部分。在这个例子中使用一个直流（DC）继电器来控制一个交流（AC）电路。当开关打开的时候，没有电流流过继电器线圈；但当开关一闭合，电流马上流过线圈，建立起一个电磁场，该电磁场使得继电器触点闭合，从而交流电可以流过闹铃，使它发出响声。图1-2闹铃控制系统1.1.2继电器控制系统的组成与特点可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章102020/1/20继电器控制系统由器件和导线连接而成，具有结构简单、低成本等优点，同时由于原理简单，对工程技术人员来说易于掌握。但继电器控制系统对于复杂系统，整个系统的设计和安装的工作量就特别大，有时变得不可能完成。机械触点的物理接触，容易带来损坏；接线也易受震动等影响，可靠性会变差。由于控制作用是通过器件的连接来实现的，当需要改变控制作用的时候，就需要改变硬件接线，对控制系统的维护性和升级很不利。1.1.2继电器控制系统的组成与特点可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章112020/1/20但继电器的动作对于控制系统来说，是一种可靠的机械隔离，所以经常和其它控制装置（比如可编程控制器等）配合使用。经济性好。1.1.2继电器控制系统的组成与特点可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章122020/1/20上世纪70年代，继电器控制系统广泛应用于工业控制领域，特别是制造业。然而由于继电器控制系统自身的不足，使得其在应用过程中，面临了很多挑战。当时，计算机已经在很多科研机构、高等学校和大型企业开始应用，但主要用于数值运算。由于计算机本身的复杂性，编程难度高，难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中应用。1.1.3可编程序控制器的诞生可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章132020/1/201968年，美国GM通用汽车公司提出“多品种小批量、不断翻新汽车品牌型号”的设想，并试图寻找一种新型控制器，以尽量减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件和接线，减少系统维护与升级时间，降低成本。希望将计算机的功能完备、灵活、通用等优点与继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜等优点相结合，设计一种通用的工业控制装置以满足生产需求。1.1.3可编程序控制器的诞生可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章142020/1/20基于此，提出了十项技术指标：1)编程简单方便，可在现场修改程序；2)硬件维护方便，最好是插入式结构；3)可靠性要高于继电器控制装置；4)体积要小于继电器控制装置；5)可将数据直接送入管理计算机；6)成本上可与继电器竞争；7)输入可以是交流115V；8)输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀；9)扩展时，原有系统只需做很小的改动；10)程序存储器容量至少可扩展到4KB。1.1.3可编程序控制器的诞生可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章152020/1/201969年，美国DEC数字设备公司（DigitalEquipmentCorporation）生产出第一台符合十项技术要求的可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，并在通用生产线上应用成功，从而开创了工业控制的新局面。紧接着，美国的的MODICON公司研制出084，日本在1971年，引进此技术研制出DSC-8。我国自1971年开始研制可编程控制器，1974年实现工业应用。1.1.3可编程序控制器的诞生可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章162020/1/20PLC的成长紧紧跟随着计算机和集成电路技术的发展而发展。从小规模集成电路到大规模集成电路，再到超大规模集成电路；从8位CPU微处理器到16位CPU微处理器，再到32位CPU微处理器；功能和应用领域得到了很大的发展。从PLC产生到现在，已发展到第三代产品。1.1.4可编程控制器的发展历程可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章172020/1/20第一代PLC（20世纪70～80年代）以微处理器为基础，使用计算机程序控制代替继电器控制，具备了工业计算机控制的基本功能，实现了逻辑控制、数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。1.1.4可编程控制器的发展历程可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章182020/1/20第二代PLC（20世纪90年代）是以单机的高性能控制为特色的。PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及连网通信方向发展，并增加了多种特殊功能，如浮点数的运算、三角函数、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术。PLC产品广泛应用于逻辑控制、过程控制和运动控制等控制场合。PLC的国际规范开始实施，PLC技术成为工业控制器的常见装置。组态技术和网络技术开始使用。1.1.4可编程控制器的发展历程可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章192020/1/20第三代PLC（21世纪以来）是以智能化、网络化和集成化为主要特色的。先进组态技术的广泛使用，使得无论是单机应用还是网络化应用都变得很容易；现场总线和工业以太网扩展了PLC的输入与输出；从现场层到监控层，再到管理层，PLC的应用也具有明显集成化和系统化的特点。1.1.4可编程控制器的发展历程可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章202020/1/201.1*从继电器到可编程序控制器1.2*可编程控制器名称和定义1.3可编程控制器的特点1.4可编程控制器的分类1.5可编程控制器功能和发展本章讲述的主要内容:可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章212020/1/20可编程控制器最初称为可编程序逻辑控制器（programmablelogiccontroller）。随着技术的发展，其功能已经远远超出了逻辑控制的范围，因而用可编程序逻辑控制器已不能描述其多功能的特点。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它起了一个新的名称，叫可编程控制器（programmablecontroller，简称PC）。1.2.1可编程控制器的名称可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章222020/1/20由于PC这一缩写在我国早已成为个人计算机(personalcomputer)的代名词，为避免造成名词术语混乱，同时基于PC的控制又有了新的含义，因此在我国仍沿用PLC表示可编程控制器。1.2.1可编程控制器的名称可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章232020/1/201985年,由于可编程序控制器技术迅猛发展，国际电工委员会IEC（InternationalElectrotechnicalCommission）对可编程序控制器进行了定义：可编程序控制器（ProgrammableController）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计，它采用可编程序的存储器存储程序，通过执行程序实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机电设备或生产过程。简单的说，PLC就是存储程序控制器。1.2.2可编程控制器的定义可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章242020/1/201.1*从继电器到可编程序控制器1.2*可编程控制器名称和定义1.3可编程控制器的特点1.4可编程控制器的分类1.5可编程控制器功能和发展本章讲述的主要内容:可编程序控制器原理及应用第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章252020/1/20PLC主要有以下6大特点。1.高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms；（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；（4）采用性能优良的开关电源；（5）对采用的器件进行严格的筛选；（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。1.3可编程控制器的特点可编程序控制器原理及应用第