第3部分可编程序控制器基础知识

[e-mail]总体时间安排电器控制部分：30学时其中：授课22学时、实验8学时PLC及应用部分：38学时其中：授课28学时、实验10学时实践考核部分：2学时电器控制与PLC技术[e-mail]授课内容：分为6个部分第1部分：常用低压电器及选用（教材第一章）第2部分：电器控制基本线路及原理（教材第一章）第3部分：PLC基础知识（教材第二章）第4部分：小型PLC及其指令系统(FX系列)（教材第三章、第四章(自学)）第5部分：PLC程序设计（教材第五章）第6部分：PLC应用系统设计（教材第六章、第七章）可编程序控制器（PLC）应用技术[e-mail]第3部分可编程序控制器基础知识学习说明：本章是学习PLC的入门知识，因此对初学者来说显得特别重要。重点掌握：什么是PLC？PLC与其它控制装置的区别？PLC的工作机制？本章内容：3.1概述3.2PLC系统与继电器系统比较3.3PLC组成3.4PLC工作原理3.5PLC特点与分类3.6PLC的发展趋势[e-mail]3.1概述3.1.1什么是PLC？可编程序控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC■是一种工业控制装置PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置[e-mail]1.1概述1.1.1什么是PLC？■定义国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。[e-mail]1.1概述1.1.1什么是PLC？◆区别于一般微机控制系统◆区别于传统控制装置近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了定义的范围。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展■世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功◆背景：1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展◆设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。（梯形图）[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展◆70年代初期：仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）◆70年代中期：微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能◆80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展◆近年来PLC发展迅速PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言，PLC仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨PLC发展的论文中，这个结论是众口一词的，尽管对PLC的未来发展有着许多不同的意见。在全球经济不景气的时候，PLC的市场销售仍然坚挺；PC控制有了引人注目的进展，但毕竟只能对高端的PLC产品形成竞争；小型、超小型PLC的发展势头令人刮目相看；PLC和PC控制在今后可能相互融合。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展PLC三大流派自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。各国PLC都有自己的特色。●欧洲：西门子（Siemens）；法国的TE（Telemecanique）●美国：A-B（Allen-Bradly）、GE（GeneralElectric）●日本：三菱电机（MitsubishiElectric）、欧姆龙（OMRON）、FUJI（日本主要发展中小型PLC，其小型机性能先进，结构紧凑，价格便宜）目前国内市场还有韩国、台湾等PLC产品[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展■我国PLC发展情况在70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，取得良好效果。PLC在我国的应用越来越广泛。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展■我国PLC发展情况目前，国内PLC生产厂家有30余家，并有迹象显示，更多的来自于原PLC应用的技术人员准备加入到小型PLC开发的行列。但在目前上市的众多PLC产品中，还没有形成规模化的生产和名牌产品。从技术角度来看，国内外的小型PLC差距正在缩小。如无锡信捷、兰州全志等公司生产的微型PLC已经比较成熟，有些国产PLC（如和利时、科迪纳）已经拥有符合IEC标准的编程软件、支持了现场总线技术等。面对国际厂商数十年的规模化生产和市场管理经验，国内厂商更多地只停留在小批量生产和维系生存的起步阶段，离真正批量生产、市场化经营乃至创建品牌还有很长的路要走。与此同时，国产PLC的低价优势也正在受到新的挑战。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展中国PLC市场（2004年度）[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展PLC品牌分布情况的原因：产品覆盖范围。排在最前的三个品牌有最丰富的产品系列，而且没有偏重，用户很容易得到恰当的产品；其他品牌如Fuji，LG则以小型和微型产品为主，GE和Schneider以中大型产品为主。虽然A－B拥有出色的技术和全面的产品系列，但是高价格使用户却步。中国市场上的历史。Siemens，Mitsubishi和Omron都是在中国市场上传统的供应商，在很多领域占了先机，相对应的是GE，Schneider（其实Modicon进入中国也比较早，但没有完整的销售和服务体系）和LG这些后来者虽然市场快速增长，但距先行者仍有一定的差距。行业分布。某些品牌会侧重于一些行业，如Schneider更加注重电力行业，Rockwell在冶金行业表现出众。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展2004年度PLC市场研究报告表明：①作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC市场的国内参与者却需要尴尬地面对这样一个局面，即在高达31亿的PLC市场总需求中，国产PLC不到整个市场份额1％。②在按照I/O数量划分的市场总量中，小型PLC（256点以下）的市场巨大，占据市场总额的64％，而国产PLC的市场贡献恰恰就在小型PLC的市场中。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展■预测：中国PLC市场在2008年有望翻番在最近的经济发展中，中国以其制造业发展的迅猛及范围的广泛为人瞩目，使PLC在某些自动化领域增长超过了20%。中国的PLC市场在未来的5年内，将以14.1%的综合年增长率增长。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展流行新词汇：可编程自动化控制器（ProgrammableAutomationController，PAC）PAC源自于ARC咨询集团市场调查公司，认为：“PLC相当活跃，而且发展良好，具很强的生命力。然而，PLC这个工业的有效工具正在许多方面不断改变，不断增加其魅力。自动化供应商正不断致力于PLC的开发，以迎合市场和特殊用户的需求。功能的增强促使了新系列的系统浮出水面。PAC基于开放的工业标准、具多领域功能、通用的开放平台以及高性能”。[e-mail]3.1概述3.1.2PLC的产生与发展GEFanuc却没有丝毫犹豫，立刻接受了PAC的概念，而且在汉诺威展上公开宣布，其新的旗舰控制产品的名称为PACSystems。GEFanuc使用了这个名称，表达了其产品综合了传统PLC和PC硬件的优点，具有通用编程环境。2003年11月Rockwell宣布，其为PAC技术的领导厂商，其产品ControlLogix和CompactLogixPLC事实上就是PAC。他认为，随着不断的发展，PAC将采用大量的方法以处理数据，并具有升级性，而在多项目控制、集成商务系统分析和生命周期成本管理等方面也能大踏步地前进。2004年是否制造商会将产品名称从PLC改到PAC，还有待观察。[e-mail]3.1概述3.1.3PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：开关量逻辑控制运动控制过程控制（PID闭环控制）数据处理通信联网（构成DCS、FCS系统）[e-mail]3.1概述3.1.3PLC的应用领域PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活相关的机器、与环境相关的机器，而且有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展[e-mail]3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.1电器控制系统组成[e-mail]3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.2PLC控制系统组成[e-mail]3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.3PLC等效电路例：三相异步电动机单向运行电器控制系统输入设备输出设备[e-mail]3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.3PLC等效电路三相异步电动机单向运行PLC控制系统[e-mail]3.2PLC控制系统与电器控制系统的比较3.2.4PLC控制系统与电器控制系统的区别①控制方法上：硬：软②工作方式上：并行工作方式：串行工作方式③控制速度上：速度慢：快④定时和计数控制上：精度低：高⑤可靠性和可维护性上：可靠性低：高[e-mail][e-mail]