现代电气控制设备ppt拷贝(3.14)

现代电气控制设备电气与电子工程学院09电气2012.2目录绪论第一章PLC应用基础第二章PLC的结构及特点第三章PLC的基本指令及编程第四章PLC功能指令及应用第五章PLC联网与通信第六章PLC应用系统设计、调试及维护绪论1.什么是PLC？2.典型PLC3.PLC应用4.教学内容5.教学要求1.什么是PLC？•全名：ProgrammableLogicController•中文名称：可编程序控制器•名称的演变：PLC→PC→PLC•易混名称：PC——PersonalComputer2.典型PLCOMRONCQM1HOMRONCPM2AOMRONC200H西门子S7-200系列PLC三菱FX2系列3.PLC的应用领域•开关量的逻辑控制----开关量的逻辑控制是PLC的最基本控制功能。PLC首用的目标，就是用于开关量的控制。•模拟量的闭环控制----PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能，因此可以实现模拟量控制。●数字量的智能控制----利用PLC能接受和输出高速脉冲的功能，在配备了相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环型分配器、功放、步进电机）就能实现数字量的智能控制。●数据采集与监控----利用PLC自检信号多的特点实现自诊断式的监控，减少系统的故障，提高累计平均无故障运行时间，同时可降低故障修复时间，提高系统的可靠性。•通信、联网及集散控制----利用PLC的强大的通信联网功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间的通信，上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了现在的PCS系统。酒店控制系统无线接收器遥控器传感器灯输入输出混合模块SmartI/ORnet电源控制设备家电产品阀门控制器인버터RS-485RS-232C前台控制室客房蘑菇栽培工厂加湿设备控制系统20台RS-48520台RS-485栽培室#1....................................以太网触摸屏....................................#10远程监控系统InternetIGS-50IGS-50GM4GM4GMWINRS-232CRS-232CRS-232C韩国中国IGS-50汽车空调组装线ID40ID40空调螺丝拧紧机螺丝拧紧机PnetCnetCnetDR6DR6PLC(K200S)PLC(K200S)触摸屏(PMU330)空调4.PLC教学内容●常用电器及典型线路●PLC硬件结构●PLC指令系统●PLC的联网及通信●PLC应用系统设计、调试及维护●PLC实验5.PLC教学要求●课堂教学与自学相结合●理论与实践相结合●课上与课下相结合考核方法平时测验与期末考试相结合作业：10%平时：10%实验：10%期末考试：70%第一章可编程序控制器基础知识第一节概述一、可编程控制器的产生20世纪60年代末，随着数字电路的发展和小型计算机的出现，人们开始设想用小型计算机替代传统的继电接触器来实现工业生产的自动控制。美国通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺的不断更新和汽车产品不断变化的需要，向传统的汽车生产设备的控制方法挑战，增强企业在汽车制造工业中的竞争力，于1968年公开提出汽车生产流水线控制系统的10项技术要求，并在社会上公开招标。要求:1）编程简单方便，可在现场修改程序；2）硬件维护方便，最好是插件式结构；3）可靠性高于继电器控制柜；4）体积小于继电器控制柜；5）可将数据直接送入管理计算机；6）在成本上可与继电接触器控制设备竞争；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）在扩展时，原有系统只需很小改动；10）用户程序存储器容量至少可扩展到4kB。这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。1969年，美国数字设备公司(DEC公司)研制出了第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。可编程序控制器(programmablelogiccontroller,简称PLC)。二.PLC的定义•可编程序控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产机械和生产过程。此定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，即它也是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入/输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。•定义还强调了可编程控制器直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。应该强调的是：可编程控制器与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。三、可编程控制器的发展过程可编程控制器的发展大体可分为以下几个阶段：第1阶段可编程控制器问世时，功能十分简单，只有逻辑运算、定时、计数等功能。硬件方面以分离元件为主，存储器采用磁芯存储器，存储容量1~2kB左右，一台PLC只能取代200~300个继电器。可靠性略高于继电接触器系统，也没有成型的编程语言。第2阶段集成电路技术的发展及微处理器的产生，使PLC的技术得到了较大的发展。PLC具有逻辑运算、计时、计数、数值计算、数据处理、计算机接口、模拟量控制等功能。软件上开发出自诊断程序，其可靠性进一步提高，系统开始向标准化、系列化发展；结构上开始有模块式和整体式的区分，整机功能也从专用型向通用型过渡。第3阶段单片计算机的出现、半导体存储器进入工业化生产以及大规模集成电路的使用，推进了PLC的进一步发展，使其演变成专用的工业计算机。此时，PLC的体积进一步缩小，可靠性大大提高，成本大幅度下降，功能方面增加了通信、远程输入输出（I/O）等。此时的PLC朝两方面发展：一方面为大型化、模块化和多功能；另一方面为整体结构小型化、低成本。在这一阶段，PLC的软件方面出现了面向过程的梯形图语言及其变相的语句表（也称逻辑符号）。第4阶段计算机技术的飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电路的使用，促使PLC完全计算机化。PLC开始全面使用8位或16位微处理器芯片，其处理速度也达到1微秒/步。此时，PLC在功能上增加了高速计数、中断、A/D，D/A，PID等，可满足过程控制的要求，同时其联网能力也有所增强。在软件方面，在梯形图语言和语句表（逻辑符号）基本标准化的基础上，又创立了SFC语言（顺序流程图语言），并开发了基于个人微机的编程软件。在此期间，IEC（国际电工委员会）发表了PLC标准草案，PLC开始向标准化、系列化发展。第5阶段RISC（精简指令集计算机）芯片在计算机行业大量使用，表面贴装技术和工艺已成熟，这些使PLC整机的体积大大缩小，PLC开始大量使用16位和32位的微处理器芯片，有的PLC已使用RISC芯片。CPU芯片也向专用化发展，系统程序中的逻辑运算等标准化功能已用超大规模门阵列电路固化。最小的PLC只有8个I/O点；最大的PLC有32k个以上I/O点。PLC都可以与计算机进行联网通信，最快的PLC处理一步程序仅需几十纳秒。软件上使用容错技术；硬件上使用多CPU技术。二三百步以上的高级指令的出现，使PLC具有强大的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力，并开发出各种智能化模块。以LCD（液晶显示器）为显示设备的人机智能接口得到普遍应用，高级PLC已发展到触摸式屏幕，除手持式编程器外，在PLC编程中大量使用了笔记本电脑和功能强大的编程软件。四、可编程控制器的发展趋势随着微处理技术的发展，可编程控制器也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。它不仅以其良好的性能满足了工业的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方面发展：一个是向超小型、专用化和低价格方向发展；另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的趋势如下：（1）CPU处理速度进一步加快（2）控制系统分散化（3）可靠性进一步提高（4）控制与管理功能一体化•编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971年，日本开始生产可编程控制器。1973年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。五.PLC的组成1.可编程序控制器的基本结构结构①CPU模块微处理器+存储器PLC的大脑和心脏输入-执行-输出②I/O模块系统的眼、耳、手、脚输入：开关量、模拟量输出：执行器（接触器、电磁阀、调节器、调速）③编程器编辑用户程序，监视PLC状态④电源为系统提供电源编程器或其他编程设备SBSQSAHLYVKM微处理器存储器输入单元输出单元电源【1】中央处理器(CPU)(1)接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并通过显示器显示出程序的内容和存储地址。(2)检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。(3)接收、调用现场信息。将接收到现场输入的数据保存起来，在需要该数据时将其调出、并送到需要该数据的地方。(4)执行用户程序。当可编程控制器进入运行状态，CPU根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输出端口，以驱动可编程控制器的外部负载。(5)故障诊断。诊断电源、可编程控制器内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。【2】存储器可编程控制器的存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器等三种。①系统程序存储器：系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分：第一部分为系统管理程序，它主要控制可编程控制器的运行，使整个可编程控制器按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将可编程控制器的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统调用程序，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序，可编程控制器的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了可编程控制器性能的强弱。②用户程序存储器:根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM(有用锂电池进行掉电保护)，EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。目前较先进的的可编程控制器采用可随时读写的快闪存储器(FlashROM)作为用户程序存储器。③工作数据存储器:用来存储工作数据，即用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等.在工作数据区中开辟有元件映像寄存器和数据表。其中元件映像寄存器用来存储开关量/输出状态以及定时器、计数器、辅助继电器等内部器件的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据，它存储用户程序执行时的某些可变参数值及A/D转换得到的数字量和数学运算的结果等。在可编程控制器断电时能保持数据的存储器区称数据保持区。•用户程序存储器和用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。【3】输入/输出接口•输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。•输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类