2011机制-PLC-第一章

FX系列PLC编程及应用主讲：王转卫2013年9月必要性：学习这门课的目的是让同学们更好的适应现今社会的需求，使知识结构更加完善。该课程专业性很强，是工业化大生产的必备知识。教材及参考书教材：《FX系列PLC编程及应用》，廖常初，机械工业出版社，2012参考书：《可编程序控制器应用技术》，廖常初，重庆大学出版社，2007《电气控制与可编程控制器技术》，史国生，化学工业出版社，2004其它有关书籍课程说明：课程开设总学时为40学时，其中课堂讲授24学时、实验16学时。课程考核为闭卷考试，课程成绩组成部分：考勤10％作业及实验20-30％卷面成绩60-70％可编程控制器（PLC）的定义PLC的历史及发展PLC的基本结构PLC的特点及应用PLC与其他工业装置的比较PLC未来发展趋势第一章概述第一节可编程控制器的定义1969年时被称为可编程逻辑控制器，简称PLC(ProgrammableLogicController)。70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，称其为可编程控制器，简称PC(ProgrammableController)。但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。一、名称演变二、定义1987年颁布的PLC标准草案第三稿中对PLC作的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。定义中值得注意的几点：①可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”。②可编程控制器是“为在工业环境下应用”而设计的计算机。③可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。可编程控制器实质上是经过一次开发的工业控制用计算机，它不仅具有计算机的内核,还配置了许多使其适用于工业控制的器件。但是它只是一种通用机,不经过二次开发,不能在任何具体的工业设备上使用。不过可编程控制器二次开发十分容易且具有体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善,适应性强,安装接线简单等众多优点。结论电磁继电器的结构一、PLC之前的工业控制装置在PLC诞生之前,工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。继电器、接触器是一些电磁开关。第二节PLC的历史及发展缺陷首先复杂的系统需要使用成百上千个各种各样的继电器和成千上万根导线,只要有一个电器,一根导线出现故障,系统就不能正常工作,这大大降低了系统的可靠性。其次是查找和排除故障困难，维修及改造也很不容易，改造工期长、费用高。控制柜的安装、接线工作量大1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）提出设想。1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台PC，型号为PDP-14。20世纪70年代初出现了微处理器，很快被引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期,可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。二、PLC的历史及发展20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。特点大规模、高速度、高性能、产品系列化。世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。21世纪初的几年,可编程控制器重点发展网络通讯能力。三、PLC的国内外状况美国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。著名厂家有A—B（Allen－Bradley）艾伦一布拉德利公司，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。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。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。我国在70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：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。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。PLC著名品牌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日本欧姆龙公司（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）三菱PLC外形图2006-3-321Q系列PLCFX2N系列PLCFX1N系列PLCFX1S系列PLCFXINC系列PLCFX3U系列PLC西门子PLC外形图2006-3-324S7-200系列PLCS7-300系列PLCS7-400系列PLC欧姆龙PLC外形图C200H系列PLCCPM1A、CPM2A系列PLC第三节PLC的基本结构PLC的基本组成主要由CPU模块、输入\输出模块、编程设备和电源组成。接触器、电磁阀、指示灯、电源等设备按钮、选择开关、限位开关、电源等设备CPU模块接触器电磁阀指示灯电源等设备按钮选择开关限位开关电源等设备CPU模块1.CPU模块由微处理器CPU和存储器组成(1)输入处理：取入各种开关量输入信号(2)执行程序：读取程序指令，编译、执行指令(3)输出处理：把运算结果送到输出端，控制外部负载2.输入、输出(I/O)模块输出模块：控制外部负载，包括接触器、电磁阀等执行器和显示、报警装置。输入模块：接受和采集输入信号将按钮、行程开关等产生的开关量输入信号；电位器、各类变送器提供的模拟量输入信号另外输出电路也使计算机与外部强电隔离，同时I/O模块也起到了电平转换与噪声隔离的作用编程设备：用来生成、检查和修改用户程序，还可以监视用户程序的执行情况。一是专用的手持式编程器；二是安装了专门编程通讯软件的个人计算机。PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTLWLORRWRANYWYSTXWXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTCEVTMTSVACLRENTBAFEDC9832107654(DELT)CLR手持式编程器3.编程设备可编程序控制器的电源一般使用220V交流电源把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的直流电源有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。4.电源：第四节PLC的特点及应用一、PLC的特点1.易学易用,深受工程技术人员欢迎2.硬件配套齐全,用户使用方便3.通用性和适用性强,性价比高4.可靠性高,抗干扰能力强5.系统的设计、安装、调试工作量小6.维护方便,改造容易7.体积小,重量轻,能耗低二、PLC的应用领域(一)开关量逻辑控制(二)运动控制(三)闭环过程控制(四)数据处理(五)通讯及联网（1）开关量的逻辑控制（2）定时控制（3）计数控制（4）过程控制（5）位置控制（6）步序控制（7）数据处理（8）通信和连网（9）监控功能三、PLC的功能第五节PLC与其他工业装置的比较一、PLC与继电器控制系统的比较•控制方式：采用存储逻辑，用程序控制；•控制速度：程序指令控制半导体电路，速度极快；•延时控制：时基脉冲由晶体振荡器产生，精度高；•其他控制方式：控制模拟量,完成多种复杂控制;•设计与施工：周期短、调试和修改都很方便；•可靠性和可维护性：寿命长、可靠性高、调试维护方便；•价格：相对较高二、PLC与微型计算机的比较•应用范围：工业控制；科学计算，数据处理，计算机通信；•使用环境：可用于工程现场环境；对环境要求较高；•输入和输出：直接驱动执行机构；采用微电联系；•程序设计：面向工程技术人员的梯形图语言和语句表；丰富的程序设计语言，使用者要具有一定的计算机硬件和软件知识；•系统功能：PLC软件相对简单；计算机一般配有较强的系统软件，并有丰富的应用软件；•运算速度和存储容量：PLC速度较慢、内存容量小；运算速度快、存储容量大。三、PLC与单片机的比较•单片机的优点：结构简单、价格便宜，一般用于数据采集、数据处理和工业控制，它在这些方面均优于PLC。但它与PLC相比还有一些缺点。单片机的缺点：不如PLC容易掌握：单片机一般用机器指令或助记符编程，要求设计者具有一定的计算机硬件和软件知识。不如PLC使用简单：用单片机来实现自动控制，一般要在输入、输出接口上做大量的工作。其调试也比较麻烦。不如PLC可靠：用单片机进行工业控制，其突出问题在于抗干扰能力差，可靠性低。四、PLC与集散控制系统的比较PLC是由继电器逻辑控制发展而来的，而集散控制系统（DCS）是由回路仪表控制发展而来，但两者的发展均与计算机控制技术有关。早期的PLC在开关量控制、顺序控制方面有一定优势，而集散系统在回路调节、模拟量控制方面有一定的优势。如今，二者相互渗透，互为补充。PLC与DCS的差别已不明显，它们都能构成复杂的分级控制，从趋势来看，二者的统一将组成全分布式计算机控制系统。第六节PLC未来发展趋势从技术上看计算机技术的新成果会更多地应用于PLC的设计及制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、组网能力更强的品种出现。从产品规模上看会进一步向超小型及超大型方向发展。从产品的配套性上看产品的品种会更丰富,规格更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从市场上看各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言。从网络的发展情况来看可编程控制器和其他工业控制计算机组网,构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。作为通用工业控制计算机,40多年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备,在世界工业控制中发挥着越来越大的作用。结论