可编程控制器概述

Date:2020/4/28Page:1第二章可编程序控制器概述一、可编程控制器的定义二、可编程控制器的产生三、可编程控制器的特点四、可编程控制器的应用五、可编程控制器的发展六、可编程控制器的类型本章主要讲解…七、可编程控制器与其他工业系统的比较Date:2020/4/28Page:2工业自动化三大支柱PLCCAD/CAM机器人Date:2020/4/28Page:3CADComputerAidedDesign,CAD1972年10月，国际信息处理联合会（IFIP）在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称.Date:2020/4/28Page:4CAMComputerAidedManufacturing定义:利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。Date:2020/4/28Page:5机器人1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”Date:2020/4/28Page:6工业机器人（通用及专用）一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、摩托车制造、舰船制造、某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。Date:2020/4/28Page:7可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)通常称为可编程控制器，是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置特点体积小功能强程序设计简单灵活通用维护方便高可靠性较强的恶劣工业环境适应能力Date:2020/4/28Page:8PLCPLC及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。从近年的统计数据看，在世界范围内，PLC产品的产量、销售、用量高居各种工业控制装置榜首，而且市场需求量一直在按每年15%的比率上升。Date:2020/4/28Page:9Date:2020/4/28Page:10什么是PLC？一、可编程控制器的定义是一种工业控制装置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。通用叫法中文名称为可编程控制器；英文名称为ProgrammableLogicController，简称PLC。Date:2020/4/28Page:11一、可编程控制器的定义1987年，国际电工委员会（IEC）定义：“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”。Date:2020/4/28Page:12•定义中有以下几点值得注意：•（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，它其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算”工作，可以设想可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都是不折不扣的计算机。一、可编程控制器的定义Date:2020/4/28Page:13•（2）可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”，这些都是个人计算机不可能做到的。可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场用计算机。一、可编程控制器的定义Date:2020/4/28Page:14•（3）可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，也就是说，它的程序并不是不变的，而是能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”的。可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，它是一种通用的工业控制计算机。一、可编程控制器的定义Date:2020/4/28Page:15•可编程控制器的一般概念•可编程控制器问世以前，工业控制领域中以继电器控制技术占主导地位•特点结构简单易懂设备体积大耗电多可靠性差寿命短运行速度不高通用性灵活性差二、可编程控制器的产生Date:2020/4/28Page:16交机电机熔丝交流接触器热继电器刀开关按钮开关Date:2020/4/28Page:17继电器逻辑控制系统框图Date:2020/4/28Page:18二、可编程控制器的产生因为继电器逻辑电路配线复杂Date:2020/4/28Page:19可编程控制器控制系统框图Date:2020/4/28Page:20Date:2020/4/28Page:21二、可编程控制器的产生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继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。Date:2020/4/28Page:221968年，GM公司提出十项设计标准：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；成本可与继电器控制柜竞争；可将数据直接送入计算机；可直接使用115V交流输入电压；输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；通用性强，扩展方便;能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。二、可编程控制器的产生Date:2020/4/28Page:231969年，美国数字设备公司研制第一台可编程控制器，并应用于工业现场。二、可编程控制器的产生Date:2020/4/28Page:24•1971年，日本研制成了日本第一台可编程控制器。•1973年，西德和法国也研制出了自己的可编程控制器并在工业领域开始应用。•我国从1974年开始研制，并于1977年开始工业应用。•早期的可编程控制器是用来取代继电器控制的，其控制功能主要是逻辑运算、计时、计数等顺序控制，因此人们称之为可编程序逻辑控制器，简称为PLC或PC。•20世纪70年代末到80年代初，微处理技术日趋成熟，使可编程控制器的处理速度大为提高，同时增加了许多特殊的功能，如：数值运算、函数运算、查表等，使得可编程控制器不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造商协会NEMAC将其正式命名为PC(ProgrammableController)。Date:2020/4/28Page:25三、可编程控制器的特点无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强•为了满足PLC专为在工业环境下应用的要求，PLC采用了如下硬件和软件措施：•(1)光电耦合隔离和RC滤波器，有效地防止了各类电磁干扰信号的进入。•(2)采用内部电磁屏蔽，防止辐射干扰。•(3)采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。Date:2020/4/28Page:26•(4)具有良好的自诊断功能。可以对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。•(5)对程序及有关数据用电池供电进行后备，一旦电源断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。•(6)对采用的器件都进行严格筛选和老化处理，排除了因器件可靠性问题而造成的故障。•(7)采用了冗余技术进一步增强可编程控制器的可靠性。对于大型的PLC，采用双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。Date:2020/4/28Page:27通用性强，控制程序可变，使用方便硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强编程简单，容易掌握系统的设计、安装、调试工作量少维修工作量小，维护方便体积小，能耗低.Date:2020/4/28Page:28•主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。•编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。•SIEMENS等公司已经开发出以个人计算机为基础，在Windows平台下，结合IEC1131－3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。PLC的缺点Date:2020/4/28Page:29四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:30可编程控制器的应用范围•PLC应用形式的类型：•1．开关逻辑控制•2．模拟量控制•3．顺序(步进)控制•4．定时控制•5．计数控制•6．闭环过程控制•7．数据处理•8．通信和联网Date:2020/4/28Page:31四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:32四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:33四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:34四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:35四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:36四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:37四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:38四、可编程控制器的应用领域Date:2020/4/28Page:39五、可编程控制器的发展高性能、高速度、大容量发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。Date:2020/4/28Page:40向小型化和大型化两个方向发展小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。大型化是指大中型PLC向大容量、智能化和网络化发展，使之能与计算机组成集成控制系统，对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。五、可编程控制器的发展Date:2020/4/28Page:41大力开发智能模块，加强联网与通信能力为满足各种控制系统的要求，不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。PLC的联网与通信有两类：①PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；②PLC与计算机之间的联网通信。为了加强联网与和通信能力，PLC生产厂家也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统。五、可编程控制器的发展Date:2020/4/28Page:42增强外部故障的检测与处理能力据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理。而其