可编程控制器 第01章.ppt

,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,第一章 绪论,继电器的特点,PLC,的定义,PLC,的特点,本章讲述的主要内容,:,5/28/2026,2,1.1*,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,:,5/28/2026,3,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,5/28/2026,4,图,1-1,电磁式继电器示意图,1.1.1,继电器,5/28/2026,5,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,5/28/2026,6,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,5/28/2026,7,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,5/28/2026,8,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,5/28/2026,9,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,5/28/2026,10,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,5/28/2026,11,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,5/28/2026,12,1968,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,5/28/2026,13,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,5/28/2026,14,1969,年，美国,DEC,数字设备公司（,Digital Equipment Corporation,）,生产出第一台符合十项技术要求的,可编程序逻辑控制器,（,Programmable Logic Controller,）,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,5/28/2026,15,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,5/28/2026,16,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,5/28/2026,17,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,5/28/2026,18,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,5/28/2026,19,1.1*,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,:,5/28/2026,20,可编程控制器最初称为可编程序逻辑控制器（,programmable logic controller,）。,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（,programmable controller,，,简称,PC,）。,1.2.1,可编程控制器的名称,5/28/2026,21,由于,PC,这一缩写在我国早已成为个人计算机,(personal computer),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,5/28/2026,22,1985,年,由于可编程序控制器技术迅猛发展，国际电工委员会,IEC,（,International,Electrotechnical,Commission,）对可编程序控制器进行了定义：可编程序控制器（,Programmable Controller,）,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,5/28/2026,23,1.1*,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,:,5/28/2026,24,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,1020ms,；（,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,5/28/2026,25,2.,可编程,PLC,控制系统的控制作用的改变主要不是取决于硬件的改变，而是取决于程序的改变。即硬件柔性化。柔性化的结果使整个系统可靠性提高，给控制系统带来一系列好处。计数器、定时器、继电器等器件在,PLC,中变成了编程变量，控制作用的实现更加容易。,1.3,可编程控制器的特点,5/28/2026,26,3.,丰富的,I/O,接口模块,PLC,针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位和强电或弱电等，有相应的,I/O,模块与工业现场的器件或设备，如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈和控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，,PLC,还有多种人,-,机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块。,1.3,可编程控制器的特点,5/28/2026,27,4.,采用模块化结构可以适应各种工业控制需要,除了整体式的小型,PLC,以外，绝大多数,PLC,均采用模块化结构。,PLC,的各个部件，包括,CPU,、,电源和,I/O,等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。,1.3,可编程控制器的特点,5/28/2026,28,5.,编程简单易学,PLC,的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。,1.3,可编程控制器的特点,5/28/2026,29,6.,安装简单，维修方便,PLC,不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与,PLC,相应的,I/O,端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。,1.3.,可编程控制器的特点,5/28/2026,30,1.1*,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,:,5/28/2026,31,根据点数和功能可以将,PLC,分为小型、中型和大型,PLC,。,小型,PLC,的输入输出端子数量为,256,点以下；中型,PLC,的输入输出端子数量为,1024,点以下；大型,PLC,的输入输出端子数量为,1024,点以上。,小型,PLC,、,中型,PLC,和大型,PLC,不光体现在输入输出端子数量上，更重要的是功能的差别。,1.4.1,根据点数和功能进行分类,另外，小型、中型和大型,PLC,的分类不是绝对的，有些小型,PLC,的功能可以具备部分中型,PLC,的功能。,5/28/2026,32,按结构形式分,PLC,有整体式和模块式两种。,整体式,PLC,是一个整体，其所有部件均在一个机盒之内；整体式,PLC,根据需要也可以进行扩展。,模块式,PLC,是由多个模块组成的，通过内部总线连接在一起，用户可以根据需要组建自己的,PLC,系统。,1.4.2,根据结构形状分类,5/28/2026,33,世界上,PLC,生产厂家约,200,多家，生产的产品大约有,400,多种。,按地域分为三个流派：（,1,）,美国产品，性价比适中，使用比较方便；（,2,）欧洲产品，性价比适中，易用性一般，扩展性强；（,3,）日本产品，性价比高，使用方便，扩展性一般；（,4,）中国产品，性价比特别高，使用比较方便，扩展性一般。,1.4.3 PLC,的流派分类,5/28/2026,34,西门子,PLC,的分类如表,1-2,所示。,1.4.4,西门子,PLC,的分类,5/28/2026,35,1.1*,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,:,5/28/2026,36,PLC,的主要功能有：,1,）逻辑控制；,2,）定时控制；,3,）计数控制；,4,）步进,(,顺序,),控制；,5,）,PID,控制；,6,）数据处理；,7,）通信和联网。,PLC,还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，,CRT,模块等。,1.5.1,PLC,的功能,5/28/2026,37,正是由于,PLC,具有多种功能，并集三电（电控装置、电仪装置、电气传动控制装置）于一体，使得,PLC,在工厂中备受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（,PLC,、,机器人、,CAD/CAM,）,之一。,1.5.2 PLC,在工业控制中的地位,5/28/2026,38,PLC,技术是随着自动控制技术和计算机技术的发展而发展的。,PLC,的发展前景广阔。,（,1,）高性能,PLC,将具备更强的数据处理能力，是,PLC,的一个发展方向。,（,2,）越来越多的模块正在不断地研制出来，比如数控模块、语音处理模块等等；模块自身带有,CPU,，,在工作中可以与主,CPU,并行工作，有利于,PLC,的工程应用。,1.5.3,可编程控制器的发展前景,5/28/2026,39,（,3,）网络技术将向深层次应用推进。伴随计算机网络和通信网络的飞速发展，针对工业以太网络技术的,PLC,技术已经成功应用，针对网络兼容性、因特网、,GSM/CDMA,通信网络等技术将迅速发展。,（,4,）单纯从技术角度而言，,PLC,实现软硬件标准化、通用化和开放化是今后发展的趋势。,1.5.3,可编程控制器的发展前景,5/28/2026,40,