第一章可编程序控制器概述.ppt

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1、PLC控制技术 沈阳化工大学 信息工程学院 主讲：宗学军 * * 1 1 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程序控制器当代工业自动化支柱之一 DateDate 2 2 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 DateDate 3 3 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 DateDate 4 4 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 DateDate 5 5 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 DateDate 6 6 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 简单速度控制 (简易的同步操作) M 工作台 截刀 CLR 輸出功能

2、OFF M Y0Y2 脈沖串輸出正转 / 反转信号 PLSV 50000 Y0 Y2 可改变速度脉冲指令 M8140 伺服放大器伺服放大器 DateDate 7 7 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 综合自动化系统组成 ERP 企业资源计划 系统 MES 制造执行系统 PCS 生产控制系统 故障诊断 现场控制系统（DCS, PLC, FCS） 综合集成软件平台 关系数据库 实时监控软件平台 实时数据库 销售管理 工艺计算 特定先控软件 模糊控制 过程动态检测 软测量 计划排产 优化调度 质量监控 成本管理 数据校正 实时优化 人力资源财务管理库存管理 企业信息集成设计建模软件 预

3、测函数控制 设备管理 工业电视监测 DateDate 8 8 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 *计算机控制系统概述 计算机控制系统组成 计算机控制系统分类 计算机控制装置种类 * * 9 9 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 概 述 计算机控制技术及工程应用-是把计算机技术与自动化 控制系统融为一体的一门综合性学科，是以计算机为核心部件的过 程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控 制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算 机技术又是一个主要的实现手段。下图为一个制药车间的自动化生 产流程。 DateDate1010第一章第一章

4、 可编程控制器概述可编程控制器概述 控制系统概念 计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而 来的; 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制 要求，一般分成闭环控制(图1-1a所示)与开环控 制(图1-1b所示)两种结构形式; 计算机控制系统原理组成用控制计算机代替 图1-1的控制器，如图1-2所示； DateDate1111第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 （1）闭环控制系统 闭环控制系统-闭环控制系统中，测量变送器对被控对 象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到 控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按 照一定的控制规律产生相应的控制

5、信号驱动执行器工作，执行器产生 的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制 稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差 进行控制的闭环反馈控制系统。 euqy 控制器执行器被控对象 测量变送器 偏差给定值控制作用操纵变量被控量 测量值 r+ _ z f 干扰 图1-1(a) 闭环控制系统 DateDate1212第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 （2）开环控制系统 开环控制系统-不同于闭环系统，它不需要被控 对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器 去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。环控 制系统不能自动消除被控量与给定值之

6、间的偏差，其控制 性能不如闭环系统。 uqy 控制器执行器被控对象 给定值控制作用操纵变量被控量 r (b) 开环控制系统 DateDate1313第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 （3）计算机闭环控制系统原 理组成 计算机闭环控制系统的原理组成-是把图1-1中的 控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接 口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数 字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要 有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及 D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。 图1-2 计算机控制系统原理图 DateDate1

7、414第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 （4）计算机控制系统的监控过程 步骤 a.实时数据采集-对来自测量变送器的被控量的瞬时值进 行采集和输入 ； b.实时数据处理-对采集到的被控量进行分析、比较和处 理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制-根据控制决策，适时地对执行器发出控 制信号，完成监控任务； DateDate1515第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 控制系统分类 数据采集系统（DAS） 操作指导控制系统 (OGC) 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统(SCC） 分散控制系统（DCS） 现场总线控制系统（FCS） DateDa

8、te1616第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 数据采集系统（DAS） 数据采集系统(Data Acquisition System)-是计算机应用于生产过程控制最早、也 是最基本的一种类型，如图1-5所示。生产过程中被控对象的大量参数经测量变送仪表发 送和A/D通道或DI通道巡回采集后送入计算机，由计算机对这些数据进行分析和处理，并 按操作要求进行屏幕显示、制表打印和越限报警。 DateDate1717第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 操作指导控制系统(OGC) 操作指导控制系统-是基于数据采集系统 的一种开环结构，如图1-6所示。计算机根据采 集到的数据以及工艺要

9、求进行最优化计算，计算 出的最优操作条件，并不直接输出控制被控对象 ，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各 个控制器的给定值或操作执行器，以达到操作指 导的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与 半自动工作状态。OGC系统的优点是结构简单， 控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受 到限制，不能同时控制多个回路。 DateDate1818第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 操作指导控制系统(OGC) DateDate1919第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 直接数字控制系统（DDC） DDC系统-是用一台计算机不仅完成对多 个被控参数的数据采集，而且能按一定的控

10、制规律 进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号 ，实现对生产过程的闭环控制，为了操作方便，DDC 系统还配置一个包括给定、显示、报警等功能的操 作控制台。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了 多个模拟调节器，而且在各个回路的控制方案上， 不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各 样的复杂控制。 DateDate2020第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 计 算 机 生 产 过 程 显示 打印机 报警 操作台 ） ID ，D/A（ 入输程过 ） ODA / D（ 出输程过 图1-7 直接数字控制系统 ， 直接数字控制系统（DDC） DateDate2121第一章第一章 可

11、编程控制器概述可编程控制器概述 监督计算机控制系统（SCC） 监督计算机控制系统即SCC-是OGC系统与 常规仪表控制系统或与DDC系统综合而成的两级系统 ，如图1-8所示。显然，这属于计算机在线最优控制 的一种形式。当上位机出现故障时，可由下位机独立 完成控制。下位机直接参与生产过程控制，要求其实 时性好，可靠性高和抗干扰能力强；而上位机承担高 级控制与管理任务，应配置数据处理能力强，存储容 量大的高档计算机。 DateDate2222第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 DateDate2323第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 分散控制系统（DCS） 分散控制系统-

12、是以微处理器为基础，借助 于计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制 的先进计算机控制系统。由于早期开发的分散控制 系统在体系结构上具有分散式系统的特征，因此国 外将该类系统取名为分散控制系统，国内也有人将 其称为集散型控制系统，或者是分布式控制系统。 分散控制系统简称为DCS。DCS 采用分散控制、集 中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原 则。 DateDate2424第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 操作站 控制站（器） IPC、数字调节器、PLC、专用控制器 管理层计算机 操作站 控制站（器） IPC、数字调节器、PLC、专用控制器 * * 2525第一章第一章

13、可编程控制器概述可编程控制器概述 操作站 控制站（器） IPC、数字调节器、PLC、专用控制器 功能：监控（ 工艺流程显示、表格显示、趋势显示、历史数据查询、报警 信息的记录、手自动切换/手动操作、参数设置、其它功能） 操作员站：一般操作功能（往往不包括系统中重要参数的设置） 工程师站：全部功能 可以通过硬件区分（设置不同的计算机系统、设置不同的键盘等等） 通过操作人员所拥有 的密码区分，硬件系统完全相同 功能：信号的采集、运算（决策）、控制信号的输出、报警 处理、网络通信（与其它控制站或者与操作站） 系统的设计系统的设计 硬件设计和实现硬件设计和实现 软件设计和实现软件设计和实现 * * 2

14、626第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 现场总线控制系统（FCS） 现场总线控制系统即FCS-是新一代分布式控 制结构。该系统改进了DCS成本高和由于各厂商的产 品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集 管理控制功能于一身的工作站与现场总线智能仪表的 二层结构模式，把原DCS控制站的功能分散到智能型 现场仪表中去，形成一个彻底的分散控制模式。每个 现场仪表(例如变送器、执行器)都作为一个智能节点 ，都带CPU单元，可分别独立完成测量、校正、调节 、诊断等功能，靠网络协议把它们连接在一起统筹工 作。 DateDate2727第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 控制

15、装置种类 可编程控制器 可编程调节器 总线式工控机 单片微型计算机 其他控制装置 DateDate2828第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 第1章 可编程控制器概 述 可编程序控制器的历史 可编程序控制器的特点与应用领域 可编程序控制器的发展趋势 可编程序控制器的分类 PLC的性能指标 PLC的主要功能 DateDate2929第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程序控制器简称 v Programmable Controller PC Personal Computer PC v Programmable Logic Controller PLC DateDate

16、3030第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 n 产生 l继电器控制 用弱电信号控制强电信号。故障查找与排除非常困难、改造工期长 、费用高。 lGM首先提出【可编程序控制器】设想 l编程简单，可在现场修改程序； l维护方便，采用插件式结构； l可靠性高于继电器控制柜； l体积小于继电器控制柜； l成本可与继电器控制柜竞争； l可将数据直接送入计算机； l可直接使用115V交流输入电压； l输出采用115V交流电压，能直接 驱动电磁阀、交流接触器等负载； l通用性强，扩展方便； l能存储程序，存储器容量可以扩展 到4KB. l1969年DEC研制出世界上第一台可编程序控制器 1可编程控

17、制器的历史 DateDate3131第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 继电器控制 DateDate3232第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器的使用 可编程控制器：代替可靠性低、功能不灵活 、响应速度慢的继电器控制电路。 可编程控制器的发展方向： l 高速、大容量、多功能的大型可编程控 制器； l 低成本的微型可编程控制器。 DateDate3333第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 1可编程序控制器的历史（续） 发展 l性能提高：4位机8位机16位机32位机 ； l逻辑运算 计时，计数等顺序控制，均属开关 量控制+； l支持图形编程； l数据

18、处理； l各种功能控制模块； l联网通信功能。 主要生产商 大中型：A-B、GE、Siemens 中小型：OMRON, Mitsubushi DateDate3434第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 1可编程序控制器的历史（续） 定义 1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义 ： 可编程序控制器是：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、模拟式的输入和输出，控 制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备 ，都应按易于使工业控制系统形

19、成一个整体，易于扩充其功能 的原则设计。 DateDate3535第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 1.可编程序控制器的特点 2可编程序控制器的特点与应用领域 无触电免配线，可靠性高，抗干扰能力强 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. DateDate3636第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 2.可编程序控制器的应用领域 2可编程序控制器的特点与应用领域 开关量逻辑控制 自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运 输带、包装机、飞剪等

20、控制 运动控制 金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。 闭环过程控制 温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 数据处理 数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。 通信联网 PLC与远程I/O、PLC之间、PL与其它智能控制器之间。 DateDate3737第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 按控制规模 （1）微型机：几十点 （2）小型机：500点以下 （3）中型机：5001000点 （4）大型机：1000点以上 （5）超大型机：10000点 按结构 （1）整体式： （2）模块式： 3.可编程序控制器的分类 DateDate3838第一章第一章 可编程控制器概

21、述可编程控制器概述 整体式 DateDate3939第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 模块式 DateDate4040第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 4可编程序控制器的发展趋 势 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器 早期 逻辑控制为主 Programmable Logical Controller PLCPLC 可编程序控制器可编程序控制器 ( (可编程控制器可编程控制器 ) ) Programmable Controller PCPC 本义 现代现代PLCPLC绝不意味着只有逻辑控制的功能，它是一种以微处理器为基础，综合了绝不意味着只有逻辑控制的功能，它是一种以微

22、处理器为基础，综合了 计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装 置；具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优置；具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等一系列的优 点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，使PLCPLC广泛应用于广泛应用于 各种工业领域。各种工业领域。 DateDate4141第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 v高性能、高速度、大容量发展 4可编程序控制器的发展趋

23、势 l多CPU结构 l高性能、高稳定性(32、64位机) l增加智能控制功能 l支持组态设计 v大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能 l掌上PLC l高性能 l支持多种编程方式 DateDate4242第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 vPLC编程语言标准化 4可编程序控制器的发展趋势 IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布) l顺序功能图（SFC） l梯形图 l功能块图 l指令表 l结构文本 DateDate4343第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 vPLC与其它工业控制器产 品相互融合 4可编程序控制器的发展趋势 l与个人计算机PC l集散控制

24、系统DCS l计算机数控CNC DateDate4444第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 4可编程序控制器的发展趋势 v大力开发智能I/O模块 模拟量I/O、高速计数 输入、中断输入、机 械运动控制、热电偶 输入、条形码阅读器 、多路BCD输入/输出 、模糊控制器、PID回 路控制、通信模块 * * 4545第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 vPLC与现场总线相结合 4可编程序控制器的发展趋势 l基金会现场总线（ Foundation Fieldbus） lProfiBus(过程现场总线) lLonWorks（局域操作网络 ） lCAN（控制器局域网络） lHART

25、（可寻址远程变送 器数据通路协议）协议 DateDate4646第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 DateDate4747第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 基于现场总线的现场级与车间级自动化系统 DateDate4848第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 增强通信联网能力 DateDate4949第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 五、PLC的主要功能 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、 顺序控制，既可用于单台设备的控制，也 可用于多机群

26、控及自动化流水线。如注塑 机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床 、包装生产线、电镀流水线等。 DateDate5050第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变 化的量，如温度、压力、流量、液位和速 度等都是模拟量。为了控制器处理模拟量 ，必须实现模拟量（Analog）和数字量（ Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC 产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控 制器用于模拟量控制。 五、PLC的主要功能 DateDate5151第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。 从

27、控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O 模块连接位和执行机构，现在一般使用专用的运 动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单 轴或多轴位置控世界上各主要PLC厂家的产品几 乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床 、机器人、电梯等场合. 五、PLC的主要功能 DateDate5252第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量 的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制 各种各样控制算法程序，完成闭环控制。PID调 节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具 有此功能模块。PID处

28、理一般是运行专用的PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热炉控制等场 合有非常广泛的应用。 五、PLC的主要功能 DateDate5353第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数 运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序 、查表、功能，可以完成数据的采集、分析及处 理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比 较，完成一定 控制操作，也可以利用通信功能传送到别的 智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用 于大型控制系统控制的柔性制造系统；也可用于 过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一 些大型控制系统。 五、PLC的主要功能 Da

29、teDate5454第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它 智能设备间的通信。随着计算机控制的发 展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC 厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推 出各自的网络系统。新近生产的PLC都具 有通信接接口,通信非常方便。 五、PLC的主要功能 DateDate5555第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 I/O点数 处理速度 存储器容量 定时/计数器的点数和精度 处理数据的范围 指令种类及条数 通信和联网功能 六、PLC的性能指标 DateDate5656第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 THE END DateDate5757第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述