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1、05:01,1,逻辑与可编程控制器 第6周 第1次课 3学时,05:01,2,学好这门课程的必要性,可编程序控制器，简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、电器控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。所以，掌握PLC技术，是改造传统生产工艺和设备的重要途径。,05:01,3,05:01,4,掌握和了解的主要内容,通过本课程
2、的学习，系统掌握可编程序控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，掌握一种基本机型（S7-200），掌握PLC控制技术的基本原理和应用，为今后的工作打下基础。,05:01,5,学好这门课程的方法：多看多练 参考书籍及资料 成绩评定：平时0.3+考试0.7,05:01,6,本次课主要内容： 1. 逻辑与可编程控制技术的概念 2. 逻辑控制的特点和控制要素 3. 程序控制器的概念及分类 4. 可编程控制器的由来及发展 5. 逻辑与可编程控制器典型应用 6. 继电器逻辑控制电路的主要组成部分 7. 典型继电器逻辑控制电路,05:01,7,试验装置结构示意图,放线过程模拟试验装置,05:0
3、1,8,控制要求,一、系统构成 1. 伺服驱动及控制系统一套； 2. 工控机控制系统一套； 3. 高速图像采集系统一套； 4. 测试及控制软件一套。 二、系统功能 对拉力进行设定和控制； 对拉力和速度进行采集； 对空压机压力进行采集； 用高速摄像机对试验过程进行监视； 对伺服系统进行参数设置； 试验过程完整回放； 试验数据管理； 试验数据分析； 试验数据报表的生成。 三、系统指标 系统闭环调节周期不大于72MS（与阻力有关）； 系统加速时间和减速时间不大于500毫秒（与阻力有关）； 施加拉力范围为30-300KG（与阻力有关）； 拉力静态精度(1-3) KG； 拉力动态控制误差小于20%（与阻
4、力有关）； 系统数据采集密度不少于100次/秒。,05:01,9,控制与检测装置结构图,05:01,10,05:01,11,a,b,成分 A,成分 B,配料控制,c,05:01,12,传送带控制,INI 1 到 INI 3 (接近开关),M 1 (电机),H 1, H 2, H 3, H 4 (发光二极管),S 1, S 2, S 3, S 4 (确认按钮),LB1 光电开关,05:01,13,第一章 绪论,第一节 逻辑与可编程控制的基本概念 一、逻辑与可编程控制技术的概念 1. 逻辑控制 是指在对生产过程运行状态检测的基础上，依据预先编制好的操作规则，对输入状态进行逻辑运算、或计数、或定时、
5、或对某些变化参量进行判断等，然后根据这些结果作出控制决策，控制执行机构协调动作，完成以开关量控制为主的生产过程的自动控制。 2. 可编程控制 其操作规则，即控制程序，是用软件技术的方式存储在可编程控制器的存储器中，用户可以依据需要方便地改写控制程序。,05:01,14,二、逻辑控制方式和控制要素 1. 逻辑控制的特点 （1）顺序控制,即以前一步动作的完成作为信号，从而起动后一步动作的程序控制方式。,05:01,15,二、逻辑控制方式和控制要素 1. 逻辑控制的特点,（2）条件控制,以某一个或某几个动作所产生的综合结果作为信号来启动下一步动作(而无论前面的一个或几个动作是在执行延续过程中还是已经
6、执行结束)的程序控制方式。,（3）时序控制,即以时间为基准来决定每一步动作的运行或停止的程序控制方式。,05:01,16,二、逻辑控制方式和控制要素,2. 控制要素,动作的转换与执行: 前者解决的是如何由前一步转换至后一步的问题，后者解决的是在每一步中干什么的问题。,05:01,17,第二节 逻辑与可编程控制器,一、程序控制器的概念 采用继电器、接触器、半导体逻辑元件，甚至加上微处理器等器件组成的，能完成逻辑控制(即程序控制)任务的装置我们称为程序控制器（Program Controller）。,05:01,18,第二节 逻辑与可编程控制器,二、程序控制器的分类 按照组成的主要器件分类： （1
7、）机电式 （2）继电器式 （3）存储式：PC（Programmable Controller）或PLC （ Programmable Logic Controller ） 按照存储控制程序方法分类： （1）继电器及半导体逻辑元件式 （2）矩阵式 （3）可编程式：PC或PLC,05:01,19,第三节 逻辑与可编程控制技术的发展 一、可编程控制器的由来 继电接触控制与计算机控制 在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计
8、和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1. 编程方便，现场可修改程序； 2. 维修方便，采用模块化结构； 3. 可靠性高于继电器控制装置； 4. 体积小于继电器控制装置； 5. 数据可直接送入管理计算机； 6. 成本可与继电器控制装置竞争；,05:01,20,7. 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，接触器等； 9. 在扩展时，原系统只要很小变更； 10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K 。 1969年，美国
9、数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。,05:01,21,二、可编程控制器的发展 虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规
10、模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 1. 早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电
11、器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。,05:01,22,2. 中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种
12、逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。 3. 近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。,05:01,23,05:01,24,第四节 逻辑与可编程控制器的应用,2.电力工业,3.汽车工业,4.金属冶炼,5.电子工业,8.玻璃工业,11.电梯、立体车库,9.粮食，食品机械,13.印刷、包装机械,10.邮
13、电,7.制冷工业,14.烟草加工机械,15.铁路、公路隧道,1.水处理,16.港口、码头、机场,17.陶瓷、塑钢,6.化工,12.啤酒、发酵,18.教育、娱乐,05:01,25,OMRON 工厂自动化网,名 称,传输介质,最大速率,传输距离,Ethetnet,以太网,同轴电缆或双绞线,10Mbps,500m/段,SYSNET,令牌环网,光 纤,2Mbps,节点间800m,Host Link,上位机链接,RS-422/232C,19.2Kbps,500m,SYSMAC Link,令牌总线网,同轴电缆或光纤,2Mbps,节点间800m,PC Link,PC链接,双绞线,128Kbps,500m,C
14、ontroller Link,控制器链接,双绞线,2Mbps,1Km,SYSBUS,远程I/O系统,双绞线或光纤,187.5Kbps,200m,SYSBUS/2,远程I/O系统,双绞线或光纤,1.5Mbps,500m,CompoBUS/D,设备网,双绞线,500Kbps,500m,CompoBUS/S,器件网,双绞线,750Kbps,100m,Profibus-DP,Modbus,双绞线,双绞线,12Mbps,19.2Kbps,05:01,26,05:01,27,自来水厂. 污水处理厂,水处理系统历来是欧姆龙的强项。典型水处理厂采用Controller LINK构筑了一个完整的PLC控制网络，
15、连接多个泵站、加药站或瀑气机、沉淀池，并能通过上位机进行实时监控，实现水处理的各个环节的全自动控制。,水处理,中央监控,05:01,28,05:01,29,应用实例 芬兰岛屿城市坦培雷给排水处理厂的全面自动化 坦培雷是两大相连湖泊之间的岛城，位于芬兰首都赫尔辛基以北175公里。 它包括周围邻近的五个市镇（例如Nokia），居住着占芬兰人口5的居民。 整个控制系统由芬兰欧姆龙电子公司总承包,采用连续控制与 模糊控制相接合的控制方式。 已建成总长度达1750公里的管网用于饮用水配水和污水输送，将总生物负荷汇集至25公里以外的两个污水处理厂Rahola和Viinikalahti。覆盖郊区、跨越湖泊的
16、污水管道以及67个泵站负责收集全部污水。 所有泵站都按照集中化要求，通过无线通信和报警系统等手段进行远程监控、诊断、控制和运行。,05:01,30,Controller Link 网,PLC2,PLC1,PLC3,C200HE-CPU42,NT631C,PLC5,PLC4,触屏,Controller Link 网,双以太网,中继器,录像设备,摄像机,摄像机,污水提升泵房,初沉池,细格栅间,涡流沉砂池,消防生活泵房,总变电所,接触池,PLC6,PLC7,锅炉房,中央控制室,长春西郊污水处理厂控制系统图,CompoBus/D 网,鼓风机房,进水井,污泥脱水间,二沉池,加氯间,3G3FV,3G3FV
17、,OMRON,OMRON,05:01,31,PLC2-2,PLC2-3,PLC2-4,Modem,光环快速以太网100M,天津咸阳路污水处理厂自控系统方案,操作站OS,PLC3,PLC1-1,Modem,PLC1-3,PLC1-2,PLC2-5,Modem,Controller Link(2M),公共电话网,Controller Link(2M),PLC2-1,5.7寸触摸屏,10.4寸触摸屏,多屏幕显示器,多屏投影服务器,Web服务器,初沉泵房2013,第三分控站,回流泵房1065,初沉泵房2012,初沉泵房2011,回流泵房1064,回流泵房1063,回流泵房1062,回流泵房1061,P
18、LC4,CS1,雨水泵房,第四分控站,出水泵房,PLC1,第一分控站,进水泵房,沉砂池 计量槽 第一分变电站 加药间,浓缩池 浓缩泵房 储气罐 燃烧器,PLC2,第二分控站,鼓风机房 加氯间,中央控制室,PLC-M,密云路泵站,PLC-X,咸阳路泵站,污泥消化系统,污泥干化系统,电站自动化系统,05:01,32,中 央 控 制 室,监控管理计算机1,模拟屏,10M/100M 光纤转换器,数传电台,MODEM,MCP-M,RS-232,长沙一污自控系统图,UPS:1250VA,CS1,厂长室,化验室,管理计算机,监控管理计算机2,中控室,现场,PLC1,PLC2,PLC3,HUB,局域网,触摸屏
19、,数传电台,MODEM,RTU,凤嘴泵站,数传电台,MODEM,RTU,陈家湖泵站,Optical fibre Controller link,05:01,33,05:01,34,电力工业,欧姆龙的PLC遍布大型发电机组，尤其是大型双机热备系统可无干扰地进行自动切换，保证了承担的控制任务。主要可以运用在：化水、除灰、输煤、程序控制、装卸料机等方面.,O,哈尔滨第三电厂,双机热备系统,05:01,35,欧姆龙PLC第一次全面取代DCS系统对 2x35万千瓦大型发电厂各个环节，包括主控和各个辅机进行全面控制的系统。 本系统作为电力部最后一个鉴定项目，给予达到国际DCS系统先进水平的评价，并建议推广
20、,05:01,36,福州华能电厂,05:01,37,华能电厂控制系统构成图,操作员站,数据浏览端,工程师站,SCADA,DAPC,DABS,DEH,OFWC,DSEQC,DRIVE,EH CONVERTER,EH CONVERTER,MILL BURNER VALVE,DRIVE,T,YOTER,UPS CMFC,UP2 APS,UPI,Controller Link,网,Ethernet,网,商用以太网,05:01,38,欧姆龙自80年代初就开始与中国的汽车工业密切合作，在中国汽车工业的象征 一汽，我们可以看到一辆辆红旗轿车驶下由欧姆龙机器控制的生产线。 主要运用在：喷涂线、焊装线、冲压线、
21、热处理炉控制、发动机生产线等方面。,汽车工业,涂装线,焊装线,05:01,39,车厢温度控制系统CPM2A、MAD和TS扩展 机车车头清洗机采用 CPM1A 驼峰自动化控制系统 CS1与CQM1H 变电站电力控制系统CVM1D,目前由欧姆龙为其开发研制的专用控制器，其内部 采用CPM2A（40点）、MAD扩展和TS扩展，外壳 采用CPM2AE模具。,铁路,05:01,40,二郎山隧道 小甸中隧道 马鹿箐隧道 四川绵广高速公路 （分水岭隧道 石翁子隧道） 福宁高速公路 罗宁高速公路 福泉高速公路 甘肃天馋高速公路,高速公路隧道监控,05:01,41,说明：,本地控制器之间网络的逻辑拓扑结构为Co
22、ntroller Link令,牌冗余光纤环。本地控制器与外场设备的连接方式有可靠的,电磁隔离和抗干扰能力，并符合相应标准。,LC1,左洞,LC10-,14,右洞,监控中心,LC7,左洞,LC10-8,LC2,LC13,LC3,LC11,LC12,LC4,LC6,LC5,LC10,LC9,左洞,右洞,大坪山隧道本地控制系统构成图,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,本地控,制盘,modem,modem,高速公路隧道监控,05:01,42,具体应用：重庆
23、钛白粉股份有限公司 内蒙古、兰州、四川等地的铝厂 上钢三厂、五厂，大通钢结构公司,PLC在冶金行业的应用非常广泛，从钢铁冶炼，锟压，剪切到有色金属冶炼中电解炉的控制、铸造等。,重庆钛白粉股份有限公司,四川和平铝业,金属冶炼,O,05:01,43,具体应用：四川长虹集团 咸阳彩虹集团 北京松下、上海永新、南京华飞、 中华映管,O,电子工业,安阳玻壳,咸阳彩管,长虹集团,VCD、空调生产线,PLC在电子工业生产线上的应用非常典型，从而有效地替代了传统的继电器，大大减少了故障率。编程灵活、组合方便，从而满足了现代电子工业生产小批量，多品种化的要求，大大提高了生产线的适用性。,05:01,44,具体应
24、用：一冷开利 长沙远大 双良集团,O,制冷工业,在制冷行业中，多家骨干企业都不约而同地选择了欧姆龙的PC。不仅是单台溴化锂机组的控制，而且欧姆龙PC的还能用Controller Link网络实现多台机组之间的数据传送，并可通过以太网进行远程监控。,长沙远大 操作屏及机柜,一冷开利机组,05:01,45,远大中央空调,05:01,46,具体应用：西安筑路机械厂 马鞍山钢铁公司 张家港市玻璃厂 洛阳玻璃集团工厂,O,建材工业,洛玻生产线,河南洛阳玻璃集团公司是我国最早浮法玻璃的主要生产基地，在国内有相当的知名度 ，公司最新的流水线全部采用欧姆龙公司的设备，完成了玻璃熔浆、冷却、剪切直至搬运包装的全
25、部工作。厂方对于整套系统给予了很高的评价。,西安筑路机械厂,05:01,47,具体应用：上海大江饲料公司 梅林制罐 中美天津史克公司 新疆利通番茄制品公司,O,粮食、食品机械,上海大江饲料公司,欧姆龙的PLC在大江公司技术进步过程中自始至终共同发展，共同提高，从继电器控制到PLC控制，从引进设备到国产配套。至今为止，大规模使用欧姆龙的PLC创造了从不因为产品质量问题而更换的奇迹。,05:01,48,具体应用：福州邮电局 石家庄邮电局 保定邮电局 北京邮电局（中二局） 承德邮电局 秦皇岛邮电局,O,邮电,采用欧姆龙CV系列大型PLC作为主控单元，运用的集散控制的分拣、运转、包裹推挂系统是邮政枢纽
26、的主要机械设备。再加上通过上位监控功能，给系统维护带来了极大便利。整套系统运行可靠，故障率大大降低，极大的提高了生产效率，保证了邮件的畅通无阻，具有良好的社会和经济效益。,05:01,49,具体应用：西子奥的斯电梯厂,沈阳东芝电梯 西安斯达公司,苏州迅达 宏达电梯,浙江湖州巨人电梯,电梯行业不同于其它机械行业之处，在于其对自动化产品的要求较高。控制器的运行速度将直接影响到电梯的平层速度和精度。欧姆龙的PC产品基本指令时间仅为0.1s，如此快捷的运行速度能够满足电梯工业提出的各种要求。,O,电梯、立体车库,西安斯达云燕立体车库,西子电梯,05:01,50,具体应用：七星集团 恒安集团 小松包装,
27、O,印刷、包装机械,包装线,印刷机,塑料包装袋生产线,印刷、包装机械等属于通用机械行业。而通用机械技改的主要方向就是实现自动化。作为世界顶尖的PLC制造厂商，欧姆龙尤其在中小型PLC上有显著优势，而这种优势应用到控制点数不太多的通用机械上，这就为我国的通用机械技术水平整体上一台阶提供了有力保障。,05:01,51,烟草机械,厦门卷烟厂 徐州卷烟厂 中科院沈阳自动化所 铁道部徐州机械厂 沈飞工业集团特设科,Network,I/O data request messages,I/O data response messages,05:01,52,于96年开始对从德国引进的AF2KDF2HCF80香
28、烟过滤咀成型机组用OMRON C200HSPT进行改造，现已生产了20余台。 分别用在：河南新郑卷烟厂，安阳卷烟厂，广东韶关卷烟厂，重庆卷烟厂，云南大理卷烟厂等。,采用OMRON CV系列、C200H系列、CQM1系列及NT系列触摸屏用于烟机设备。,沈阳飞机制造工业集团有限公司:,中科院沈阳自动化所:,05:01,53,第二章 继电器逻辑控制技术 第一节 继电器逻辑控制电路,一、继电器逻辑控制电路的概念 继电器逻辑控制电路是根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通和断开电路，断续地或连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。通常包含主令电
29、器、检测器件、继电器、接触器等部分。 两个基本组成部分：决策部分与执行部分。 决策部分所体现的控制规则是以硬件的固定联结来实现的。,05:01,54,05:01,55,05:01,56,05:01,57,控制按钮,二、继电器逻辑控制电路的主要组成部分 1. 逻辑输入部分 （1）主令电器,05:01,58,主令控制器,05:01,59,万能转换开关,05:01,60,行程开关,（2）检测器件,05:01,61,接近开关,05:01,62,2. 逻辑记忆部分,过流电流继电器,欠流电流继电器,电压继电器,（1）电磁继电器,05:01,63,（2）干簧继电器 （3）热继电器,05:01,64,（4）时
30、间继电器,05:01,65,（5）速度继电器,05:01,66,压力继电器,光电继电器,温度继电器,（6）其它继电器,05:01,67,3. 执行部分,交流接触器,直流接触器,05:01,68,继电器图形符号,05:01,69,接触器图形符号,05:01,70,三、基本继电器逻辑控制线路 1起动、停止、自锁电路,05:01,71,2. 行程控制,05:01,72,3. 定时控制电路,05:01,73,四、继电接触式控制系统的设计 1. 自动工作循环的分析 2. 联锁条件及电气保护的确定 （1）联锁 （2）禁止 （3）互锁 3. 采用记忆单元 4. 输入信号时间长短的处理,05:01,74,第三节 典型逻辑控制电路,一、联锁控制控制电路 （1）联锁控制电路 （2）禁止控制电路,05:01,75,（3）互锁控制电路,05:01,76,二、变化参量控制电路,05:01,77,二、程序控制电路,05:01,78,