1、,東北大學(xué)秦皇島分校,第四章 可編程控制器基礎(chǔ),十七大報告詳解中的敘述,對工業(yè)制造業(yè)而言, 信息技術(shù)改造生產(chǎn)制造過程及裝備,實現(xiàn)生產(chǎn)信息化：推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE/CAPP以及并行工程、虛擬設(shè)計制造等先進技術(shù)，包括數(shù)控（CNC）、可編程序控制（PLC）、分布式控制（DCS）、現(xiàn)場總線控制（FCS）、柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)（FMC、FMS）等先進加工控制技術(shù)，計算機控制技術(shù)，推廣精益生產(chǎn)、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造。,PLC的市場規(guī)模,推薦的教材,現(xiàn)代電氣控制技術(shù) 北京郵電大學(xué)出版社 可編程序控制器原理與設(shè)計 清華大學(xué)出版社 PLC教程 人民郵電出版社 ControlLogix系

2、統(tǒng)實用手冊 機械工業(yè)出版社 深入淺出西門子S7-200 PLC 北京航天航空大學(xué)出版社 Programmable Controllers Theory and Implementation,PLC在系統(tǒng)中的位置,PLC的產(chǎn)生,1968年，美國通用汽車公司（GM公司）。擬訂了十項公開招標(biāo)的技術(shù)要求： 編程方便，可現(xiàn)場修改程序； 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制盤； 數(shù)據(jù)可直接送入中央控制系統(tǒng)； 成本可與繼電器控制盤競爭； 系統(tǒng)適用于工業(yè)環(huán)境； 輸出為市電，容量要求在2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等； 擴展時原系統(tǒng)改變最少； 編程簡單，可被現(xiàn)場人員所理解。,

3、PLC的產(chǎn)生,1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺可編程序控制器（簡稱PC）。 PLC：Programmable Logic Controller PC：Personnel Computer PLD：Programmable Logic Device,PLC的發(fā)展,1.70年代初期： 可編程序控制器僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)等一些功能，因此稱為可編程序邏輯控制器，簡稱PLC。 2.70年代中期： 70年代后隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應(yīng)用，PLC還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。,PLC的發(fā)展,3.80年代以后 隨著大規(guī)模、

4、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能。 4.近年來PLC發(fā)展迅速 具備了計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術(shù)支柱（PLC技術(shù)、機器人、CAD/CAM）之一。,PLC的未來-PAC,自動化技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新的發(fā)展趨勢，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系統(tǒng)的功能，而同時一種新興的技術(shù)可編程自動化控制器（PAC）的出現(xiàn)，開始改變PLC市場格局。 IEC 6113

5、1-3是可編程序控制器的編程語言的標(biāo)準(zhǔn)，它將現(xiàn)代軟件的概念和現(xiàn)代軟件工程的機制與傳統(tǒng)的PLC編程語言成功地結(jié)合，使它在工業(yè)控制領(lǐng)域的影響越出PLC的界限，成為DCS、運動控制以及SCADA的編程系統(tǒng)事實上的標(biāo)準(zhǔn)。,PLC的主要生產(chǎn)廠家,歐洲：Siemens、Schneider Electric（Modicon）； 美國：A-B（Allen-Bradly）、 GE（General Electric）； 日本：Mitsubishi Electric、 OMRON、FUJI； 中國：和利時，德維森等小型PLC,可編程邏輯控制器定義,可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計

6、。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。,按照I/O點數(shù)分類,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域,邏輯控制 過程控制 運動控制 數(shù)據(jù)采集與處理 通信與聯(lián)網(wǎng),PLC基本組成,編程軟件,PLC的硬件結(jié)構(gòu),PLC的硬件結(jié)構(gòu),Logix5550 CPU外觀,內(nèi)存,應(yīng)用內(nèi)存,I/O接口單元,交流、直流 輸出、輸出 數(shù)字量、模擬量,I/O接口單元外形圖,直流開關(guān)量輸入模塊接線,直流開關(guān)量輸入電路,NPN和PNP輸

7、入開關(guān),與直流輸入模塊的連接,交流開關(guān)量輸入模塊接線,交流開關(guān)量輸入電路,開關(guān)量輸出電路,繼電器、晶體管、晶閘管 繼電器：交流220V或直流24V負載；驅(qū)動電流2A，低速，使用壽命短 晶體管：直流24V；驅(qū)動電流0.2A，高速，使用壽命長 晶閘管：交流220V；驅(qū)動電流0.2A，高速，使用壽命長,模擬量輸入模塊,標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入 熱電偶 熱電阻,模擬量輸出模塊,I/O模塊選型實例,PLC執(zhí)行過程,主設(shè)備依次掃描所連接的從設(shè)備，采集所需數(shù)據(jù) 影響效率的因素: 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率 從設(shè)備數(shù)量以及傳輸數(shù)據(jù)量 適用的結(jié)構(gòu): 主/從 適用的連接: 一對一,一對多,數(shù)據(jù)交換方式之一: 輪循,Controller,

8、Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,Data Acquisition,HMI,數(shù)據(jù)交換方式: 輪循,Analog I/O,應(yīng)用內(nèi)存,輸入映像（Map）,輸出映像(map),一個內(nèi)存編址實例,整個循環(huán)掃描過程,可編程控制器的中斷處理,問題： 輸入延時 輸出延時 不同事件的重要性,中斷解決方案,立即輸入和立即輸出指令 I/O中斷 定時中斷 出錯程序中斷 初始化中斷 通信中斷,中斷處理,PLC中關(guān)于中斷的處理方法與計算機系統(tǒng)基本相同，如當(dāng)有中斷申請信號后，系統(tǒng)要中斷正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序；當(dāng)有多個中斷源時，系統(tǒng)將按中斷的優(yōu)先級，先后順序排隊處理；系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定中

9、斷允許或中斷禁止等。,PLC的基本性能指標(biāo),一、輸入輸出點數(shù) 輸入輸出點數(shù)（I/O點數(shù)）：輸入、輸出接線端的個數(shù)。 二、掃描速度 執(zhí)行 1000 條基本布爾指令所需的時間來衡量，單位為毫秒 / 千步。 三、存儲器容量 PLC的存儲容量一般指用戶程序存儲器的容量。 通常用“字”來描述。,PLC基本性能指標(biāo),五、可靠性和使用條件 可靠性指標(biāo)：MTBF（平均無故障時間） MTTR（平均故障修復(fù)時間） 六、編程語言,編程語言,IEC61131-3規(guī)定了兩大類編程語言：文本化編程語言和圖形化編程語言。前者包括指令表語言（Instruction List，簡稱IL）和結(jié)構(gòu)化文本語言（Structured

10、Text，簡稱ST），后者包括梯形圖語言（Ladder Diagram，簡稱LD）、功能塊語言（Function Block Diagram ，簡稱FBD）和順序功能圖（SFC）。,編程語言,1. 指令表語言IL,指令表語言是一種流行于歐洲和日本的低級語言，類似與計算機的匯編語言。 一般可以和梯形圖語言互相轉(zhuǎn)換,0 LD X400 1 OUT Y430 2 LDI X401 3 OUT M100 4 OUT T450 5 K 19 6 LD T450 7 OUT Y430,編程語言,2. 結(jié)構(gòu)化文本語言ST,結(jié)構(gòu)文本程序的格式: 采用類似BASIC高級語言的編程方法, 比較容易完成復(fù)雜的算法. IF (xxx) THEN YYY ELSE ZZZ END IF,編程語言,3. 梯形圖語言LD,梯形圖程序的組成: 指令 輸入/輸出指令 梯級 由一組輸入和一個輸出指令組成 程序 由多個不同的梯級組成,梯形圖程序的工作原理: 掃描特定梯級的輸入指令, 決定輸出指令的動作 (從左到右) 從第一級程序掃描到最后一級 (從上到下),編程語言,4. 功能塊語言FBD,功能塊圖形編程(FBD) 是一種圖形化控制語言. 程序是由各功能塊按應(yīng)用要求的方式相連接構(gòu)成. 常用于各控制單元間大數(shù)據(jù)流的應(yīng)用, 例如過程控制.,在功能塊圖形編程中, 各 控制元素可以是標(biāo)準(zhǔn)元 素也可以由用戶自己編 輯,