1、1,工廠自動(dòng)化綜合實(shí)踐 授課教師：谷鑫 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院,2,與其他課程的聯(lián)系： 綜合運(yùn)用電器學(xué)、工廠電氣控制、可編程控制器等課程的相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題，是一門實(shí)踐性的課程。 課程安排： 3-5周理論教學(xué)（4D-311）； 6周熟悉開發(fā)環(huán)境（4C-209） 7-10周實(shí)踐教學(xué)（4C-513）。 課程考核： 完成課程設(shè)計(jì)及報(bào)告。,工廠自動(dòng)化綜合實(shí)踐,3,講解內(nèi)容： 緒論： 電氣控制與PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 1.電器基礎(chǔ)知識(shí) 2.PLC基礎(chǔ)知識(shí) 學(xué)習(xí)說明： 了解電氣控制系統(tǒng)中常用器件及用途，理解PLC在電氣控制系統(tǒng)中的作用。,工廠自動(dòng)化綜合實(shí)踐-緒論,4,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),電器定義 根據(jù)外界施加的

2、信號(hào)和要求，能手動(dòng)或自動(dòng)地?cái)嚅_或接通電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電或非電對(duì)象的切換、控制、檢測、保護(hù)、變換和調(diào)節(jié)的電工器械。,5,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),電器分類 應(yīng)用場合：一般工業(yè)用、特殊工業(yè)礦用、農(nóng)用、 其他（航空、船舶等）場合 有無觸點(diǎn)：有觸電、無觸點(diǎn)、混合式 組合：單個(gè)電器、組合電器 使用系統(tǒng)：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、 自動(dòng)化通信系統(tǒng) 電壓等級(jí)：高壓、低壓（AC1.2kV以下，DC1.5kV以下） 工作職能：手動(dòng)操作、自動(dòng)操作、其他 自動(dòng)操作：自動(dòng)切換、自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù) 其他：穩(wěn)壓與調(diào)壓、啟動(dòng)與調(diào)速、檢測與變換、牽引傳動(dòng),6,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),常用低壓電器 接觸器：

3、直流、交流。 繼電器：電磁式 、熱 、時(shí)間 、固態(tài) 、液位、 溫度、速度、壓力等。 電磁 ：電壓、中間、電流。 時(shí)間 ：空氣阻尼式、電子式。 開關(guān)：低壓斷路器、刀開關(guān)。 低壓斷路器：塑殼式、萬能式。 主令電器：形成開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、控制按鈕。 熔斷器：管式、螺旋塞式、快速式。 執(zhí)行電器：電磁鐵、電磁閥、電磁制動(dòng)器。 信號(hào)電器：指示燈、蜂鳴器、電鈴。,7,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),電氣控制線路,籠型異步電機(jī) 點(diǎn)動(dòng)控制線路,8,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),電氣控制線路,籠型異步電機(jī) 星-三角降壓啟動(dòng),9,1.電器的基礎(chǔ)知識(shí),電氣控制線路,籠型異步電機(jī) 正、反轉(zhuǎn)控制,10,2.可編程控制器概述,可編程控制

4、器（Programmable Logic Controller，PLC）的產(chǎn)生 20世紀(jì)20年代繼電器控制系統(tǒng) 各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系組成控制系統(tǒng) 20世紀(jì)60年代小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制 成本高，未得到推廣 20世紀(jì)60年代末第一臺(tái)可編程控制器（PLC） 根據(jù)通用汽車的“GM十條”，由美國數(shù)字設(shè)備公司研制 20世紀(jì)70年代與微處理器、微型機(jī)結(jié)合 真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備 1980年國外工業(yè)界將其命名為 Programmable Controller,11,2.可編程控制器概述,PLC的定義 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用

5、了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 國際電工委員會(huì)（IEC） 1987年2月,12,2.可編程控制器概述,PLC的發(fā)展歷史 初級(jí)階段（第一臺(tái)PLC問世20世紀(jì)70年代） 功能簡單、完成繼電器控制系統(tǒng)功能、語言為梯形圖。 崛起階段（20世紀(jì)70年代80年代初） 控制功能增強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理、模擬量的控制等。 成熟階段（20世紀(jì)80年代初90年代初） 大規(guī)模多控制器應(yīng)用、具備通信和聯(lián)網(wǎng)功能。 飛速發(fā)展階段（20

6、世紀(jì)90年代初90年代末） 在過程控制領(lǐng)域大規(guī)模使用，功能得到極大提升。 開放性、標(biāo)準(zhǔn)化階段（20世紀(jì)90年代中期以后） 國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131逐步完善和實(shí)施、IEC61131-3編程語言推廣。,13,2.可編程控制器概述,PLC的發(fā)展趨勢(shì) 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，功能專用，價(jià)格降低 向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展 采用多微處理器系統(tǒng)，集成通信聯(lián)網(wǎng)功能，存儲(chǔ)容量大大增加 智能化模塊的發(fā)展 高速計(jì)數(shù)模塊、定位控制模塊、溫度控制模塊、閉環(huán)控制模塊、 以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場總線協(xié)議通信模塊等 人機(jī)界面的發(fā)展 編程工具、各種HMI（單色、彩色顯示，

7、觸摸屏，覆膜鍵盤等）、 基于PC的組態(tài)軟件 在過程控制領(lǐng)域的使用以及PLC的冗余特性 為增加過程控制的可靠性，增加了安全性和冗余性產(chǎn)品,14,2.可編程控制器概述,PLC的發(fā)展趨勢(shì) 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化 IEC61131、IEEE802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等 通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)和易用化 易于與PC和其它智能設(shè)備互聯(lián)，（現(xiàn)場總線接口、以太網(wǎng)接口） 軟PLC的概念 利用軟件在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)PLC的功能，有一定缺陷，目前推廣較慢。 PAC（Programmable Automation Controller）的概念 PLC的高可靠性和PC機(jī)的高級(jí)軟件功能結(jié)合。 80%PLC應(yīng)用場合使用小型

8、PLC，20%由PAC解決。 PLC在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的位置 可作為主站成為FCS的主控制器，也可作為從站實(shí)現(xiàn)分散式控制,15,2.可編程控制器概述,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 中小型單機(jī)電氣控制系統(tǒng) 塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、裝訂機(jī)械、包裝機(jī)械、組合機(jī)床等 制造業(yè)自動(dòng)化 大規(guī)模生產(chǎn)流水線 運(yùn)動(dòng)控制 與其他控制手段相比，功能強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、速度快、操作易 流程工業(yè)自動(dòng)化 如電力、石油、化工、造紙等需對(duì)物流進(jìn)行連續(xù)加工 對(duì)過程控制中的過程參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),16,2.可編程控制器概述,PLC的特點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng) 編程方便，易于使用 功能強(qiáng)大，成本低 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短

9、 維護(hù)方便,17,2.可編程控制器概述,PLC與其他典型控制系統(tǒng)的區(qū)別 與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別 控制邏輯：靈活性和擴(kuò)展性好 工作方式：串行工作方式 可靠性和可維護(hù)性高 控制速度：無觸點(diǎn)控制，速度快 定時(shí)控制：定時(shí)精度高，不受環(huán)境影響 設(shè)計(jì)與施工：周期短，施工快。,18,2.可編程控制器概述,PLC與其他典型控制系統(tǒng)的區(qū)別 與單片機(jī)系統(tǒng)的的區(qū)別 本質(zhì)區(qū)別：在成品單片機(jī)控制系統(tǒng)上進(jìn)行的二次開發(fā) 使用場合：單機(jī)電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)控制 使用過程：硬件工作量小，便于開發(fā) 使用成本：整體成本PLC相對(duì)較低 學(xué)習(xí)的難易程度：PLC的圖形語言更容易 就業(yè)方向：廠礦企業(yè)、制造業(yè)生產(chǎn)線、流程工業(yè),19,2.可編程

10、控制器概述,PLC分類 按I/O點(diǎn)數(shù)和容量分類 小型機(jī)（含微型機(jī)） 中型機(jī) 大型機(jī) 按結(jié)構(gòu)形式分類 整體式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu),20,2.可編程控制器概述,PLC的系統(tǒng)組成 中央處理單元：由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成 存儲(chǔ)器：包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分， 存儲(chǔ)器類型包括RAM、ROM和EEPROM 輸入/輸出單元：信號(hào)類型為開關(guān)量或模擬量。接口一部分與被控設(shè)備相連，另一部分是輸入和輸出的影像寄存器。 電源部分 擴(kuò)展接口 通信接口：顯示、觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)等 編程設(shè)備：基于PC的編程軟件 其他部件：存儲(chǔ)卡、電池卡等,21,2.可編程控制器概述,PLC工作過程 輸入采樣階段 首先掃描所有輸入端子，并將

11、哥各輸入狀態(tài)存入相應(yīng)的輸入映像寄存器中，此時(shí)輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)如何變化，器內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。因此，輸入信號(hào)的寬度要大于一個(gè)掃描周期，或者說輸入信號(hào)的頻率不能超過采樣頻率。,22,2.可編程控制器概述,PLC工作過程 程序執(zhí)行階段 進(jìn)入到程序執(zhí)行階段后，一般來說PLC按從左到右，從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行

12、相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上在存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來說，每一元件的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而刷新。,23,2.可編程控制器概述,PLC工作過程 輸出刷新階段 在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出書刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在下一個(gè)輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會(huì)改變，從而相應(yīng)輸出端子的狀態(tài)也不會(huì)改變。,24,2.可編程控制器概述,PLC對(duì)輸入/輸出的處理原則 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上個(gè)輸入點(diǎn)在上一刷新期間的接通和斷開狀態(tài)。 程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他各元件映像寄存器的內(nèi)容。 輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的計(jì)算結(jié)果。 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 輸