1、第 4 章 可編程控制器概論,4.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展 4.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn) 4.3 可編程控制器的分類及應(yīng)用 4.4 可編程控制器的性能指標(biāo) 思考題與習(xí)題四,4.1 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展,可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: (1) 速度更快, 體積更小。 (2) 工業(yè)控制技術(shù)的集成。 (3) 開(kāi)放性及與主流計(jì)算機(jī)的結(jié)合。 (4) 仿真軟件開(kāi)發(fā)。 (5) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)。,4.2 可編程控制器的定義及特點(diǎn),4.2.1 可編程控制器的定義 可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的, 并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心,把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)

2、融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。,4.2.2 可編程控制器的特點(diǎn) (1) 可靠性高, 抗干擾能力強(qiáng)。 (2) 適應(yīng)性強(qiáng), 應(yīng)用靈活。 (3) 編程方便, 易于使用。 (4) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 安裝、 調(diào)試方便。 (5) 維修方便， 維修工作量小。 (6) 功能完善。,4.3 可編程控制器的分類及應(yīng)用,4.3.1 可編程控制器的分類 目前,可編程控制器的生產(chǎn)廠家眾多, 產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格不可勝數(shù),但主要分為歐、日、美三大塊。在中國(guó)市場(chǎng)上,歐洲的代表是西門(mén)子公司, 日本的代表是三菱和歐姆龍公司,美國(guó)的代表是AB與GE公司。各大公司在中國(guó)均推出自己的

3、從微型到大型的系列化產(chǎn)品。令人感到遺憾的是, 國(guó)產(chǎn)PLC始終沒(méi)有突破性的發(fā)展, 占有市場(chǎng)份額很小。,西門(mén)子公司的主要產(chǎn)品有: S7-200: 微型PLC, 單機(jī)最大容量為256點(diǎn); S7-300: 小到中型PLC, 單機(jī)最大容量為1 K點(diǎn); S7-400: 大到超大型PLC, 單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)萬(wàn)點(diǎn)。,三菱公司的主要產(chǎn)品有: FX系列: 小型PLC, 單元式,單機(jī)最大容量為256點(diǎn); A系列、AnS系列、Q系列、QnA系列等: 模塊式大型PLC, 最大容量為8 K點(diǎn)。 歐姆龍公司的主要產(chǎn)品有: Mini SK20、SRM1、CPM1A、CPM2A等:微型PLC, 單機(jī)最大容量為256點(diǎn); C20

4、0、SYSMAC、CQM1等:小到中型PLC, 單機(jī)最大容量為1 K點(diǎn); CVM1、 CV5002000等: 大到超大型PLC, 單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)5000點(diǎn)。,AB公司的主要產(chǎn)品有: Micrologix: 微型PLC, 單機(jī)最大容量為256點(diǎn); SCL500: 小到中型PLC, 單機(jī)最大容量為1 K點(diǎn); PLC5: 大到超大型PLC, 單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)萬(wàn)點(diǎn)。 由上可見(jiàn)PLC的類型多,型號(hào)各異,各生產(chǎn)廠家的規(guī)格也各不相同。因此如何進(jìn)行分類存在不少困難, 一般按以下原則考慮。,1. 按容量分類 PLC的容量主要是指PLC的輸入/輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)。 按容量可將PLC分為以下三類: (1) 小型P

5、LC：I/O總點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下, 有的將64點(diǎn)及64點(diǎn)以下的稱為微型PLC。 (2) 中型PLC：I/O總點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間。 (3) 大型PLC: I/O總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上。,一般而言,處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多時(shí), 控制關(guān)系也比較復(fù)雜, 用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量也比較大,要求PLC指令及其他功能也比較多, 指令執(zhí)行的過(guò)程也較快等。功能和容量存在一定的關(guān)系, 但不是絕對(duì)的。 值得注意的是,大、中、小型PLC的劃分并無(wú)嚴(yán)格的界限, 各廠家也存在不同的看法。PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可按需要靈活配置。不同類型PLC的指令及功能還在不斷增加。故用戶選用時(shí)應(yīng)針對(duì)不同廠商的產(chǎn)品進(jìn)行具體分析。,2

6、. 按結(jié)構(gòu)形式分類 (1) 箱體式結(jié)構(gòu)。箱體式結(jié)構(gòu)又稱為整體式結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是將PLC的基本部件, 如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等很緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi),構(gòu)成一個(gè)整體,組成PLC的一個(gè)基本單元(主機(jī))或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端子, 通過(guò)電纜與擴(kuò)展單元相連, 以構(gòu)成PLC不同的配置。箱體式結(jié)構(gòu)PLC體積小, 成本低, 安裝方便。微型PLC采用這種結(jié)構(gòu)形式的比較多。,(2) 模塊式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的PLC由一些標(biāo)準(zhǔn)模塊單元構(gòu)成。這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等, 插在框架上或基板上即可組裝而成各種PLC。各模塊功能是獨(dú)立的,外型尺寸是統(tǒng)一的, 插入什么模塊可

7、根據(jù)需要靈活配置。目前,中、大型PLC和一些小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式。,4.3.2 可編程序控制器的應(yīng)用 1. 順序控制 這是當(dāng)今PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。它取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制。例如:注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等。,2. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。在多數(shù)情況下,PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊, 模塊移動(dòng)一軸或數(shù)軸到達(dá)目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí),位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣? 確保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的

8、編程可用PLC的編程語(yǔ)言完成。操作員用手動(dòng)方式把軸移動(dòng)到某個(gè)目標(biāo)位置, 模塊就得知了位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù), 之后可用編輯程序來(lái)改變速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù), 使運(yùn)動(dòng)平滑。 相對(duì)來(lái)說(shuō), 位置控制模塊比CNC裝置體積更小, 價(jià)格更低, 速度更快, 操作更方便。,3. 過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù),例如溫度、壓力、速度和流量。PID(Proportional Integral Derivative)模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能, 即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)控制過(guò)程中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí), PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出, 把變量保持在設(shè)定值上。PID算法一旦適應(yīng)了工藝,

9、 就不管工藝混亂與否而會(huì)保持設(shè)定值。,4. 數(shù)據(jù)處理 機(jī)械加工中,出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的System10、11、12系列, 已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)的自由傳遞, 該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件, 用戶可以獨(dú)自編程, 然后由PLC送至CNC設(shè)備使用。同樣, 美國(guó)GE公司的NC設(shè)備新機(jī)種也使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。東芝公司的TOSNUC600也將CNC和PLC組合在一起, 預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。,5.通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)

10、外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)及集散系統(tǒng)等發(fā)展的需要,首先必須發(fā)展PLC之間、PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高, 而且要考慮出現(xiàn)停電、 故障時(shí)的對(duì)策等。日本三菱公司開(kāi)發(fā)的CC-Link系列就是一例。 PLC之間、PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間都采用光纖通信,多級(jí)傳遞。 I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制,然后采用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,4.4 可編程控制器的性能指標(biāo),4.4.1 PLC的基本性能 (1) 基本的控制功能。 基本的控制功能包括順序控制、 定時(shí)、 計(jì)數(shù)、 邏輯運(yùn)算和四則運(yùn)算等。 (2

11、) 存儲(chǔ)器。 多數(shù)采用CMOS RAM存儲(chǔ)器,有保護(hù)電源(多數(shù)用鋰電池)。 也可采用可擦寫(xiě)的EPROM存儲(chǔ)器。,(3) 輸入/輸出(I/O)。關(guān)于輸入/輸出組件,一般都提供有交流115 V、220 V的功率輸入/輸出組件; 直流24 V、48 V和115 V以及TTL電平輸入/輸出組件; 有的還提供繼電器觸點(diǎn)(常開(kāi)或常閉)輸出組件。 (4) 編程語(yǔ)言。最常用的是繼電器梯形圖編程方式, 美國(guó)把它定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電工委員會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)草案中規(guī)定, 除用梯形圖編程方式外, 還可采用功能塊、指令表或布爾代數(shù)等編程語(yǔ)言。,(5) 掃描時(shí)間。掃描時(shí)間是指執(zhí)行一次解讀用戶邏輯程序所需的時(shí)間。一般1000條指

12、令執(zhí)行時(shí)間為10 ms左右, 小型和超小型的機(jī)器掃描時(shí)間可能大于40 ms。 (6) 診斷功能。一般提供通電檢查和指示故障軟件。 (7) 通信接口。 一般都提供RS-232C串行通信接口, 以便連接打印機(jī)或其他類型的機(jī)器, 如管理計(jì)算機(jī)等。 (8) 電源。機(jī)器動(dòng)力電源既可用115 V交流電源, 也可用220 V交流電源, 可通過(guò)跨接短路片進(jìn)行選擇。,(9) 工作環(huán)境。一般都能在下列環(huán)境條件下工作: 溫度為060; 濕度小于95(無(wú)結(jié)霜)。 (10) 編程器。PLC采用的編程器有下面三種類型: 簡(jiǎn)易編程器。用于小型和超小型的PLC。 CRT編程器。用于中、大規(guī)模的PLC, 可顯示邏輯階梯圖、數(shù)據(jù)

13、信息和報(bào)警信息指示等。 計(jì)算機(jī)編程。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的大力普及, 有些中、 大規(guī)模的PLC已采用計(jì)算機(jī)編程,多數(shù)用IBM-PC或類似的個(gè)人計(jì)算機(jī)。這種場(chǎng)合下,計(jì)算機(jī)除用作編程外,還兼有管理和操作指導(dǎo)功能。,4.4.2 PLC的高級(jí)功能 一般超小規(guī)模和小規(guī)模的PLC只具有基本性能, 下面介紹的高級(jí)功能只有中型機(jī)以上的機(jī)型才有。 (1) 數(shù)據(jù)傳送和矩陣處理功能?？蛇m應(yīng)工廠管理的需要。 (2) PID調(diào)節(jié)功能。備有模擬量輸入/輸出組件和PID調(diào)節(jié)軟件包, 以滿足化工等部門(mén)批量控制的要求。 (3) ASCLL代碼操作功能。可適應(yīng)連接多種終端設(shè)備, 且可用ASCLL代碼直接編程。 (4) 遠(yuǎn)程I/O功能。I/O通道可以分散安裝在被控設(shè)備附近, 以減少現(xiàn)場(chǎng)電纜布線和系統(tǒng)成本。,(5) 智能I/O組件。目前高檔機(jī)提供的智能I/O組件有: 高速計(jì)數(shù)器、 熱電偶或熱電阻直接輸入組件、PID調(diào)節(jié)功能組件、 BCD碼輸入組件、 高溫控制組件、 閥門(mén)控制組件、 位置控制組件等。 (6) 圖形顯示功能。借助于圖