本科化工仪表及自动化第4章最终版课件.ppt

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1、化工仪表及自动化,第四章 自动控制仪表,内容提要,概述基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制比例控制积分控制微分控制模拟式控制器基本构成原理及部件DDZ-型电动控制器,数字式控制器数字式控制器的主要特点数字式控制器的基本构成KMM型可编程序调节器可编程序控制器概论可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的编程语言OMRON C 系列 PLC应用示例,基本要求1.掌握各种基本控制规律及其特点。2.熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统 的影响。3.了解DDZ-型控制器的特点和基本组成。4.了解可编程控制器的编程方法。,控制仪表经历三个发展阶段,基地式控制仪表检测、控制、显示组合在一起的一类

2、仪表。单元组合式仪表中的控制单元在系统规定的统一的通讯方式下，按要求给出相应的控制信号。以微处理器为基元的控制装置 以计算机为中心控制单元，以测试仪表、执 行机构等单元为外围设备的系统。,控制器的控制规律是指 控制器的输出信号与输入信号之间的关系。,即,按控制目标分类：限位控制：在输出超出设定的上下限时控制器改变输出状态；连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续调整输出（控制参数）。,基本控制规律,位式控制（其中以双位控制比较常用）比例控制（P）积分控制（I）微分控制（D）比例积分控制（PI）比例微分控制（PD）比例积分微分控制（PID）,经常是假定控制器的输入信号e是一个阶跃信号，然后

3、来研究控制器的输出信号p随时间的变化规律。,在研究控制器的控制规律时,一、双位控制,理想的双位控制器其输出p与输入偏差e之间的关系为,图4-1 理想双位控制特性,图4-2 双位控制示例,双位控制器,控制规律:AB断开，低位，开启阀门；AC导通，高位，关闭阀门。,控,控制结果：将液位限制在BC之间。,A,B,C,理想的情况,实际的情况,所示中间区的出现原因例如：Umin=950C,Umax=1050C,ys=1000C,当加热至1050C时断开，降低至950C时才会继续通电加温。在图中，该过程是一种断续作用下的等幅振荡过程。振幅为上下，周期为T。,由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机

4、构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。,图4-3 实际的双位控制特性,图4-4 具有中间区的双位控制过程,双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标,结论,被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。,双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。,多位控制,对系统的控制效果较好，但会使控制装置的复杂程度增加。,图 三位控制器特性图,连续控制PID控制,根据输入量与设定值差异的大小连续调整输出量的大小。分类：P控制比例控制PI控制比例积分控制PD控制比例微分控制PID控制比例微分积分控制,二、比例控制,在双位控制系统中，

5、被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。,二、比例控制,图4-5 简单的比例控制系统示意图,如左图，根据相似三角形原理,对于具有比例控制的控制器,（4-4）,二、比例控制,KP:输出量与被控量的差值的比例系数。它是一个重要的 系数，它决定了比例控制作用的强弱。改变杠杆支点O的位置即可改变原调节器的放大倍数。,比例放大倍数(Kp),比例度,比例度 是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化 相对值之比的百分数。

6、,（4-5）,具体意义：使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变 化对应于指示刻度的百分数。,举例,DDZ-型比例作用控制，温度刻度范围为400800，控制器输出工作范围是010mA。当指示值从600移到700，此时控制器相应的输出从4mA变为9mA，其比例度的值为,说明,对于这台控制器，温度变化全量程的50（相当于200），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，e和p是成比例的。但是当温度变化超过全量程的50%时(在上例中即温度变化超过200时),控制器的输出就不能再跟着变化了。这是因为控制器的输出最多只能变化100%。所以,比例度实际上就是使控制器输出变化全范围时,输入偏差改变量占满量程

7、的百分数。,左图是比例度的示意图，当比例度分别为50%、100%、200%时，只要偏差e的变化占输入信号变化范围的50%、100%、200%时，控制器的输出就可以由最小Pmin 变为最大Pmax。,图4-6 比例度示意图,将式（4-4）的关系代入式（4-5），经整理后可得,比例度与放大倍数KP成反比。控制器的比例度越小，它的放大倍数KP就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。,结论,对于一只具体的比例控制器，仪表的量程xmax-xmin和控制器的输出范围pmax-pmin都是固定的,左下图表示图4-5的液位比例控制系统的过渡过程。,图4-7 比例控制系统过渡过程,在t=t0时，

8、系统外加一个干扰作用,液位开始下降,作用在控制阀上的信号,进水量增加,偏差的变化曲线,值过小系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。值过大系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。值适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。,图4-8 比例度对过渡过程的影响,优点：比例调节器的输出变化量与输入偏差具有一一对 应的比例关系，比例控制具有控制及时、克服偏差 有力的特点 缺点：存在余差,若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。,结论,积分调节规律(I

9、),比例积分控制规律(PI),积分时间对系统过渡过程的影响,三、积分控制,积分调节规律(I),加入积分调节的目的：消除余差。,积分控制作用的输出变化量p与输入偏差e的积分成正比，即,图4-9 积分控制器特性,当输入偏差是常数A时,当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当偏差为零时，输出才停止变化而稳定在某一值上，因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。,结论,纯积分控制的缺点,对于较大的偏差，容易导致调节时间过长，调节量过大而出现超调。因而通常与比例调节共同使用。,把比例与积分组合起来，这样控制既及时，又能消除余差。,或,若偏差是幅值为A的阶跃干扰,是比例与积分两种控制规律的组合

10、，其数学表达式为,PI规律将比例控制反应快和积分控制能消除余差的优点结合在一起,比例积分控制规律(PI),图 积分控制规律,图4-10 比例积分控制器特性,比例积分控制器对于多数系统都可采用，比例度和积分时间两个参数均可调整。当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用。,积分时间TI定义：在阶跃偏差作用下，控制器的输出达到比例输出的两倍所经历的时间，就是积分时间TI。,积分时间TI测定：,将比例度置于100%的刻度上，然后对控制器输入一个幅度为A的阶跃偏差，测出控制器的输出跳变值，同时按秒表计时，等到积分输出与

11、比例输出相同时所经历的时间就是积分时间TI。,积分时间对系统过渡过程的影响,积分时间表征积分作用的强弱,措施:根据积分时间大小,适当增加比例度,对过渡过程的影响具有两重性,当缩短积分时间,加强积分控制作用时,一方面克服余差的能力增加。另一方面会使过程振荡加剧,稳定性降低。积分时间越短,振荡倾向越强烈,甚至会成为不稳定的发散振荡。,图4-11 积分时间对过渡过程的影响,积分时间Ti的影响,Ti值过小系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。Ti值过大积分作用不明显，调节时间长，余差大。Ti值适中经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，无余差。,图4-11 积分时间对过渡过程的影响,比例积分

12、控制器对于多数系统都可采用，比例度和积分时间两个参数均可调整。当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也 较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作 用不及时，此时可增加微分作用。,四、微分控制,微分调节规律(D)比例微分控制规律(PD)微分作用的效果比例积分微分控制规律(PID),微分控制规律：输出量与输入偏差对时间的微分成正比。根据被控参数变化的快慢进行调节，属“超前”控制。,图4-12 理想微分控制器特性,微分调节规律(D),优点,具有“超前”控制功能。,缺点,它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独

13、使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合构成比例微分或三作用控制器。,比例微分控制规律,对于固定的偏差，没有输出。因而不能消除余差，通常与比例调节共同使用。,图4-13 比例微分控制器特性,比例微分控制规律(PD),图4-14 微分时间对过渡过程的影响,微分时间TD的影响,TD值过大系统反应过于灵敏，调节时间长，余差大，有时甚至会出现大幅振荡。TD值过小积分作用不明显，超调量大。TD值适中经过少数几个明显减幅振荡后，逐渐趋于稳定。特别是对有较大滞后的系统作用尤为明显。,微分作用的效果,微分作用具有抑制振荡的效果，可 以提高系统的稳定性,减少被控变量的波动幅度,并降低余差。微分作用也不能加得过大

14、。微分控制具有“超前”控制作用。,比例积分微分控制规律（PID）,Kp、TI、TD三个参数大小可以改变，相应地改变控制作用大小及规律：（1）若TI为，TD为0，积分项和微分项都不起作用，则为比 例控制。（2）若TD为0，微分项不起作用，则为比例积分控制。（3）若TI为，积分项不起作用，则为比例微分控制,同时采用比例、积分、微分调节方法。通过适当调整比例常数、积分时间、微分时间等三个参数的大小，确定各种调节作用的强弱。采用比例积分微分调节，既能快速进行控制，又能消除余差，对反应较慢的系统也能进行有效的控制，因而具有较好的控制性能。,图4-15 三作用控制器特性,PID控制方法是目前参数连续控制系

15、统中普遍采用的控制方法。,各类化工过程常用的控制规律如下：,液位：一般要求不高，用P或PI控制规律；流量：时间常数小，测量信息中杂有噪音，用PI或加微 分控制规律；压力：介质为液体的时间常数小，介质为气体的时间常 数中等，用P或PI控制规律；温度：容量滞后较大，用PID控制规律。,目前,在化工生产过程中的自动控制系统,常用控制器的控制规律有位式控制、比例控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。试综述它们的特点及使用场合。,（a）,（b）,（c）,（d）,（e）,（f）,52,结构简单；控制及时；参数整定方便；控制结果有余差,(a)图,p=Kpe,比 例（P）,结

16、构简单；价格便宜；控制质量不高；被控变量会振荡,P=pmax(e0)P=pmin(e0),位 式,优缺点,阶跃作用下的响应,输入e与输出p的关系式,控制规律,积分（I）,微 分（D）,（b）图,（c)图,控制缓慢；控制结果无余差,超前控制；对固定偏差无作用,53,(f)图,比例积分微分 PID,(e)图,比例微分 PD,优缺点,阶跃作用下的响应,输入e与输出p的关系式,控制规律,能消除余差；作用及时,(d)图,比例积分PI,响应快、偏差小、能增加系统稳定性;有超前控制作用,可以克服对象的惯性;控制结果有余差,控制质量高;无余差;参数整定较麻烦,54,例题分析,1.某比例控制器输入信号为420m

17、A，输出信号为15V，当比例度为60%时，输入变化6mA,所引起的输出变化量是多少？,答案：2.5V,55,2.一台具有比例积分控制规律的DDZ-型控制器，其比例度为200%，稳态时，输出为5mA。在某瞬间，输入突然变化了0.5mA，经过30s后，输出由5mA变为6mA,试问该控制器的积分时间TI为多少？,例题分析,答案：10s,56,例题分析,3.对一台比例积分控制器作开环试验。已知KP=2，TI=0.5min。若输入偏差如图所示,试画出该控制器的输出信号变化曲线。,图 输入偏差信号变化曲线,57,例题分析,解：对于PI控制器,其输入输出的关系式为,当KP=2时,输出波形如图(a)所示。,积

18、分部分的输出为,将输出分为比例和积分两部分,分别画出后再叠加就得到PI控制器的输出波形。比例部分的输出为,58,图 输出曲线,当KP=2,TI=0.5min时,在t=01min期间,由于e=0,故输出为0。在t=13min期间,由于e=1,所以t=3min时,其输出,在t=34min期间,由于e=-2,故t=4min时,其积分总输出,故pI输出波形如图(b)所示。,将图(a)、(b)曲线叠加,便可得到PI控制器的输出,如图(c)所示。,例题分析,一、基本构成原理及部件,在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模拟信号。目前应用的模拟式控制器主要是电动控制器。,图4-16 控制器基本构成,1.

19、比较环节,将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。,2.放大器,是一个稳态增益很大的比例环节。,3.反馈环节,通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。,二、DDZ-型电动控制器,1.DDZ-型仪表的特点,常用的一种模拟控制器，以来自变送器的标准15V直流信号作为输入，与15V直流设定值比较得到偏差，进行PID运算后输出15V或420mA信号。,采用高增益，高阻抗线性集成电路组件，提高了仪表的精度，稳定性和可靠性，降低了功耗。在基型控制器的基础上可增加各种功能，如非线性控制器可解决严重非线性过程的控制，前馈控制器可以解决大扰动及大滞后过程的控制。,电气零点不是

20、从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他1:5的电流信号。因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系，既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。,（1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号。,优点,（2）广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。,优点,由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。由于采用了集成电路，焊点少，强

21、度高，大大提高了仪表的可靠性。,（3）型仪表统一由电源箱供给24V DC电源，并有蓄电池作为备用电源。,优点,各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。,（4）结构合理，比之型有许多先进之处。,表现在,基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两个品种，指示表头为100mm刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作。自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，因为在自动和软手动之间有保持状态，此时控制器输出可保持长期不变，即使有偏差存在

22、，也能实现无扰切换。面板上设有手动操作插孔，可和便携式手动操作器配合使用。,（1）无平衡切换：指在自动-手动切换时，无须事 先平衡，可以随时切换至所需位置。（2）无扰动切换：指在自动-手动切换时，控制器的 输出不会发生变化，因此生产过程不会有扰动。,结构形式适于单独安装和高密度安装。有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用，可组成SPC系统实现计算机监督控制，也可组成DDC控制的备用系统。,（5）整套仪表可构成安全火花型防爆系统。增加了 安全单元-安全栅，实现控制室与危险场所间的 能量限制和隔离。,2.DDZ-型电动控制器的组成与操作,图4-17 DDZ-型控制器结

23、构方框图,主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。,图4-18 DTL-3110型调节器正面图,1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示器；3内给定设定轮；4输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔,使用基型控制器时注意问题,一般在刚刚开车或控制工况不正常时采用手动控制，待系统正常才无扰切换到自动控制 正确设置PID参数，这些参数通过参数整定，选择一组合适的PID参数，这样才能保证控制器在控制系统中发挥正确作用。控制器

24、的正反开关不能随意选择。要根据工艺要求来定，保证系统为负反馈。正作用即当控制器的测量信号增大时，其输出信号随之增大；反作用则当调节器的测量信号增大时，其输出信号是随之减小的。,数字式控制器与模拟式控制器的异同点：,不同点,相同点,仪表总的功能和输入输出关系基本一致。,一、数字式控制器的主要特点,1.实现了模拟仪表与计算机一体化。2.具有丰富的运算控制功能。3.使用灵活方便，通用性强。4.具有通讯功能，便于系统扩展。5.可靠性高，维护方便。,二、数字式控制器的基本构成,模拟式控制器只是由模拟元器件构成，它的功能也完全由硬件构成形式决定，因此控制功能比较单一；数字式控制器由硬件电路和软件两部分组成

25、，其控制功能主要是由软件所决定。,1.数字式控制器的硬件电路,硬件部分 主机电路 过程输入、输出通道 人-机联系部件 通讯部件,图4-19 数字式控制器的硬件电路,（1）主机电路,主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数据运算处理及各组成部分之间的管理。,（2）过程输入通道,过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。,（3）过程输出通道,过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。,（4）人机联系部件,人机联系部件一般置于控制器的正面和侧

26、面。,（5）通信接口电路,通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。,2.数字式控制器的软件,（1）系统程序,系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监控程序和功能模块两部分组成。,（2）用户程序,用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果。,作用,使控制器完成预定的控制与运算功能。,用户程序的编程通常采用面向过程POL语言。通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格式和助记符式之分。控制器的编程工作是通过专用的

27、编程器进行的，有“在线”和“离线”两种编程方法。,三、KMM型可编程序调节器,单回路的数字控制器。,图4-20 KMM型调节器正面布置图,17指示灯；8，9按钮；1013指针,可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，输出三个数字信号。,功能强大；能用于单回路的简单控制系统与复杂的串级控制系统；控制精度高、使用方便灵活；有自我诊断的功能，维修方便；可与电子计算机联用。,调节器的启动步骤：,（1）调节器在启动前，要预先将“后备手操单元”的“后备正常”运行方式切换开关扳到“正常”位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重新旋紧螺钉。（2）使调节器通电，调节器即处

28、于“联锁手动”运行方式，联锁指示灯亮。（3）用“数据设定器”来显示、核对运行所必需的控制数据，必要时可改变PID参数。（4）按下“R”键（复位按钮），解除“联锁”。这时就可进行手动、自动或串级操作。,一、概述,1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。20世纪80年代末,PLC技术已经很成熟,并从开关量 逻辑控制扩展到计算机数字控制(CNC等)领域。从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推 广使用。近年生产的PLC向电气控制、仪表控制、计算机控制 一体化方向发展。,可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称PLC。可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用来

29、解决工艺生产中大量的开关控制问题。可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律。PLC在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行各业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭环控制。,表 PLC控制与继电接触控制比较,PLC产品的分类方法,1.按容量分类,（1）小型PLC,IO点总数一般为20128点。,主要功能,逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。,（2）中型PLC,其IO点总数通常为129512点，内存在K以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。,主要功能,除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据处理及AD、DA转换、联网通信、远程IO等

30、功能，可用于比较复杂过程的控制。,（3）大型PLC,其IO点总数在513点以上。,主要功能,除了具有中小型PLC的功能外，还具有PLD运算及高速计数等功能，用于机床控制时，具有增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，配有CRT显示及常规的计算机键盘，与工业控制计算机相似。,编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。,.按硬件结构分类,（1）整体式PLC,它将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。,优点,具有这种结构的可编程序控制器结

31、构紧凑、体积小、价格低。,图4-21 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图,（2）模块式PLC,图4-22 SIMENS SIMATIC S7-300的外形图,采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。,（3）叠装式PLC,它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。,输入输出点数较多的大型、中型和部分小型PLC采用模块式结构。其优点为：,二、

32、可编程序控制器的基本组成,图4-23 PLC的基本组成框图,1.中央处理器,解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能，控制整个系统协调一致地工作。,主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。,2.存储器,（1）存储器类型：RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等,（2）存储区分配,图4-24 简化的存储映像,3.输入输出模块,IO模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。,PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、

33、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。,4.编程器,功能,编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机界面。,工作方式,编程器与PLC上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入PLC的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到PLC中。,离线（脱机）编程方式,编程器先不与PLC相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLC连接，将程序送到PLC存储器中。,在线（联机）编程方式,分类,便携式编

34、程器和通用计算机。,三、可编程序控制器的编程语言,1.梯形图语言,梯形图语言在形式上类似于继电器的控制电路，它从上至下按行编写，每一行则按从左至右的顺序编写,CPU将按自左到右、从上而下的顺序执行程序。,梯形图的左侧竖直线称为母线,其左侧安排输入触点和中间继电器触点，最右边必须是输出元素。,举例,某一过程控制系统，工艺要求开关1闭合40s后，指示灯亮，按下开关2后灯熄灭。,图4-25（a）为实现这一功能的一种梯形图程序（OMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。,图4-25 梯形图程序,2.助记符语言,它又称命令语句表达式语言，常用一

35、些助记符来表示PLC的某种操作。,助记符语言类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂。,图4-25（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。,四、OMRON C 系列 PLC,1.简介,OMRON C 系列PLC有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。,微型PLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，IO容量为几十点，最多可扩至120点。,小型PLC分为C120和C200H两种，C120最多可扩展256点IO，是紧凑型整体结构。,中型PLC有C500和C1000H两种，I0容量分别为512点和1024点。,大型PLC有C2000H，IO点数可达2048点，同时多处理器和双冗余结构使得C

36、2000H不仅功能全、容量大，而且速度快，由于也是模块化结构，外形与C200H相近。,图4-26 SYSMAC C28H外形示意图,图4-27 CPM1A C*A外观图,图4-28 C200H 外观示意图,2.OMRON PLC 指令,指令大多数是按照位（bit）寻址，个别指令按照通道寻址。按位寻址的地址编号为：通道号。位号，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十进制数，范围为015。,在OMRON PLC中，对于输入、输出等继电器的编号不用加字母。小型整体PLC的输入、输出编号是固定不变的，使用者可以按照PLC主机标注编号编程；对于模块式PLC则根据输入或输出模块安装位置决定其编号。,

37、按功能分类,基本指令特殊功能指令,构成,助记符：表示指令要完成的功能。操作数：指出了要操作的对象。,（1）OMRON PLC的基本指令,LD和LD NOT指令 OUT和OUT NOT指令,图4-29 OMRON PLC的基本指令应用示例,AND LD指令 OR LD指令,AND和AND NOT指令 OR和OR NOT指令,END指令,（）几个功能指令,保持指令KEEP（11）它执行继电器保持操作，可保持为ON或OFF状态，直到它的两个输入端之一使它复位或置位。,图4-30 电机启动控制程序图,微分指令DIFU（13）和DIFD（14）,微分指令在执行条件满足后第一次扫描时才执行，且只执行一次；

38、若执行条件解除后再次满足，则再执行。DIFU是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。,图4-31 微分指令应用示例,定时器,定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种。定时器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据。,计数器,计数器包括单向递减型CNT和双向可逆型CNTR（12）两种，其操作数包括计数器编号和设定值两个数据。,图4-32 计数包装控制程序,五、应用实例,1.水箱液位控制,为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在控制的上限和下限设置检测传感器，用PLC控制注入水电磁阀。当液位低于下限时，下限检测开关断开，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，上限检测

39、开关闭合，切断电磁阀。PLC采用OMRON的CPM2A-60CDR。工艺要求如图4-33所示。,输入、输出点分配如下：上限检测开关 0.00；下限检测开关0.01；电磁阀 10.00,图4-33 水箱液位控制示意图,控制接线如图4-34所示，图4-35为液位控制梯形图。当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，0.00与0.01常闭触点闭合，使输出继电器10.00导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位，虽然0.01触点断开，但由于10.00触点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测开关闭合，0.00的常闭触点断开，输出继电器10.00断开，注水阀关闭。,图4-34 控制接线示意图,图4-

40、35 液位控制梯形图,2.变量越限报警控制,（1）基本控制环节,在实际中往往要求一旦变量超限，即使恢复到正常值，仍然进行声光报警，直到操作人员按下确定按钮后，报警才解除。,在的要求基础上，要求一旦报警，指示灯是闪亮的。,在的要求基础上，如果允许按下消音按钮（点动），则电笛断开，灯变成平光。,工艺要求过程变量越限后立即用指示灯和电笛报警，当工艺变量恢复到正常之后，报警自动解除。,报警梯形图,（2）闪光报警系统,图4-40 加热炉的安全联锁保护系统,三个联锁报警点 燃料流量下限 原料流量下限 火焰检测,要求用三个指示灯指示三个报警点。在整个系统中有三个工艺检测输入、一个复位按钮、一个实验按钮和一个消音按钮，输出有三个指示灯和一个电磁阀。,采用OMRON CPM2A-60CDR PLC控制，输入、输出点分配见下表。,表4-1 输入、输出点分配表,图4-41 系统接线示意图,3.自动包装机控制,图4-42 双秤包装机工作流程图,采用可编程序控制器来实现包装过程，可延长设备的寿命，提高包装的精度。,图4-43 自动包装机控制流程图,表4-2 自动包装机PLC的输入、输出点分配表,END,