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1、,第1章 可编程序控制器基础,参考学时：6,第 1 章 主 要 内 容,1.1 PLC 定义 1.2 PLC 发展历史 1.3 PLC 发展现状与趋势 1.4 PLC 主要特点 1.5 PLC 应用 1.6 PLC 工作原理,1.1 PLC 定义（1）,可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统。它采用了可编程的存储器，用于在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械或生产过程。,1.1 PLC 定义（2）,开关量（数字量、逻辑量）：量值是离散的，如 0、1,模拟量（连续量）：量值的大小随时
2、间连续变化的量,PC机：信息处理机，速度快、容量大,PLC：过程对象处理机，控制开关量和模拟量 实时性、稳定性、可靠性高,1.1 PLC 定义（3）,1.2 PLC 发展历史（1）,20世纪20年代起，控制系统主要是由继电器、接触器和定时器等器件靠导线连接构成的。其主要缺点是：设备体积大，动作速度慢，功能少，硬布线导致通用性和灵活性差。60年代末，为适应美国汽车制造业的激烈竞争，GM公司公开10点招标，制造新型控制系统。,1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程序控制器，当时，它只能控制开关量，因此，被称作“可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic
3、Controller)”。,随着微处理器的应用，现在，PLC的控制对象已扩展到模拟量。所以，1980年正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），但为区别于个人计算机PC，本课程延用PLC的简称。,1.2 PLC 发展历史（2）,从控制功能上看，PLC 经历了4个发展阶段：,1.崛起阶段（19691975），采用8位微处理器芯片CPU。,2.成熟阶段（19751979），拓展了模拟量控制功能。,3.通信阶段（19791985），拓展了网络通信功能。,4.加速阶段（1985 现在），管控网功能不断完善，及 CRT显示功能，开发DCS、SCADA、FMS、ESD系统
4、。,1.2 PLC 发展历史（3）,单片机（SCM）,工业计算机（IPC）,可编程序控制器（PLC）,集散控制系统（DCS）,现场总线控制系统（FCS）,典型工控机（系统）,1.2 PLC 发展历史（4）,1.3 PLC 发展现状与趋势（1）,美国PLC发展得最快：1984年有48家，生产150多种PLC1987年有63家，生产243种PLC1996年有70余家，生产近300种PLC著名厂家有A-B（AllenBradley）艾伦一布拉德利公司，MODICON莫迪康公司，GEFANUC公司，TI（Texas Instrument）德州仪器公司，WESTHOUSE Electric西屋电气公司，
5、IPM（International Parallel Machines）国际并行机器公司等,欧洲PLC的厂家有60余家：西门子（Siemens）于1973年研制出第一台PLC金钟默勒（Klockner Moeller Gmbh），AEG法国的TE(Telemecanique）（施耐德）瑞士的Selectron公司等,1.3 PLC 发展现状与趋势（2）,1971年，日本从美国引进PLC技术，由日立公司研制成功日本第一台PLC。日本生产PLC的厂家有40余家：三菱电机(MITSUBISHI)、欧姆龙(OMRON)、富士电机（Fuji Electric）、东芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO)、
6、松下电工（MEW）、和泉（IDEC）、夏普(SHARP）、安川等公司。,1.3 PLC 发展现状与趋势（3）,我国在20世纪70年代末和80年代初开始引进PLC。我国早期独立研制PLC的单位有：北京机械工业自动化研究所上海工业自动化仪表研究所大连组合机床研究所成都机床电器研究所中科院北京计算机所及自动化所长春一汽上海起重电器厂上海香岛机电公司上海自力电子设备厂以上单位都没有形成规模化生产,1.3 PLC 发展现状与趋势（4）,辽宁无线电二厂引进德国西门子技术生产PLC无锡电器和日本光洋合资生产PLC中美合资的厦门 A-B公司生产PLC上海香岛机电公司引进技术生产PLC上海OMRON公司西安Si
7、emens公司,1.3 PLC 发展现状与趋势（5）,（1）向高速度、大存储容量方向发展 CPU处理速度nS级，内存2MB（2）向多品种方向发展和提高可靠性（超大型和超小型）（3）产品更加规范化、标准化（硬件、软件兼容的PLC）（4）分散型、智能型、与现场总线兼容的I0（5）加强联网和通信的能力（6）控制的开放和模块化的体系结构OMAC（open Modular Architecture for Control）,1.3 PLC 发展现状与趋势（6）,1.4 PLC 主要特点（1）,1.编程简单易学，梯形图逻辑直观，修改简便。PLC系统：软布线编程方式 继电器控制系统：硬布线,2.控制系统构成
8、简单，通用性强。模块化结构,3.抗干扰能力强，可靠性高。PLC硬件：选件精良，电路设计独特，模块结构 PLC软件：预警系统WDT，自诊断系统,4.体积小，维护方便。,5.缩短设计、施工、投产调试周期。PLC系统：硬件安装与软件设计同步实施 继电器系统：先软件设计，后硬件安装,6.三级网络功能强大。设备层网络：DeviceNet 控制层网络：ControllerLink 信息层网络：工业 Ethernet,1.4 PLC 主要特点（2）,1.4 PLC 主要特点（3）,1.4 PLC 主要特点（4）,HUB,中央控制室,光纤适配器,CS1D,Controller Link 光纤冗余环网,Devi
9、ce Net,CS1,CS1,CS1S,信息层,控制层,设备层,Ethernet 100M光纤以太环网,模拟屏,NT,Profibus,PLC在工业自动化中起着举足轻重的作用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。经验表明，80以上的工业控制可以使用PLC来完成。在日本，凡8个以上中间继电器组成的控制系统都已采用PLC来取代。,1.5 PLC 的应用（1）,目前，PLC被广泛应用在开关量控制、顺序控制及模拟量回路控制中。,顺序控制实例 1：交通信号灯控制,顺序控制实例 2：霓虹灯控制,顺序控制实例 3：自动门开关控制,G:/MVI_0012.AV
10、I4：密码门控制,1.5 PLC 的应用（2）,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,1.5 PLC 的应用（3）,自来水：广东东莞水厂，广东南海水厂,江苏连云港自来水厂,江苏 昆山水厂,南通狼山水厂,江苏武进水厂,江苏金坛水厂污 水：济南污水处理厂,太原杨家堡污水厂,武汉排江工程,上海通用 汽车公司污水处理厂,莲花味精厂污水处理,水
11、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，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。,江苏淮阴水厂,水处理,OMRON,中央监控,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2
12、5公里以外的两个污水处理厂Rahola和Viinikalahti。覆盖郊区、跨越湖泊的污水管道以及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。,OMRON,OMRON,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,Co
13、mpoBus/D 网,鼓风机房,进水井,污泥脱水间,二沉池,加氯间,3G3FV,3G3FV,OMRON,OMRON,OMRON,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
14、2011,回流泵房1064,回流泵房1063,回流泵房1062,回流泵房1061,PLC4,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,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,P
15、LC1,PLC2,PLC3,HUB,局域网,触摸屏,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,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.,OMRON,哈尔滨第三电厂,双机热备系统,具体应用：哈尔滨第三电厂600MW机组 马湾电厂2300MW机组 柳林电厂2100MW机组 滦河电厂100MW机组 营口电厂2300MW机组 巴基斯坦木扎法戈300MW机组 广州恒运热电厂21
16、0MW机组 上海闸北电厂100MW机组 石横电厂 大连、德州、福州华能电厂 秦山核电站 秦皇岛热电厂 邯郸热电厂 新加坡电厂 宁夏大坝电厂 南京下关电厂 通州电厂 伊朗VAFRAGHAN.ASYABAK 河南焦作电厂 铁岭电厂 南京扬子石化电厂,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。,福州华能电厂,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 CO
17、NVERTER,EH CONVERTER,MILL BURNER VALVE,DRIVE,T,YOTER,UPS CMFC,UP2 APS,UPI,Controller Link,网,Ethernet,网,商用以太网,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、热处理炉控制、发动机生产线等方面。,具体应用：五十铃汽车在中国的合资公司 长春一汽 柳州微型汽车厂 双喜轮胎公司 奇瑞汽车生产线,OMRON,汽车工业,涂装线,焊装线,四方机车车辆厂车厢温度控制系统,原采用OMR
18、ON的温度控制仪,目前采用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,铁道部第三勘测设计院机电一体化研究所,机车车头清洗机采用 CPM1A,目前山东青岛、湖南长沙正在运行中,铁路,铁道部科学研究院通信信号研究所,驼峰自动化控制系统原采用欧姆龙的C200HG，而目 前改用CS1与CQM1H等新机种,该系统获得1990年国家科技进步一等奖,改用新机型后，系统的适应性、稳定可靠性进一步提高，目前在德州、原平、介休、迎水桥、石嘴山等站开通使用,铁路,济南铁路局下属兖州变电站电力控制系统,采用CVM1D双机冗余系统监测铁路电力
19、信号,分别应用于济兖段和泗水段的电力控制系统,两套系统于1999年和2000年正式投入运行，且至今仍正常工作,铁路,成都铁二院下属海泰电气工程公司,现改为采用CS1机型，通过光纤Controller Link 环网实现整套系统的通信和冗余功能,铁路沿线供电系统的配电柜原采用C200HG 和NT形成单机系统,铁路,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,说明：,本地控制器之间网络的逻辑拓扑结构为Controller 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
20、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,具体应用：重庆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，
21、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,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,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。PLC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。,具体应用：一冷开利 长沙远大 双良集团,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PLC。它不仅能实现单台溴化锂机组的控制，而且还能用Con
22、troller 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,远大中央空调,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,建材工业,洛玻生产线,河南洛阳玻璃集团公司是我国浮法玻璃最早的主要生产基地，在国内有相当大的知名度，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,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,粮食、食品机械,上海大江饲料公司,无论从继电器控制到PLC控制，还
23、是从引进设备到国产配套，在大江公司技术进步过程中欧姆龙的PLC自始至终与其共同发展、共同提高。至今为止，被大规模使用的欧姆龙PLC创造了从不因为产品质量问题而更换的奇迹。,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,邮 电,邮政枢纽的主要机械设备采用欧姆龙CV系列大型PLC作为主控单元，运用了集散控制的分拣、运转、包裹推挂系统。此外，增加的上位监控功能，也给系统维护带来了极大便利。整套系统运行可靠，使故障率大大降低，极大的提高了生产效率，保证了邮件的畅通无阻，带来了良好的社会和经济效益。,具体应用：西子奥的斯电梯厂,沈阳东芝电梯 西安斯达公司,
24、苏州迅达 宏达电梯,浙江湖州巨人电梯,电梯行业不同于其他机械行业之处，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PLC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。,电梯、立体车库,西安斯达云燕立体车库,西子电梯,具体应用：七星集团 恒安集团 小松包装,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
25、体上一台阶提供了有力保障。,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,可编程序控制器的结构 可编程序控制器的工作原理,1.6 PLC 的工作原理,1.6.1 PLC 结构,CP1H PLC 采用整体式结构，由CPU、系统存储器、用户程序存储器、I/O单元和编程器等组成。,1.6.2 PLC 工作原理,PLC的工作原理 PLC的工作方式及流程 PLC的扫描周期 PLC的中断,1.PLC 工作原理,PLC作为一种执行逻辑功能的工业控制装
26、置，由CPU完成逻辑运算功能，存储器则保持逻辑功能，其工作原理参见以下等效电路图。,PLC 工作原理图,采用对整个程序循环、串行、扫描的工作方式。避 免了继电器控制系统中可能出现的触点竞争和时序 失配的问题,建立在计算机工作原理基础上，借助了微处理器 的强大功能,控制任务的完成是建立在可编程控制器硬件的支持 下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现,2.PLC 工作方式与流程,CPU 工作流程图,3.PLC 扫描周期,扫描周期是指执行一次流程图中15项内容的时间，它是PLC选型参考的重要指标之一。影响扫描周期的因素包括：系统配置 I/O点数 编程指令 有无外设,4.PLC 中断,在循环扫描过程
27、中，有时会遇到必须对某个信息进行立即处理的情况，以加快响应速度，因此需引入中断功能，在循环扫描的各个阶段都可以响应中断信号。中断包括：外部信号中断、定时中断、I/O中断、快速响应输入。,本 章 重 点 小 结（1）,1.PLC 的定义、控制功能及对象。,2.与继电器相比，PLC 的4个突出特点。,3.PLC发展历史中的4个典型阶段。,4.PLC与单片机、DCS、FCS的关系，以及未来发展趋势。,5.PLC 的总线型结构及其各部分的功能。,6.PLC 的“软布线”工作原理。,7.PLC的串行、循环、扫描的工作方式及流程。,8.扫描周期的定义及影响因素。,9.中断的定义及分类。,本 章 重 点 小
28、 结（2）,作 业 题（1）,1.PLC的定义及主要功能。,2.说明与继电器相比而言PLC的突出特点。,3.PLC的典型发展阶段及未来趋势。,4.举例说明PLC的应用领域。,5.PLC的编程工具有哪些？,6.PLC的结构及各部分的作用。,7.什么是扫描周期，影响其因素有哪些？,9.简述PLC的工作方式及工作流程。,10.简述PLC的CPU组成部分及其工作原理。,8.什么是中断，类型有哪些？,作 业 题（2）,思 考 题,1.PLC与DCS的关系，它能否取代DCS？,2.PLC与现场总线的关系，现场总线控制系统能否取代PLC?,4.扫描周期与 I/O 响应时间的关系如何，二者能否计算出准确结果？,3.利用PLC改造继电器控制系统时，外接输入信号应注意什么问题？,
