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1、第一章 可編程邏輯控制器,1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和定義 1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢 1.3 可編程序控制器的特點 1.4 可編程序控制器的分類 1.5 可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 1.6 西門子 PLC簡介,可編程邏輯控制器概述,可編程控制器簡稱 PLC。PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能,建立柔性的程控系統(tǒng)。 可編程控制器具有能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點,是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。,1.1 可
2、編程序控制器的產(chǎn)生和定義,1.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生,在可編程序控制器問世以前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點:體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高,尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差,一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化,就必須重新設(shè)計,并改變硬件結(jié)構(gòu),造成了時間和資金的嚴重浪費。,1.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生,美國通用汽車公司(GM 公司)1968年提出了研制新型控制裝置的十項指標,其主要內(nèi)容如下: 1、編程簡單,可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序; 2、價格便宜,性價比高于繼電器控制系統(tǒng); 3、可靠性高于繼電器控制系統(tǒng); 4、體積小于有繼電
3、器控制柜的體積,能耗少; 5、能與計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信; 6、輸入量是交流115V電壓信號(美國電網(wǎng)電壓是 110V); 7、輸出量是交流115V電壓信號、輸出電流在2A以上,能直接驅(qū)動電磁閥等; 8、具有靈活的擴展能力;,1.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生,9、硬件維護方便,采用插入式模塊結(jié)構(gòu); 10、用戶存儲器容量至少在4KB以上(根據(jù)當(dāng)時的汽 車裝配過程的要求提出)。,從上述10項指標可以看出,它實際上就是當(dāng)今可編程序控制器最基本的功能,具備了可編程序控制器的特點。1969年,美國數(shù)字設(shè)備公司(DEG)根據(jù)上述要求研制出第一臺可編程序控制器,型號為PDP-14,并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上使用
4、成功,于是第一臺可編程序控制器誕生了。,1.1.2 可編程序控制器的定義,由于PLC在不斷發(fā)展,因此,對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查工作,于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller),但為了與個人計算機 PC(Personal Computer)相區(qū)別,常將可編程序控制器簡稱為PLC,并給PLC作了定義:可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口,以位運算為主,能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能,用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動化控制裝置。,1.1.2 可編程序控制器的定義,1
5、982年,國際電工委員會(International Electrical Committee,IEC)頒布了PLC標準草案第一稿,1985年提交了第2稿,并在1987年的第3稿中對PLC作了如下的定義:“PLC 是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程??删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計?!?1.1.2 可編程序控制器的定義,上述的定義表明,PLC是一種
6、能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置,是以微處理器為基礎(chǔ),結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù),用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.1 可編程序控制器的發(fā)展過程,第一階段:初級階段(1969至70年代中期) 主要是邏輯運算、定時和計數(shù)功能,沒有形成系列。與繼電器控制相比,可靠性有一定提高。CPU由中小規(guī)模集成電路組成,存儲器為磁芯存儲器。 第二階段:擴展階段(70年代中期至末期) PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴展,包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運算、模擬量的運算等功能。增加了數(shù)
7、字運算功能,能完成模擬量的控制。開始具備自診斷功能,存儲器采用EPROM。,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.1 可編程序控制器的發(fā)展過程,第三階段:通信階段(70年代中末期至80年代中期) PLC隨著計算機通信的發(fā)展,形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。PLC就已經(jīng)從汽車行業(yè)迅速擴展到其它行業(yè),作為繼電器的替代品進入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個行業(yè)。,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.1 可編程序控制器的發(fā)展過程,第三階段代表產(chǎn)品有西門子公司的SIMATIC S5系列(見圖1.1),富士的MICRO等,這類PLC部分仍在使用。,圖1.1 SIMATIC S5
8、 PLC,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.1 可編程序控制器的發(fā)展過程,第四階段:開放階段(80年代中期至今) 通信系統(tǒng)開放,使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信,通信協(xié)議開始標準化,使用戶得益。PLC開始采用標準化軟件系統(tǒng),并完成了編程語言標準化工作。,圖1.2 S7-200系列、AB-SLC500系列PLC,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢,隨著PLC技術(shù)的推廣應(yīng)用,PLC將向兩個方面發(fā)展:一方面向著大型化的方向發(fā)展,另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。PLC向大型化方向發(fā)展,主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,使之能與計
9、算機組成集成控制系統(tǒng),對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合的自動控制。,1.2 可編程序控制器的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,1.2.2 PLC的發(fā)展趨勢,PLC向小型化方向發(fā)展,主要表現(xiàn)在下列幾個方面:為了減小體積、降低成本,向高性能的整體型發(fā)展;在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上,產(chǎn)品的體積越來越小,功能越來越強;應(yīng)用的專業(yè)性,使得控制質(zhì)量大大提高。 另外,PLC在軟件方面也將有較大的發(fā)展。 總之,PLC 總的發(fā)展趨勢是:高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強。,1、可靠性高 2、控制功能強 3、用戶使用方便 4、編程方便、簡單 5、設(shè)計、安裝、調(diào)試周期短 6、易于實現(xiàn)機電一體化,1.3 可編
10、程序控制器的主要特點,PLC 能如此迅速發(fā)展的原因,除了工業(yè)自動化的客觀需要外,還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其主要特點如下:,1.4 可編程序控制器的分類,超小型機:I/O點數(shù)為64點以內(nèi),內(nèi)存容量為2561000字節(jié); 小型機I/O 點數(shù)為64256,內(nèi)存容量為13.6K字節(jié); 中型機I/O點數(shù)一般不大于2048點,內(nèi)存容量為 3.613K 字節(jié) ; 大型機I/O點數(shù)一般大于2048點,內(nèi)存容量為13K字節(jié)以上。,1、按控制規(guī)模分類,1.4 可編程序控制器的分類,整體式結(jié)構(gòu) 組合式結(jié)構(gòu) 疊裝式,2、按機構(gòu)形式分類,1.4 可編
11、程序控制器的分類,低檔PLC 中檔PLC 高檔PLC,3、按控制性能分類,1.4 可編程序控制器的分類,日本立石(OMRON)公司的C系列可編程序控制器; 日本三菱(MITSUBISHI)公司的 F、F1、F2、FX2 系列可編程序控制器; 日本松下(PANASONIC)電工公司的FP1系列可編程序控制器; 美國通用電氣(GE)公司的 GE 系列可編程序控制器; 美國艾論布拉德利(A-B)公司的 PLC-5 系列可編程序控制器; 德國西門子(SIEMENS)公司的 S5、S7 系列可編程序控制器。,4、按生產(chǎn)廠家分類,1.5可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域,1、順序、邏輯控制 2、過程控制 3、運動控
12、制 4、數(shù)據(jù)處理 5、通信聯(lián)網(wǎng),1.6西門子 PLC簡介,西門子公司的PLC產(chǎn)品有SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC產(chǎn)品,其中的S7-200系列屬于整體式小型PLC,用于代替繼電器的簡單場合,也可以用于復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)。 S7-300系列是模塊化的中小型PLC,最多可以擴展32個模塊,適用于中等性能的控制要求。S7-400是具有中高性能的PLC,采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計,可以擴展200多個模塊,適用于對可靠性要求極高的大型復(fù)雜控制性能。S7-300/400可以組成MPI(多點接口)、PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)等。,1.6西門子 PLC簡介,SIMATIC
13、 M7-300/400PLC采用與S7-300/400相同的結(jié)構(gòu),它可以作為CPU或功能模塊使用。其顯著特點是具有AT兼容計算機的功能,使用S7-300/400的編程軟件STEP7和可選的M7軟包,可以用C、C+或CFC(Continuous Function Chart,連續(xù)功能圖)這類高級語言來對M7-300/400PLC編程。M7適合于需要處理的數(shù)據(jù)量大,對數(shù)據(jù)管理、顯示和實時性有較高要求的系統(tǒng)使用。,1.6西門子 PLC簡介,SIMATIC C7由S7-300PLC、HMI(人機接口)操作面板、I/O、通信和過程監(jiān)控系統(tǒng)組成,整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,面向用戶的配置、數(shù)據(jù)管理與通信集成在一起,具有很高的性能價格比。由于高度集成,節(jié)約了30%的安裝空間,可以和諧地集成到SIMATIC控制產(chǎn)品家族中,保證正確的數(shù)據(jù)交換。,思考與練習(xí)題,1. 簡述可編程序控制器的定義。 2. 可編程序控制器有哪些主要特點? 3. 可編程序控制器有哪些分類方法? 4. 可編程序控制器發(fā)展方向如何?,