逻辑与可编程控制系统.ppt
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1、13:59,1,逻辑与可编程控制器 第6周 第1次课 3学时,13:59,2,学好这门课程的必要性,可编程序控制器,简称PLC,是以微处理器为基础,综合了计算机技术、电器控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强等一系列优点,在工业生产过程自动控制领域得到广泛的应用。无论是国外引进的自动化生产线,还是自行设计的自动控制系统,都广泛采用单台或多台可编程序控制器组成。所以,掌握PLC技术,是改造传统生产工艺和设备的重要途径。,13:59,3,13:59,4,掌握和了解的主要内容,通过本课程
2、的学习,系统掌握可编程序控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧,掌握一种基本机型(S7-200),掌握PLC控制技术的基本原理和应用,为今后的工作打下基础。,13:59,5,学好这门课程的方法:多看多练 参考书籍及资料 成绩评定:平时0.3+考试0.7,13:59,6,本次课主要内容: 1. 逻辑与可编程控制技术的概念 2. 逻辑控制的特点和控制要素 3. 程序控制器的概念及分类 4. 可编程控制器的由来及发展 5. 逻辑与可编程控制器典型应用 6. 继电器逻辑控制电路的主要组成部分 7. 典型继电器逻辑控制电路,13:59,7,试验装置结构示意图,放线过程模拟试验装置,13:5
3、9,8,控制要求,一、系统构成 1. 伺服驱动及控制系统一套; 2. 工控机控制系统一套; 3. 高速图像采集系统一套; 4. 测试及控制软件一套。 二、系统功能 对拉力进行设定和控制; 对拉力和速度进行采集; 对空压机压力进行采集; 用高速摄像机对试验过程进行监视; 对伺服系统进行参数设置; 试验过程完整回放; 试验数据管理; 试验数据分析; 试验数据报表的生成。 三、系统指标 系统闭环调节周期不大于72MS(与阻力有关); 系统加速时间和减速时间不大于500毫秒(与阻力有关); 施加拉力范围为30-300KG(与阻力有关); 拉力静态精度(1-3) KG; 拉力动态控制误差小于20%(与阻
4、力有关); 系统数据采集密度不少于100次/秒。,13:59,9,控制与检测装置结构图,13:59,10,13:59,11,a,b,成分 A,成分 B,配料控制,c,13:59,12,传送带控制,INI 1 到 INI 3 (接近开关),M 1 (电机),H 1, H 2, H 3, H 4 (发光二极管),S 1, S 2, S 3, S 4 (确认按钮),LB1 光电开关,13:59,13,第一章 绪论,第一节 逻辑与可编程控制的基本概念 一、逻辑与可编程控制技术的概念 1. 逻辑控制 是指在对生产过程运行状态检测的基础上,依据预先编制好的操作规则,对输入状态进行逻辑运算、或计数、或定时、
5、或对某些变化参量进行判断等,然后根据这些结果作出控制决策,控制执行机构协调动作,完成以开关量控制为主的生产过程的自动控制。 2. 可编程控制 其操作规则,即控制程序,是用软件技术的方式存储在可编程控制器的存储器中,用户可以依据需要方便地改写控制程序。,13:59,14,二、逻辑控制方式和控制要素 1. 逻辑控制的特点 (1)顺序控制,即以前一步动作的完成作为信号,从而起动后一步动作的程序控制方式。,13:59,15,二、逻辑控制方式和控制要素 1. 逻辑控制的特点,(2)条件控制,以某一个或某几个动作所产生的综合结果作为信号来启动下一步动作(而无论前面的一个或几个动作是在执行延续过程中还是已经
6、执行结束)的程序控制方式。,(3)时序控制,即以时间为基准来决定每一步动作的运行或停止的程序控制方式。,13:59,16,二、逻辑控制方式和控制要素,2. 控制要素,动作的转换与执行: 前者解决的是如何由前一步转换至后一步的问题,后者解决的是在每一步中干什么的问题。,13:59,17,第二节 逻辑与可编程控制器,一、程序控制器的概念 采用继电器、接触器、半导体逻辑元件,甚至加上微处理器等器件组成的,能完成逻辑控制(即程序控制)任务的装置我们称为程序控制器(Program Controller)。,13:59,18,第二节 逻辑与可编程控制器,二、程序控制器的分类 按照组成的主要器件分类: (1
7、)机电式 (2)继电器式 (3)存储式:PC(Programmable Controller)或PLC ( Programmable Logic Controller ) 按照存储控制程序方法分类: (1)继电器及半导体逻辑元件式 (2)矩阵式 (3)可编程式:PC或PLC,13:59,19,第三节 逻辑与可编程控制技术的发展 一、可编程控制器的由来 继电接触控制与计算机控制 在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展,汽车型号更新的周期愈来愈短,这样,继电器控制装置就需要经常地重新设计
8、和安装,十分费时,费工,费料,甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状,美国通用汽车公司在1969年公开招标,要求用新的控制装置取代继电器控制装置,并提出了十项招标指标,即: 1. 编程方便,现场可修改程序; 2. 维修方便,采用模块化结构; 3. 可靠性高于继电器控制装置; 4. 体积小于继电器控制装置; 5. 数据可直接送入管理计算机; 6. 成本可与继电器控制装置竞争;,13:59,20,7. 输入可以是交流115V; 8. 输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等; 9. 在扩展时,原系统只要很小变更; 10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K 。 1969年,美国
9、数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂,操作方便,可靠性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年,已经成功地应用于食品,饮料,冶金,造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现,也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台PLC。1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。,13:59,21,二、可编程控制器的发展 虽然PLC问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规
10、模,超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段: 1. 早期的PLC(60年代末70年代中期)早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制,定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此,早期的PLC的性能要优于继电
11、器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。,13:59,22,2. 中期的PLC(70年代中期80年代中,后期)在70年代,微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样,使PLC得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种
12、逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。 3. 近期的PLC(80年代中、后期至今)进入80年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。,13:59,23,13:59,24,第四节 逻辑与可编程控制器的应用,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
13、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,13:59,25,OMRON 工厂自动化网,名 称,传输介质,最大速率,传输距离,Ethetnet,以太网,同轴电缆或双绞线,10Mbps,500m/段,SYSNET,令牌环网,光 纤,2Mbps,节点间800m,Host Link,上位机链接,RS-422/232C,19.2Kbps,500m,SYSMAC Link,令牌总线网,同轴电缆或光纤,2Mbps,节点间800m,PC Link,PC链接,双绞线,128Kbps,500m,C
14、ontroller Link,控制器链接,双绞线,2Mbps,1Km,SYSBUS,远程I/O系统,双绞线或光纤,187.5Kbps,200m,SYSBUS/2,远程I/O系统,双绞线或光纤,1.5Mbps,500m,CompoBUS/D,设备网,双绞线,500Kbps,500m,CompoBUS/S,器件网,双绞线,750Kbps,100m,Profibus-DP,Modbus,双绞线,双绞线,12Mbps,19.2Kbps,13:59,26,13:59,27,自来水厂. 污水处理厂,水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,
15、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。,水处理,中央监控,13:59,28,13:59,29,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25公里以外的两个污水处理厂Rahola和Viinikalahti。覆盖郊区、跨越湖泊的
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