1、化学工业出版社化学工业出版社 化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第十六章第十六章 可编程控制器可编程控制器 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 可编程控制器概述可编程控制器概述 可编程控制器可编程控制器(PLC)(PLC)的发展过程的发展过程 可编程控制器的功能与特点可编程控制器的功能与特点 可编程控制器的基本构成及工作原理可编程控制器的基本构成及工作原理 可编程控制器的基本组成可编程控制器的基本组成 可编程控制器的软件系统可编程控制器的软件系统 可编程控制器的分类可编程控制器的分类 1 化学工业出版社化学工业出版社 内容提要内容提要 OMRON C 系列系列 PLC 简介简介 O
2、MRON PLCOMRON PLC指令指令 应用实例应用实例 水箱液位控制水箱液位控制 变量越限机警控制变量越限机警控制 自动包装机控制自动包装机控制 2 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置, 由于其良好的性能价格比和稳定的工作状态以及简便的操 作性。 可编程控制器是一种数字运算操作系统,专为工业环境应 用而设计,有较强的抗干扰能力。 可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为 DCS控 制系统的一部分。 3 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 一
3、、可编程控制器一、可编程控制器 (PLC)的发展过程的发展过程 1969年美国研制出了第一台可编程序控制器。 从1971年开始,各国相继开发了适于本国的PLC,并推广 使用。 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。 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。 4 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 二、可编程控制器的功能与特点二、可编程控制器的功能与特点 1 1. .可编程控制器的功能可编程控制器的功能 PLC可以进行各种复杂的开关量逻辑控制，且配置 了计数器、
4、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能， 同时可以完成各种类型的计数要求。 PLC具有了A/D、D/A转换的功能,丰富了控制手段和 控制范围。 PLC有了较强的通信功能,可以组成PLC控制的计算 机网络。 5 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 2 2. .可编程控制器的特点可编程控制器的特点 控制程序可编程控制程序可编程 编程方便编程方便 扩展灵活扩展灵活 可靠性高可靠性高 6 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 比较项目 继电接触控制 PLC控制 功能 使用许多继电器才能进 行复杂的控制 无论控制多
5、复杂,均用程序编制 完成 控制内容变更 需改变继电器和配线 只要改变程序即可自由完成 控制速度 依靠触点机械动作实现, 工作频率低 靠微处理器实现控制,速度极快 计数控制 一般无此功能 具有计数功能 安装施工 连线复杂,施工繁琐 安装容易,施工简便 可靠性 触点多、连线多、体积 大、寿命短、可靠性差 采用集成元件,体积小、寿命长、 可靠性高 可扩展性 扩展困难 在I/O点允许情况下可自由扩充 维护 需定期检验,查找故障困 难,维护工作量大 具有自诊断功能,查找故障迅速, 维护方便 表16-1 PLC控制与继电接触控制比较 7 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程
6、序控制器概述 集散控制系统侧重回路连续调节功能,在模拟量处 理、反馈控制等方面具有明显优势； 可编程控制器侧重开关量顺序控制功能,在数字处 理、顺序控制方面具有一定优势。 可编程控制器与集散控制系统比较 发展初期 8 化学工业出版社化学工业出版社 第一节第一节 可编程序控制器概述可编程序控制器概述 网络功能方面 DCS从一开始就十分重视网络通信,PLC也在不断增强 网络通信功能。 顺序控制功能方面 PLC优势强 模拟量处理功能方面 DCS系统较完善 9 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 一、可编程序控制器的基本组成
7、一、可编程序控制器的基本组成 10 图16-1 PLC的基本组成框图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 11 1 1. .中央处理器中央处理器 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 作用 （2）存储区分配 图16-2 简化的存储映像 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序
8、控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 12 3 3. .输入输出模块输入输出模块 I/O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、 模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 4 4. .编程器编程器 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
9、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。 13 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 14 工作方式工作方式 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 分类分类 便携式编程器和
10、通用计算机。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 二、可编程序控制器的软件系统二、可编程序控制器的软件系统 15 ( (1 1) )梯形图语言梯形图语言 目前常用的编程 语言有： 梯形图语言 助记符语言 功能表图 某些高级语言 1 1. .可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接 触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是 使用符号和表达方式有所区别。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原
11、理 16 举例举例 例16-1 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16-3（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16-3 梯形图程序 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 17 ( (2 2) )助记符语言助记符语言 又称为命令语句表达式语言，常用一些助记符来表示 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16-3（b）为梯
12、形图对应的用助记符表示的指令表。 不同厂家生产的不同厂家生产的PLCPLC所使用的助记符各不相同所使用的助记符各不相同，因因 此同一梯形图写成的助记符语句不相同此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形用户在梯形 图转换为助记符时图转换为助记符时，必须先弄清必须先弄清PLCPLC的型号及内部各器的型号及内部各器 件编号件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法使用范围和每一条助记符的使用方法。 注意！注意！ 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 2 2. .可编程控制器的工作过程可编程控制器的工作过程 读入现 场信号
13、 自诊断 与编程器、计 算机等通信 执行用 户程序 输出 结果 图16-4 PLC工作过程框图 PLCPLC对用户程序的执行分三个阶段：对用户程序的执行分三个阶段： 输入扫描输入扫描 程序执行程序执行 输出刷新输出刷新 18 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 19 1.按容量分 （1 1）小型小型PLCPLC I/O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 2）中中型型PLCPLC 其I/O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
14、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A/D、D/A转换、联网通信、远程I/O 等功能，可用于比较复杂过程的控制。 三三、可编程控制器的分类可编程控制器的分类 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 20 （3 3）大大型型PLCPLC 其I/O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
15、用梯形图、功能表图及高级语言等多种 方式。 化学工业出版社化学工业出版社 第二节第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 21 . .按硬件结构分按硬件结构分 （1 1）整体式整体式PLCPLC 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构紧凑、体积小、价格低。 图16-5 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图 化学工业出版社化学工业出版社 第二节
16、第二节 可编程序控制器的基本构成及工作原理可编程序控制器的基本构成及工作原理 22 （2）模块式模块式PLC 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： 图16-6 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，硬件配臵灵活，更换模块方便。 （3）叠装式叠装式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
17、配臵也相当灵活。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 一一、简介 23 OMRON C 系列系列PLC有微型有微型、小型小型、中型和大型四大中型和大型四大 类十几种型号类十几种型号。 微型PLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，I/O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I/O，是紧凑型整体结构。 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 中型PLC有C500和C1000H两种，I/0容量分别为512
18、点和 1024点。 大型PLC有C2000H，I/O点数可达2048点，同时多处理器 和双冗余结构使得C2000H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。 24 化学工业出版社化学工业出版社 图16-7 SYSMAC C28H外形示意图 图16-9 C200H 外观示意图 25 图16-8 CPM1A C * * P外观图 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 二二、 OMRONOMRON PLCPLC 指令指令 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
19、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臵决定其编号。 26 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 按功能分类按功能分类 基本指令 特殊功能指令 构成构成 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。 27 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列
20、系列 PLCPLC 图16-10 OMRON PLC的基本指令应用示例 (1) LD和LD NOT指令 (2) OUT和OUT NOT指令 (3) AND和AND NOT指令 (4) OR和OR NOT指令 (5) AND LD指令 (6) OR LD指令 (7) END指令 28 1 1. .OMRONOMRON PLCPLC的基本指令的基本指令 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 29 . .几个功能指令几个功能指令 （1 1）保持指令保持指令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
21、端之一使它复位或置位。 图16-11 电机启动、停止控制 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 30 （2）微分指令）微分指令DIFU（13）和）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；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16-12 微分指令应用示例 化学工业出版社化学工业出版社 第三节第三节 OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC 31 （3） 定时器定时器 定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种。定
22、时器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据。 （4）计数器）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16-13 计数包装控制程序 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 一、水箱液位控制一、水箱液位控制 32 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平； 电磁阀 10.00 图16-14 水箱液位控制示意图 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臵检测传感 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
23、开始注水；当注水达到 上限位臵时，上限检测开关闭合，切断 电磁阀。 PLC采用OMRON的CPM2A-60CDR。 工艺要求如图16-14所示。 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 33 控制接线如图16-15所示，图16-16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。 化学工业出版社化学工
24、业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 图16-15 控制接线示意图 图16-16 液位控制梯形图 34 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 35 二二、变量越限报警控制变量越限报警控制 1 1. .基本控制环节基本控制环节 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。 化学工业出版社化学工业
25、出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 报警梯形图 36 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 37 2 2. .闪光报警系统闪光报警系统 图16-21 加热炉的安全联锁保护系统 三个联锁报警点三个联锁报警点 燃料流量下限燃料流量下限 原料流量下限原料流量下限 火焰检测火焰检测 要求用三个指示灯指示三个报警点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在整个系统中有三个工艺检测输入、 一个复位按钮一个复位按钮、一个实验按钮和一个一个实验按钮和一个 消音按钮消音按钮，输出有三个指示灯和一个输出有三个指示灯和一个 电磁阀电磁阀。 化学工业出版社化学工业出
26、版社 第四节第四节 应用实例应用实例 38 采用采用OMRON CPM2A-60CDR PLC控制控制，输入输入、输出点分输出点分 配见下表配见下表 输入 输出 燃料流量下限检测FL1 00001 燃料流量下限报警指示灯L1 01001 原料流量下限检测FL2 00002 原料流量下限报警指示灯L2 01002 火焰检测BS 00003 火焰熄灭报警指示灯L3 01003 消音按钮AN1 00000 电磁阀V 01000 复位按钮AN2 00004 蜂鸣器D 01004 实验按钮AN3 00005 表16-2 输入、输出点分配表 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 3
27、9 图16-22 系统接线示意图 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 40 三三、自动包装机控制自动包装机控制 图16-23 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采用可编程序控制器来实现包装过程，可延长设备的可延长设备的 寿命寿命，提高包装的精度提高包装的精度。 图16-23 自动包装机控制流程图 化学工业出版社化学工业出版社 第四节第四节 应用实例应用实例 41 输入 输出 输入端子 对应元件 输出端子 对应元件 00000 A料斗光电开关1 01000 A秤振荡器 00001 A料斗光电开关2 01001 B秤振荡器 00002 B料斗光电开关1 01002 A秤电磁阀 00003 B料斗光电开关2 01003 B秤电磁阀 00004 夹袋按钮 01004 A秤挡板电磁阀 00005 计数器复位按钮 01005 B秤挡板电磁阀 00005 A秤故障开关 01006 夹袋电磁阀 00006 B秤故障开关 01007 外部计数器 表16-13 自动包装机PLC的输入、输出点分配表 化学工业出版社化学工业出版社
