1、14:501逻辑与可编程控制器逻辑与可编程控制器第第6周周 第第1次课次课 3学时学时14:502 学好这门课程的必要性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。14:50314:504
2、 掌握和了解的主要内容掌握和了解的主要内容 通过本课程的学习，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。14:505 学好这门课程的方法：多看多练学好这门课程的方法：多看多练 参考书籍及资料参考书籍及资料 成绩评定：平时成绩评定：平时0.3+考试考试0.714:506本次课主要内容：本次课主要内容：1.逻辑与可编程控制技术的概念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逻辑控制的特点和控制要素3.程序控制器的概念及分类程序控制器的概念及分类4.可编程控制器的由来及
3、发展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典型继电器逻辑控制电路14:507试验装置结构示意图试验装置结构示意图 放线过程模拟试验装置放线过程模拟试验装置 14:508控制要求一、系统构成一、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
4、；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%（与阻力有关）；系统数据采集密度不少于100次/秒。14:509 控制与检测装置结构图控制与检测装置结构图14:501014:5011ab罐选择开关拨码开关0000成分 A成分 BLTLTLTLTLT配料控制 LTc14:5012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
5、光二极管)S 1,S 2,S 3,S 4(确认按钮)LB1光电开关14:5013第一章第一章 绪论绪论第一节第一节逻辑与可编程控制的基本概念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一、逻辑与可编程控制技术的概念1.逻辑控制逻辑控制 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、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
6、制程序。14:5014二、逻辑控制方式和控制要素二、逻辑控制方式和控制要素1.逻辑控制的特点逻辑控制的特点 （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。14:5015二、逻辑控制方式和控制要素二、逻辑控制方式和控制要素1.逻辑控制的特点逻辑控制的特点 （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。14:5016二、逻辑控制方式和控制要素二、逻辑控制方式和控制要素2.控制要素控制
7、要素 动作的转换与执行动作的转换与执行: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。14:5017第二节第二节 逻辑与可编程控制器逻辑与可编程控制器一、程序控制器的概念一、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）。14:5018第二节第二节 逻辑与可编程控制器逻辑与可编程控制器二、程序控制器的分类二、程序控制器的分类按照组成的主要器件分类：按照组成的主要器件分类：（1）机电式（2）继电器式（3）存储式：PC（Progra
8、mmable Controller）或PLC （Programmable Logic Controller）按照存储控制程序方法分类：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PLC14:5019 第三节第三节 逻辑与可编程控制技术的发展逻辑与可编程控制技术的发展一、可编程控制器的由来一、可编程控制器的由来 继电接触控制与计算机控制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
9、控制装置就需要经常地重新设计和安装，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；14:50207.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，美国数字设备公司（DEC
10、）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。14:5021二、可编程控制器的发展二、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，大规模，超
11、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的性能要优于继电器控
12、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。14:50222.中期的中期的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，使各种逻辑线
13、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。14:502314:5024第四节第四节逻辑与可编程控制器的应用逻辑与可编程控制器的应用2.2.电力工业电力工业3.3.汽车工业汽车工业4.4.金属冶炼金属冶炼5.5.电子工业电子工业8.8.玻璃工业玻璃工业 11.1
14、1.电梯、立体车库电梯、立体车库9.9.粮食，食品机械粮食，食品机械 13.13.印刷、包装机械印刷、包装机械10.10.邮电邮电7.7.制冷工业制冷工业14.14.烟草加工机械烟草加工机械15.15.铁路、公路隧道铁路、公路隧道 1.1.水处理水处理16.16.港口、码头、机场港口、码头、机场 17.17.陶瓷、塑钢陶瓷、塑钢6.6.化工化工12.12.啤酒、发酵啤酒、发酵18.18.教育、娱乐教育、娱乐14:5025 名名 称称 传输介质传输介质最大速率最大速率传输距离传输距离Ethetnet以太网以太网同轴电缆或双绞线10Mbps500m/段SYSNET令牌环网令牌环网光 纤2Mbps节
15、点间800mHost Link上位机链接上位机链接RS-422/232C19.2Kbps500mSYSMAC Link 令牌总线网令牌总线网同轴电缆或光纤2Mbps节点间800mPC LinkPC链接链接双绞线128Kbps500mController Link 控制器链接控制器链接双绞线2Mbps1KmSYSBUS远程远程I/O系统系统双绞线或光纤187.5Kbps200mSYSBUS/2远程远程I/O系统系统双绞线或光纤1.5Mbps500mCompoBUS/D设备网设备网双绞线500Kbps500mCompoBUS/S器件网器件网双绞线750Kbps100mProfibus-DPModb
16、us双绞线双绞线12Mbps19.2Kbps14:502614:5027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，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。水处理水处理中央监控14:502814:5029应用实例应用实例芬兰岛屿城市芬兰岛屿城市坦培雷坦培雷给排水处理厂的全面自动化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
17、由芬兰欧姆龙电子公司芬兰欧姆龙电子公司总承包,采用连续控制与 模糊控制模糊控制相接合的控制方式。已建成总长度达1750公里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、跨越湖泊的污水管道以及67个泵站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。14:5030Controller Link 网网PLC2PLC1PLC3C200HE-CPU42NT631CPLC5PLC4触屏Controller Link 网网双以太网双以太网中继器录像设备摄像机摄
18、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PLC6PLC7锅炉房中央控制室长春西郊污水处理厂控制系统图长春西郊污水处理厂控制系统图CompoBus/D 网网鼓风机房进水井污泥脱水间二沉池加氯间3G3FV3G3FV3G3FV3G3FVOMRONOMRON14:5031PLC2-2PLC2-3PLC2-4工程工程师师站站Modem光环快速以太网光环快速以太网100M天津咸阳路污水处理厂自控系统方案天津咸阳路污水处理厂自控系统方案操作站操作站OS操作站操作站OSPLC3PLC1-1ModemPLC1-3PLC1-2PLC2-5ModemController Link(2M)R
19、S2公共电话网公共电话网Controller Link(2M)PLC2-15.7寸触摸屏10.4寸触摸屏多屏幕显示器多屏投影服务器Web服服务务器器初沉泵房2013第三分控站第三分控站回流泵房1065初沉泵房2012初沉泵房2011回流泵房1064回流泵房1063回流泵房1062回流泵房1061RS2PLC4CS1雨水泵房第四分控站第四分控站出水泵房RS2PLC1第一分控站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PLC2RS2第二分控站第二分控站鼓风机房加氯间中央控制室中央控制室PLC-M密云路泵站密云路泵站PLC-X咸阳路泵站咸阳路泵站污泥消化系统污泥干化系
20、统电站自动化系统RS214:5032中中 央央 控控 制制 室室监控管理计算机监控管理计算机1投影仪投影仪模拟屏模拟屏10M/100M光纤转换器数传电台MODEMMCP-MRS-232长沙一污自控系统图长沙一污自控系统图UPS:1250VACS1厂长室厂长室化验室化验室管理计算机管理计算机监控管理计算机监控管理计算机2中控室中控室现场现场PLC1PLC2PLC3HUB局域网局域网触摸屏数传电台MODEMRTU凤嘴泵站凤嘴泵站数传电台MODEMRTU陈家湖泵站陈家湖泵站Optical fibre Controller link14:503314:5034电力工业电力工业 欧姆龙的PLC遍布大型发
21、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.O哈尔滨第三电厂双机热备系统14:5035欧姆龙欧姆龙PLC第一次全面取代第一次全面取代DCS系统对系统对 2x35万千瓦大型发电万千瓦大型发电厂各个环节，包括主控和各个辅厂各个环节，包括主控和各个辅机进行全面控制的系统。机进行全面控制的系统。本系统作为电力部最后一个本系统作为电力部最后一个鉴定项目，给予达到国际鉴定项目，给予达到国际DCS系系统先进水平的评价，并建议推广统先进水平的评价，并建议推广14:5036福州华能电厂福州华能电厂14:5037华能电厂控
22、制系统构成图华能电厂控制系统构成图操作员站数据浏览端工程师站SCADADAPCDABSDEHOFWCDSEQCDRIVEEH CONVERTEREH CONVERTERMILL BURNER VALVEDRIVETTTYOTERUPS CMFCUP2 APSUPIController Link 网网Ethernet 网网商用以太网14:5038 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。汽车工业汽车工业涂装线焊装线14:5039车厢温
23、度控制系统车厢温度控制系统CPM2A、MAD和和TS扩展扩展机车车头清洗机采用机车车头清洗机采用 CPM1A驼峰自动化控制系统驼峰自动化控制系统 CS1与与CQM1H变电站电力控制系统变电站电力控制系统CVM1D目前由欧姆龙为其开发研制的专用控制器，其内部目前由欧姆龙为其开发研制的专用控制器，其内部采用采用CPM2A（40点）、点）、MAD扩展和扩展和TS扩展，外壳扩展，外壳采用采用CPM2AE模具。模具。铁路铁路14:5040二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高速公路隧道监控14:5041
24、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LC10-8LC2LC13LC3LC11LC12LC4LC6LC5LC10LC9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modemmodem高速公路隧道监控高速公路隧道监控14:5042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
25、厂、五厂，大通钢结构公司 PLC在冶金行业的应用非常广泛，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金属冶炼O14:5043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O电子工业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。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。14:5044具体应用：一冷开利 长沙远大 双良集团O制冷工业制冷工业 在制冷行业中，多家骨干
26、企业都不约而同地选择了欧姆龙的PC。不仅是单台溴化锂机组的控制，而且欧姆龙PC的还能用Controller 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14:5045远大中央空调远大中央空调14:5046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O建材工业建材工业洛玻生产线 河南洛阳玻璃集团公司是我国最早浮法玻璃的主要生产基地，在国内有相当的知名度，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14:5047具体应
27、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O粮食、食品机械粮食、食品机械上海大江饲料公司 欧姆龙的PLC在大江公司技术进步过程中自始至终共同发展，共同提高，从继电器控制到PLC控制，从引进设备到国产配套。至今为止，大规模使用欧姆龙的PLC创造了从不因为产品质量问题而更换的奇迹。14:5048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O邮电邮电 采用欧姆龙CV系列大型PLC作为主控单元，运用的集散控制的分拣、运转、包裹推挂系统是邮政枢纽的主要机械设备。再加上通过上位监控功能，给系统维护带来了极大便利。整套系统运行可靠，
28、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，具有良好的社会和经济效益。14:5049具体应用：西子奥的斯电梯厂,沈阳东芝电梯 西安斯达公司,苏州迅达 宏达电梯,浙江湖州巨人电梯 电梯行业不同于其它机械行业之处，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PC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。O电梯、立体车库电梯、立体车库西安斯达云燕立体车库西子电梯14:5050具体应用：七星集团 恒安集团 小松包装 O印刷、包装机械印刷、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
29、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体上一台阶提供了有力保障。14:5051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14:5052 于96年开始对从德国引进的AF2KDF2HCF80香烟过滤咀成型机组用OMRON C200HSPT进行改造，现已生产了20余台。分别用在：河南新郑卷烟厂，安阳卷烟厂，广东韶关卷烟厂，重庆卷烟厂，云南大理卷烟厂等。采用OMRON CV系列、C200H系列、CQM1系列及NT系列触摸屏用于
30、烟机设备。沈阳飞机制造工业集团有限公司:中科院沈阳自动化所:14:5053第二章第二章 继电器逻辑控制技术继电器逻辑控制技术第一节第一节 继电器逻辑控制电路继电器逻辑控制电路 一、继电器逻辑控制电路的概念一、继电器逻辑控制电路的概念继电器逻辑控制电路是根据外界输入的特定信号和某种要求，自动地接通和断开电路，断续地或连续地改变电路参数或运行状态，实现对电路或非电对象的切换、控制、调节和保护的一种自动控制电路。通常包含主令电器、检测器件、继电器、接触器等部分。两个基本组成部分：决策部分与执行部分。决策部分所体现的控制规则是以硬件的固定联结来实现的。14:505414:505514:505614:5
31、057控制按钮控制按钮二、继电器逻辑控制电路的主要组成部分二、继电器逻辑控制电路的主要组成部分1.逻辑输入部分逻辑输入部分（1）主令电器14:5058主令控制器主令控制器14:5059万能转换开关万能转换开关14:5060行程开关行程开关（2）检测器件）检测器件14:5061接近开关接近开关14:50622.逻辑记忆部分逻辑记忆部分过流电流继电器欠流电流继电器电压继电器（1）电磁继电器）电磁继电器14:5063（2）干簧继电器）干簧继电器（3）热继电器）热继电器14:5064（4）时间继电器）时间继电器空气阻尼时间继电器空气阻尼时间继电器14:5065（5）速度继电器）速度继电器14:5066
32、压力继电器压力继电器光电继电器光电继电器温度继电器温度继电器（6）其它继电器）其它继电器14:50673.执行部分执行部分交流接触器交流接触器直流接触器直流接触器14:5068继电器图形符号继电器图形符号14:5069接触器图形符号接触器图形符号14:5070三、基本继电器逻辑控制线路三、基本继电器逻辑控制线路1起动、停止、自锁电路起动、停止、自锁电路14:50712.行程控制行程控制14:50723.定时控制电路定时控制电路14:5073四、继电接触式控制系统的设计四、继电接触式控制系统的设计1.自动工作循环的分析自动工作循环的分析2.联锁条件及电气保护的确定联锁条件及电气保护的确定（1）联锁（2）禁止（3）互锁3.采用记忆单元采用记忆单元4.输入信号时间长短的处理输入信号时间长短的处理14:5074第三节第三节 典型逻辑控制电路典型逻辑控制电路一、联锁控制控制电路一、联锁控制控制电路（1）联锁控制电路）联锁控制电路（2）禁止控制电路）禁止控制电路14:5075（3）互锁控制电路）互锁控制电路14:5076二、变化参量控制电路二、变化参量控制电路14:5077二、程序控制电路二、程序控制电路14:5078
