化工儀表及自動化第16章

1、化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 化工儀表及自動化化工儀表及自動化第十六章第十六章 可編程控制器可編程控制器 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 可編程控制器概述可編程控制器概述n可編程控制器可編程控制器(PLC)(PLC)的基本組成的基本組成n可編程控制器可編程控制器的編程語言的編程語言n可編程控制器可編程控制器的分類的分類1化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n OMRON C 系列系列 PLCn簡介簡介nOMRON PLCOMRON PLC指令指令n SIEMENS S7-200nS7-200S7-200系列的基本構(gòu)成系列的基本構(gòu)成nS7-200S7-200指

2、令應(yīng)用指令應(yīng)用n編程軟件編程軟件STEP7-Micro/MINSTEP7-Micro/MINn 應(yīng)用應(yīng)用實例實例n水箱液位控制水箱液位控制n變量越限機警控制變量越限機警控制n送送料小車自動控制料小車自動控制2化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n 可編程控制器是一種以CPU為核心的計算機工業(yè)控制裝置,由于其良好的性能價格比和穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及簡便的操作性。n 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計,有較強的抗干擾能力。n 可編程控制器可以單獨使用,也可以通過網(wǎng)絡(luò)成為 DCS控制系統(tǒng)的一部分。 3化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述比較

3、項目繼電接觸控制PLC控制功能使用許多繼電器才能進行復(fù)雜的控制無論控制多復(fù)雜,均用程序編制完成控制內(nèi)容變更需改變繼電器和配線只要改變程序即可自由完成控制速度依靠觸點機械動作實現(xiàn),工作頻率低靠微處理器實現(xiàn)控制,速度極快計數(shù)控制一般無此功能具有計數(shù)功能安裝施工連線復(fù)雜,施工繁瑣安裝容易,施工簡便可靠性觸點多、連線多、體積大、壽命短、可靠性差采用集成元件,體積小、壽命長、可靠性高可擴展性擴展困難在I/O點允許情況下可自由擴充維護需定期檢驗,查找故障困難,維護工作量大具有自診斷功能,查找故障迅速,維護方便PLC控制與繼電接觸控制比較4化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 集散控制系

4、統(tǒng)側(cè)重回路連續(xù)調(diào)節(jié)功能,在模擬量處理、反饋控制等方面具有明顯優(yōu)勢； 可編程控制器側(cè)重開關(guān)量順序控制功能,在數(shù)字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢?？删幊炭刂破髋c集散控制系統(tǒng)比較發(fā)展初期5化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述網(wǎng)絡(luò)功能方面 DCS從一開始就十分重視網(wǎng)絡(luò)通信,PLC也在不斷增強網(wǎng)絡(luò)通信功能。 順序控制功能方面 PLC優(yōu)勢強模擬量處理功能方面 DCS系統(tǒng)較完善6化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n 一、可編程序控制器的基本組成一、可編程序控制器的基本組成7圖16-1 PLC的基本組成框圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述8 解

5、釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過運行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其他功能，控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地工作。 主要有通用微處理器、單片機和雙極型位片機。 RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁帶或磁盤等圖16-2 簡化的存儲映像化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述9I/O模塊是可編程序控制器與生產(chǎn)過程相聯(lián)系的橋梁。 PLC連接的過程變量按信號類型可分為開關(guān)量（即數(shù)字量）、模擬量和脈沖量等，相應(yīng)輸入輸出模塊可分為開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和脈沖量輸入模塊等。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述

6、概述 編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備。 編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器。 編程器不僅能對程序進行寫入、讀出、修改，還能對PLC的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時也是用戶與PLC之間進行人機界面。 10化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述11 編程器與PLC上的專用插座相連，或通過專用接口相連，程序可直接寫入PLC的用戶程序存儲器中，也可先在編程器的存儲器內(nèi)存放，然后再下裝到PLC中。 編程器先不與PLC相連，編制的程序先存放在編程器的存儲器中，程序編寫完畢，再與PLC連接，將程序送到PLC存儲器中。 便攜式編程器和通用計算機。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)

7、工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n 二二、12 梯形圖的表達式沿用了原電氣控制系統(tǒng)中的繼電接觸控制電路圖的形式，二者的基本構(gòu)思是一致的，只是使用符號和表達方式有所區(qū)別。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述13 圖16-3（a）為實現(xiàn)這一功能的一種梯形圖程序（OMRON PLC），它是由若干個梯級組成的，每一個輸出元素構(gòu)成一個梯級，而每個梯級可由多條支路組成。圖16-3 梯形圖程序化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述14又稱為命令語句表達式語言，常用一些助記符來表示PLC的某種操作。 助記符語言類似微機中的匯編語言，但比匯編語言更直觀易懂。 圖16

8、-3（b）為梯形圖對應(yīng)的用助記符表示的指令表。 不同廠家生產(chǎn)的不同廠家生產(chǎn)的PLCPLC所使用的助記符各不相同，因所使用的助記符各不相同，因此同一梯形圖寫成的助記符語句不相同。用戶在梯形此同一梯形圖寫成的助記符語句不相同。用戶在梯形圖轉(zhuǎn)換為助記符時，必須先弄清圖轉(zhuǎn)換為助記符時，必須先弄清PLCPLC的型號及內(nèi)部各器的型號及內(nèi)部各器件編號、使用范圍和每一條助記符的使用方法。件編號、使用范圍和每一條助記符的使用方法。 注意！注意！化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述15I/O點總數(shù)一般為20128點。 邏輯運算、定時計數(shù)、移位處理等，采用專用簡易編程器。 其I/O點總數(shù)通常為1

9、29512點，內(nèi)存在K以下，適合開關(guān)量邏輯控制和過程變量檢測及連續(xù)控制。 除有小型PLC的功能外，還有算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理及A/D、D/A轉(zhuǎn)換、聯(lián)網(wǎng)通信、遠程I/O等功能，可用于比較復(fù)雜過程的控制。 n 三、可編程控制器的分類三、可編程控制器的分類化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述16其I/O點總數(shù)在513點以上。除了具有中小型PLC的功能外，還具有PLD運算及高速計數(shù)等功能，用于機床控制時，具有增加刀具精確定位、機床速度和閥門控制等功能，配有CRT顯示及常規(guī)的計算機鍵盤，與工業(yè)控制計算機相似。 編程可采用梯形圖、功能表圖及高級語言等多種方式。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社

10、 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述17 它將PLC各組成部分集裝在一個機殼內(nèi)，輸入、輸出接線端子及電源進線分別在機箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入/輸出狀態(tài)。面板上留有編程器的插座、EPROM存儲器插座、擴展單元的接口插座等。 優(yōu)點具有這種結(jié)構(gòu)的可編程序控制器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低。 圖16-4 SIMENS SIMATIC S7-200的外形圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述18輸入/輸出點數(shù)較多的大型、中型和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點為：圖16-5 SIMENS SIMATIC S7-300的外形圖 采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，便于擴展，其CPU、

11、輸入、輸出等都是獨立的模塊，有的PLC的電源包含在CPU模塊之中。 品種多，硬件配置靈活，更換模塊方便。 它吸收了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點，其基本單元、擴展單元等高等寬，它們不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的體積小巧的長方體，而且輸入、輸出點數(shù)的配置也相當(dāng)靈活。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLCn 一一、簡介19OMRON C 系列系列PLC有微型、小型、中型和大型四大有微型、小型、中型和大型四大類十幾種型號。類十幾種型號。 以C20P和C40H為代表，是整體結(jié)構(gòu)，I/O容量為幾十點，最多可擴至120點。

12、 分為C120和C200H兩種，C120最多可擴展256點I/O，是緊湊型整體結(jié)構(gòu)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC有C500和C1000H兩種，I/0容量分別為512點和1024點。 有C2000H，I/O點數(shù)可達2048點，同時多處理器和雙冗余結(jié)構(gòu)使得C2000H不僅功能全、容量大，而且速度快，由于也是模塊化結(jié)構(gòu)，外形與C200H相近。20化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 圖16-6 SYSMAC C28H外形示意圖圖16-8 C200H 外觀示意圖21圖16-7 CPM1A C * * P外觀圖化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)

13、出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLCn 二、二、 OMRON PLC OMRON PLC 指令指令 指令大多數(shù)是按照，個別指令按照。按位尋址的地址編號為：通道號。位號，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十進制數(shù)，范圍為015。 小型整體PLC的輸入、輸出編號是固定不變的，使用者可以按照PLC主機標(biāo)注編號編程；對于模塊式PLC則根據(jù)輸入或輸出模塊安裝位置決定其編號。22化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC表示指令要完成的功能。：指出了要操作的對象。 23化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版

14、社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC圖16-9 OMRON PLC的基本指令應(yīng)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 24化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC25 它執(zhí)行繼電器保持操作，可保持為ON或OFF狀態(tài)，直到它的兩個輸入端之一使它復(fù)位或置位。 圖16-10 電機啟動、停止控制化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) O

15、MRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC26 微分指令在執(zhí)行條件滿足后第一次掃描時才執(zhí)行，且只執(zhí)行一次；若執(zhí)行條件解除后再次滿足，則再執(zhí)行。DIFU是上升沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。 圖16-11 微分指令應(yīng)用示例化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié)第二節(jié) OMRON C OMRON C 系列系列 PLCPLC27 定時器為遞減型，有低速TIM和高速TIMH（15）兩種。定時器的操作數(shù)包括定時器編號（N）和設(shè)定值（SV）兩個數(shù)據(jù)。 計數(shù)器包括單向遞減型CNT和雙向可逆型CNTR（12）兩種，其操作數(shù)包括計數(shù)器編號和設(shè)定值兩個數(shù)據(jù)。 圖16-12 計數(shù)包裝控制程序化學(xué)工

16、業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) SIEMENS S7-200n 一一、 SIEMENS S7-200的基本組成的基本組成28S7-200系列PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。基本模塊是一個完整的控制裝置，可獨立工作。為了實現(xiàn)PLC的靈活配置和功能擴展，S7-200系列產(chǎn)品還配有開關(guān)量擴展模塊、模擬量擴展模塊和通信模塊等。在在基本模塊的輸入基本模塊的輸入/輸出接點不夠時，除輸出接點不夠時，除CPU221外，可外，可增加擴展模塊。增加擴展模塊?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) SIEMENS S7-200n 二、 SIEMENS S7-200指令應(yīng)用指令應(yīng)用29（一）S7-200的編址

17、PLC將數(shù)據(jù)存儲在具有唯一地址的不同存儲單元中，允許程序采用直接或間接等多種方式存取數(shù)據(jù)。當(dāng)S7-200存取用戶內(nèi)存區(qū)域的數(shù)據(jù)時，需要指定數(shù)據(jù)所在地址，數(shù)據(jù)地址包括元件類型（如：輸入I、輸出Q、輔助繼電器M、變量寄存器V等），字節(jié)號和位號。（二）編程元件S7-200的指令包括基本指令和功能指令?；局噶畎ɑ具壿嬛噶?，算術(shù)、邏輯運算指令，數(shù)據(jù)處理指令，程序控制指令等?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) SIEMENS S7-200n 三、編程軟件編程軟件STEP7-Micro/WIN30SIMATIC S7-200編程軟件是指西門子公司為S7-200系列PLC編制的工業(yè)編程軟件的

18、集合，其中STEP7-MicroWIN軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件。（一）一）STEP7-Micro/WIN操作界面操作界面化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié)第三節(jié) SIEMENS S7-200n 三、編程軟件編程軟件STEP7-Micro/WIN31（二）二）S7-200與計算機的與計算機的連接連接（三）編程三）編程流程流程1.建立項目2.程序的輸入方法3.程序的編譯及下載化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例n 一、水箱液位控制一、水箱液位控制32輸入、輸出點分配如下：上限檢測開關(guān) 0.00；下限檢測開關(guān) 0.01平； 電磁閥 10.00 圖16-21

19、 水箱液位控制示意圖 為了保證水箱液位保持在一定范圍，分別在控制的上限和下限設(shè)置檢測傳感器，用PLC控制注入水電磁閥。 當(dāng)液位低于下限時，下限檢測開關(guān)斷開，打開電磁閥開始注水；當(dāng)注水達到上限位置時，上限檢測開關(guān)閉合，切斷電磁閥。 PLC采用OMRON的CPM2A-60CDR。工藝要求如圖16-14所示。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例33 控制接線如圖16-22所示，圖16-23為液位控制梯形圖。 當(dāng)?shù)陀谝何幌孪迺r，下限開關(guān)與上限開關(guān)均斷開，0.00與0.01常閉觸點閉合，使輸出繼電器10.00導(dǎo)通，注水電磁閥打開；一旦超過下限液位，雖然0.01觸點斷開，但由

20、于10.00觸點的自鎖作用，仍保證注水閥打開，直至上限檢測開關(guān)閉合，0.00的常閉觸點斷開，輸出繼電器10.00斷開，注水閥關(guān)閉。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例圖16-22 控制接線示意圖圖16-23 液位控制梯形圖34化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例35n 二、變量越限報警控制二、變量越限報警控制 在實際中往往要求一旦變量超限，即使恢復(fù)到正常值，仍然進行聲光報警，直到操作人員按下確定按鈕后，報警才解除。 在的要求基礎(chǔ)上，要求一旦報警，指示燈是閃亮的。 在的要求基礎(chǔ)上，如果允許按下消音按鈕（點動），則電笛斷開，燈變成平光。 工

21、藝要求過程變量越限后立即用指示燈和電笛報警，當(dāng)工藝變量恢復(fù)到正常之后，報警自動解除。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例報警梯形圖36化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例37圖16-28加熱爐的安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng) 燃料流量下限燃料流量下限 原料流量下限原料流量下限 火焰檢測火焰檢測 要求用三個指示燈指示三個報警點。要求用三個指示燈指示三個報警點。 在整個系統(tǒng)中有三個工藝檢測輸入、在整個系統(tǒng)中有三個工藝檢測輸入、一個復(fù)位按鈕、一個實驗按鈕和一個一個復(fù)位按鈕、一個實驗按鈕和一個消音按鈕，輸出有三個指示燈和一個消音按鈕，輸出有三個指示燈和一個電磁閥。電磁閥。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié)第四節(jié) 應(yīng)用實例應(yīng)用實例38輸入輸出燃料流量下限檢測FL1 00001 燃料流量下限報警指示燈