S7-1500-PLC應(yīng)用技術(shù)-課件-第1章-PLC概述

《S7-1500PLC應(yīng)用技術(shù)》2第1章PLC概述1.1PLC的概念及應(yīng)用1.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹1.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理1.4PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較31.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的產(chǎn)生

1968年，美國(guó)最大的汽車(chē)制造商-通用汽車(chē)公司

(GM公司)，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出要用一種新型的工業(yè)控制器取代繼電接觸器控制裝置。第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC公司)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器，并在美國(guó)通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用成功，取得滿(mǎn)意的效果，可編程序控制器自此誕生。41.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的定義早期的可編程序控制器稱(chēng)為ProgrammableLogicController（可編程邏輯控制器），簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程序控制器是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的或模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，是工業(yè)控制的核心部分。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。51.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的發(fā)展上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持在30%-40%。這一時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力等方面得到大幅度提高，同時(shí)PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些方面逐步取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的集散控制系統(tǒng)（DCS）。目前，世界上有200多廠(chǎng)家生產(chǎn)300多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車(chē)、糧食加工、化學(xué)、制藥、金屬、礦山和造紙等許多行業(yè)。61.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的特點(diǎn)1）抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高硬件方面，PLC采用大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路，采用了隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施，以及隔熱、防潮、防塵、抗振等措施。軟件上，

PLC采用周期掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起的故障；并在系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；以及采用數(shù)字濾波等抗干擾措施。71.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的特點(diǎn)2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便在PLC控制系統(tǒng)中，只需在PLC的輸入/輸出端子上接入相應(yīng)的信號(hào)線(xiàn)，用于采集輸入信號(hào)和驅(qū)動(dòng)負(fù)載，無(wú)需連接時(shí)間繼電器、中間繼電器之類(lèi)的電壓電器和大量復(fù)雜的硬件接線(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。PLC體積小、質(zhì)量輕，安裝與維護(hù)也極為方便。另外PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電接觸器控制線(xiàn)路的梯形圖形式，這種編程語(yǔ)言形象直觀(guān)、容易掌握，編程非常方便。81.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的特點(diǎn)3）功能強(qiáng)大、通用性好PLC內(nèi)部有大量可供用戶(hù)使用的編程元件，具有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。另外PLC的產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件模塊或裝置供用戶(hù)使用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的控制系統(tǒng)。91.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的應(yīng)用1）邏輯控制通過(guò)“與”、“或”、“非”等邏輯指令的組合，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制，這是PLC最初能完成的基本功能。例如印刷機(jī)、注塑機(jī)、組合機(jī)床、電鍍流水線(xiàn)和電梯控制等。101.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的應(yīng)用領(lǐng)域2）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸的位置進(jìn)行控制。PLC把描述位置的數(shù)據(jù)傳給模塊，使其輸出移動(dòng)一軸或多軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。例如應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人和電梯等場(chǎng)合。111.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的應(yīng)用領(lǐng)域3）過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的控制。對(duì)于溫度、壓力、流量等模擬量，PLC提供有模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換通道或模塊，使PLC可以很方便的處理這些模擬量；PLC還提供了PID功能指令，可以很方便的進(jìn)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。121.1PLC的概念及應(yīng)用PLC的應(yīng)用領(lǐng)域4）聯(lián)網(wǎng)和通訊功能PLC能與計(jì)算機(jī)、PLC及其他智能裝置聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線(xiàn)的控制、工廠(chǎng)管理層的控制連成一個(gè)整體，支持多廠(chǎng)商、多品牌的產(chǎn)品和設(shè)備作為分布式控制系統(tǒng)的一部分，形成控制自動(dòng)化與管理自動(dòng)化的有機(jī)集成，從而創(chuàng)造更高的企業(yè)效益。131.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹PLC的分類(lèi)1）按PLC的點(diǎn)數(shù)分類(lèi)根據(jù)PLC及可擴(kuò)展的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，可以將PLC分為小型、中型和大型三類(lèi)，由于PLC種類(lèi)、系統(tǒng)使用的規(guī)模不同及PLC本身的發(fā)展，各廠(chǎng)家、各行業(yè)對(duì)PLC小型、中型和大型點(diǎn)數(shù)的劃分不盡相同。小型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下；中型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在256～2048個(gè)點(diǎn)；大型PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般在2048點(diǎn)以上。141.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹PLC的分類(lèi)2）按PLC的結(jié)構(gòu)分類(lèi)按PLC的結(jié)構(gòu)分類(lèi)，PLC可分為整體式和模塊式。整體式PLC將電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)都集中在一個(gè)小箱體內(nèi)，小型PLC多為整體式PLC；模塊式PLC是按功能分成若干模塊，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等，再根據(jù)系統(tǒng)要求，組合不同的模塊，形成不同用途的PLC，大中型的PLC多為模塊式PLC。151.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹PLC的分類(lèi)2）按PLC的結(jié)構(gòu)分類(lèi)161.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹PLC的主要產(chǎn)品目前全球PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家有200多家，市場(chǎng)占有率較高的有德國(guó)的西門(mén)子（SIEMENS）、法國(guó)的施耐德（SCHNEIDER）、TE（Telemecanique）；美國(guó)的羅克韋爾（Rockwell）、通用（GE）；日本的三菱（MITSBISHI）、歐姆龍（OMRON）、松下電器（Panasonic）、富士電機(jī)（FUJI）等品牌。171.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹PLC的主要產(chǎn)品181.2PLC的分類(lèi)與產(chǎn)品介紹西門(mén)子S7系列PLC西門(mén)子S7系列PLC目前市場(chǎng)上有S7-200SMART/1200/300/400/1500等系列產(chǎn)品。PLC的老產(chǎn)品組要包括S7-200SMART、S7-300及S7-400CPU，CPU至少包含一個(gè)RS485通信接口，可用于程序上傳、下載和與其他智能設(shè)備的串口通信。S7-1200、S7-1500是西門(mén)子公司主推的新一代PLC產(chǎn)品，是SIMATICPLC產(chǎn)品家族中的旗艦產(chǎn)品，CPU模塊采用網(wǎng)絡(luò)接口，可用于程序上傳、下載和與其他智能設(shè)備的工業(yè)以太網(wǎng)通信，采用TIAPortal軟件編程。191.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

PLC

系統(tǒng)基本構(gòu)成20PLC工作原理1.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理21PLC的工作原理1.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理PLC的本質(zhì)是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其功能是從輸入設(shè)備接收信號(hào)，根據(jù)用戶(hù)程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果，輸出信號(hào)去控制外圍設(shè)備的整個(gè)控制流程。22PLC的工作原理1.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)PLC運(yùn)行后，其工作過(guò)程可分為輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，完成上述3個(gè)階段即稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。23PLC的工作原理1.3PLC系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理1．輸出刷新CPU在啟動(dòng)或新一個(gè)掃描周期開(kāi)始時(shí)，會(huì)將初始值或程序執(zhí)行后的結(jié)果，通過(guò)過(guò)程映像輸出區(qū)（PIQ）輸出到輸出模塊；輸出模塊輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。2.輸入采樣輸出刷新后，CPU將輸入模塊各端子的狀態(tài)讀入到過(guò)程映像輸入?yún)^(qū)（PII）中，此時(shí)，過(guò)程映像輸入?yún)^(qū)的數(shù)值被更新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段3．程序執(zhí)行階段

在程序執(zhí)行階段，用戶(hù)程序只能訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程映像區(qū)的數(shù)據(jù)，并不能訪(fǎng)問(wèn)IO模塊的端口，因此無(wú)論外部輸入、輸出端子信號(hào)怎么變化，過(guò)程映像區(qū)的內(nèi)容保持不變；直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才會(huì)將新內(nèi)容重新寫(xiě)入。241.4PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較

繼電接觸器控制是采用硬件和接線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它通過(guò)選用合適的分立元件（接觸器、主令電器、各類(lèi)繼電器等），然后按照控制要求采用導(dǎo)線(xiàn)將觸點(diǎn)相互連接，從而形成并實(shí)現(xiàn)既定的邏輯控制；如控制要求改變，硬件構(gòu)成及接線(xiàn)都需相應(yīng)調(diào)整。

PLC系統(tǒng)采用程序?qū)崿F(xiàn)控制，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，系統(tǒng)要完成的控制任務(wù)是通過(guò)執(zhí)行存放在存儲(chǔ)器中的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的；如控制要求改變，硬件電路連接可不用調(diào)整或簡(jiǎn)單改動(dòng)，主要通過(guò)改變程序即可，也稱(chēng)“軟接線(xiàn)”。251.4PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較以電動(dòng)機(jī)星-三角降壓起動(dòng)控制為例：1）J-C控制系統(tǒng)261.4PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較以電動(dòng)機(jī)星-三角降壓起動(dòng)控制為例：2）PLC控制系統(tǒng)271.