自动控制仪表.pptx

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1、第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表 内容提要内容提要概述概述基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制双位控制比例控制比例控制积分控制积分控制微分控制微分控制模拟式控制器模拟式控制器基本构成原理及部件基本构成原理及部件DDZ-DDZ-型电动控制器型电动控制器1数字式控制器数字式控制器数字式控制器的主要特点数字式控制器的主要特点数字是控制器的基本构成数字是控制器的基本构成KMMKMM型可编程序调节器型可编程序调节器可编程序控制器可编程序控制器概论概论可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的基本组成可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言OMRON

2、 C OMRON C 系列系列 PLC PLC应用实例应用实例2第一节第一节 概论概论3 基地式控制仪表基地式控制仪表 单元组合式仪表中的控制单元单元组合式仪表中的控制单元 以微处理器为基元的控制装置以微处理器为基元的控制装置第二节第二节 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响基本控制规律及其对系统过渡过程的影响4l控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的控制器的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。关系。 xzfefp即 经常是假定控制器的输入信号经常是假定控制器的输入信号e e是一个阶跃信号，是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号然后来研究控制器的输出信号p p随

3、时间的变化规律。随时间的变化规律。 位式控制位式控制（其中以双位控制比较常用）、（其中以双位控制比较常用）、比例控制比例控制（P P）、）、积分控制积分控制（I I）、）、微分控制微分控制（D D）及它们的组合形）及它们的组合形式，如式，如比例积分控制比例积分控制（PIPI）、）、比例微分控制比例微分控制（PDPD）和）和比比例积分微分控制例积分微分控制（PIDPID）。）。 5一、双位控制一、双位控制00,)0(0,minmaxeepeepp?6理想的双位控制器其输出理想的双位控制器其输出p p与输入偏差额与输入偏差额e e之间的关系为之间的关系为图5-1 理想双位控制特性图5-2 双位控制

4、示例l双位控制规律即：控制器只有两个输出值，执行器双位控制规律即：控制器只有两个输出值，执行器也相应有开或关两个极限工作位置。双位控制又称继也相应有开或关两个极限工作位置。双位控制又称继电接触控制。电接触控制。l实际上的双位控制器由于结构上的原因和仪表不灵实际上的双位控制器由于结构上的原因和仪表不灵敏的存在，不能在被控参数达到给定值时立即引起输敏的存在，不能在被控参数达到给定值时立即引起输出变化，只能当偏差达一定数值时控制器才发生变化。出变化，只能当偏差达一定数值时控制器才发生变化。即实际特性曲线有一个中间区。即实际特性曲线有一个中间区。7 将上图中的测量装置及继电器线路稍加改变，便可将上图中

5、的测量装置及继电器线路稍加改变，便可成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。由于设成为一个具有中间区的双位控制器，见下图。由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。 图5-3 实际的双位控制特性图5-4 具有中间区的双位控制过程l双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标, ,在设计双位控制系统时，一般希望振幅小而周期长。在设计

6、双位控制系统时，一般希望振幅小而周期长。结论结论l被控变量波动的上、下限在允许范围内，使被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期周期长长些比较有利。些比较有利。 l双位控制器结构简单，容易实现控制。适用于单容双位控制器结构简单，容易实现控制。适用于单容量对象及对象特性好、负荷变化较小、过程滞后小、量对象及对象特性好、负荷变化较小、过程滞后小、工艺允许被控参数在一定范围内波动和要求不高的场工艺允许被控参数在一定范围内波动和要求不高的场合。合。8二、比例控制二、比例控制9 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的持续的等幅振荡过程等幅振荡过程，为

7、了避免这种情况，应该使控，为了避免这种情况，应该使控制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大制阀的开度与被控变量的偏差成比例，根据偏差的大小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得小，控制阀可以处于不同的位置，这样就有可能获得与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于与对象负荷相适应的操纵变量，从而使被控变量趋于稳定，达到平衡状态。稳定，达到平衡状态。 图5-5 简单的比例控制系统示意图ebapepba或,eKpP（5-4）10%100/minmaxminmaxpppxxe11是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数

8、。对值之比的百分数。 图5-6 比例度示意图（5-5）12举例举例DDZ-DDZ-型比例作用控制，温度刻度范围为型比例作用控制，温度刻度范围为400400800800，控制器输出工作范围是，控制器输出工作范围是0 010mA10mA。当指示指。当指示指针从针从600600移到移到700700，此时控制器相应的输出从，此时控制器相应的输出从4mA4mA变为变为9mA9mA，其比例度的值为，其比例度的值为 %50%10001049/400800600700 对于这台控制器，温度变化全量程的对于这台控制器，温度变化全量程的5050（相当于（相当于200200），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区

9、间内，），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，e e和和p p是成比例的。是成比例的。 13将式将式（5-45-4）的关系代入式的关系代入式（5-55-5），经整理后可得，经整理后可得%1001minmaxminmaxxxppKP 比例度比例度与放大倍数与放大倍数K KP P成反比。成反比。 控制器的比例度控制器的比例度越小，它的放大倍数越小，它的放大倍数K KP P就越大，就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。然。结论lKpKp越大越大, ,比例控制越强比例控制越强. .但工业生产上所用比例控制器常采用但工业生产上所用比例

10、控制器常采用比例度代替比例放大倍数，表示比例调节作用的强弱。比例度代替比例放大倍数，表示比例调节作用的强弱。l比例度的物理意义是：要使控制器输出变化全量程时，其输比例度的物理意义是：要使控制器输出变化全量程时，其输入偏差变化量占满量程的百分数，即为比例度。入偏差变化量占满量程的百分数，即为比例度。l比例度与比例放大倍数互为倒数。所以，控制器的比例度越比例度与比例放大倍数互为倒数。所以，控制器的比例度越小，其放大倍数越大，比例控制作用也就越强，而比例度越大，小，其放大倍数越大，比例控制作用也就越强，而比例度越大，则比倍放大倍数越小，比例控制作用越弱。则比倍放大倍数越小，比例控制作用越弱。l比例控

11、制系统的控制结果会产生余差，这是比例控制器的固比例控制系统的控制结果会产生余差，这是比例控制器的固有控制特性所决定的。余差的产生也可以从比例控制的特性来有控制特性所决定的。余差的产生也可以从比例控制的特性来说明。说明。l为了减少余差，可以增大比例放大倍数，也就是减小了比例度。但为了减少余差，可以增大比例放大倍数，也就是减小了比例度。但这会使系统的稳定性变差。一般地，适当地增大比例放大系数，即这会使系统的稳定性变差。一般地，适当地增大比例放大系数，即减小比例度，使比例控制作用增强。此时，最大的偏差减小，余差减小比例度，使比例控制作用增强。此时，最大的偏差减小，余差减小，工作频率提高，周期缩短，系

12、统的振荡加剧，稳定性下降。减小，工作频率提高，周期缩短，系统的振荡加剧，稳定性下降。l工业上常见系统的比例度选取范围为：工业上常见系统的比例度选取范围为： 压力系统：压力系统：30-70%30-70% 流量系统：流量系统：40-100%40-100% 物位系统：物位系统：20-80%20-80% 温度系统：温度系统：20-60%20-60%l比例控制是一种最基本的控制规律。其特点是动态反应快，控制及比例控制是一种最基本的控制规律。其特点是动态反应快，控制及时，只要有偏差输入，输出立刻产生一个与输入成比例的输出变化时，只要有偏差输入，输出立刻产生一个与输入成比例的输出变化信号。其缺点是控制结果有

13、余差。信号。其缺点是控制结果有余差。14左下图表示图左下图表示图5-5的液位比例控制系统的过渡过程。的液位比例控制系统的过渡过程。图5-7 比例控制系统过渡过程在在t=tt=t0 0时，系统外加一个干时，系统外加一个干扰作用扰作用液位开始下降液位开始下降作用在控制阀上的信号作用在控制阀上的信号进水量增加进水量增加偏差的变化曲线偏差的变化曲线图5-8 比例度对过渡过程的影响：反应快，控制及时：反应快，控制及时：存在余差：存在余差 若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度可以选得小些，以提高系统的小时，控制器的比例度可以选得小些，

14、以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。灵敏度，使反应快些，从而过渡过程曲线的形状较好。反之，比例度就要选大些以保证稳定。反之，比例度就要选大些以保证稳定。 结论结论15三、积分控制三、积分控制16 当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。基础上，再加上能消除余差的积分控制作用。 edtKpI积分控制作用的输出变化量积分控制作用的输出变化量p p与输入偏差与输入偏差e e的积分成正比，即的积分成正比，即 AtKAdtKpII图5-9 积分控制器特性当输入偏差是常数当输入偏差是常数A A时

15、时 edtTeKpedtKeKpIPIP117把比例与积分组合起来，这样控制把比例与积分组合起来，这样控制既及时，又能消除余差。既及时，又能消除余差。图5-10 比例积分控制器特性图5-11积分时间对过渡过程的影响比例积分控制规律可用下式表示比例积分控制规律可用下式表示 AtTKAKpPP1或若偏差是幅值为若偏差是幅值为A A的阶跃干扰的阶跃干扰l积分时间积分时间T T大小表示曲线的斜率和输出曲线上升速度快慢，大小表示曲线的斜率和输出曲线上升速度快慢，积分时间积分时间T T是表征积分控制作用强弱的一个重要参数。当是表征积分控制作用强弱的一个重要参数。当积分时间积分时间T T越小（越小（K K越

16、大）时，直线上升越快，积分控制作越大）时，直线上升越快，积分控制作用越强。反之，用越强。反之，T T越大（越大（K K越小），直线上升越慢，积分作越小），直线上升越慢，积分作用越弱。用越弱。l工业上常见控制系统的积分时间范畴为：工业上常见控制系统的积分时间范畴为：压力控制系统压力控制系统T1=0.3-1 minT1=0.3-1 min流量控制系统流量控制系统T1=0.3-1minT1=0.3-1min温度控制系统温度控制系统T1=3-10minT1=3-10minl比例积分控制器的主要优点是能消除余差。但当对象滞比例积分控制器的主要优点是能消除余差。但当对象滞后很大，负荷变化剧烈时，控制不能及

17、时，控制时间较长。后很大，负荷变化剧烈时，控制不能及时，控制时间较长。故此种控制适合于控制对象负荷变化不大，过程较缓慢，故此种控制适合于控制对象负荷变化不大，过程较缓慢，惯性不大，容量滞后小和工艺要求不允许的余差的场所。惯性不大，容量滞后小和工艺要求不允许的余差的场所。比例积分控制器对于多数系统都可采用，比例积分控制器对于多数系统都可采用，两个参数均可调整。两个参数均可调整。 当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；偏差也较大； 负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用

18、。控制作用不及时，此时可增加微分作用。 18四、微分控制四、微分控制dtdeTpD1919图图5-12 5-12 理想微分控制器特性理想微分控制器特性 l微分时间微分时间TDTD是表征微分控制作用强弱的一个重要参是表征微分控制作用强弱的一个重要参数。当微分时间数。当微分时间TDTD增大时，微分曲线下降慢，微分作增大时，微分曲线下降慢，微分作用增强；反之，用增强；反之，TDTD减小，微分曲线下降快，微分作用减小，微分曲线下降快，微分作用减弱，当减弱，当TD=0TD=0时，无微分作用，比例微分控制器变为时，无微分作用，比例微分控制器变为纯比例控制器。纯比例控制器。l微分作用总是力图阻止被控变量的任

19、何变化，具有微分作用总是力图阻止被控变量的任何变化，具有抑制振荡作用。抑制振荡作用。l微分控制器的优点是：超前控制、抑制变化、稳定微分控制器的优点是：超前控制、抑制变化、稳定系统的作用，但不能消除余差。系统的作用，但不能消除余差。dtdeTeKpDPdtdeTedtTeKpDIP120图5-13 比例微分控制器特性图5-14 微分时间对过渡过程的影响图5-15 三作用控制器特性l在在PIDPID控制过程中，比例作用自控制过程中，比例作用自始至终与偏差相对应起调节作用；始至终与偏差相对应起调节作用；微分作用在开始输出变化量大，微分作用在开始输出变化量大，具有超前控制，抑制振荡作用，具有超前控制，

20、抑制振荡作用，后逐渐消失；积分作用在开始变后逐渐消失；积分作用在开始变化弱，到后来输出逐渐增大而占化弱，到后来输出逐渐增大而占主导地位，具有滞后控制，直至主导地位，具有滞后控制，直至消除余差为止。消除余差为止。lPIDPID控制器综合了各种控制规律控制器综合了各种控制规律的优点，取长补短，只要合理选的优点，取长补短，只要合理选择择、TITI、TDTD三参数，就能获得三参数，就能获得较高的控制质量。较高的控制质量。第三节第三节 模拟式控制器模拟式控制器一、基本构成原理及部件一、基本构成原理及部件21 在模拟式控制器中，所传送的信号形式为在模拟式控制器中，所传送的信号形式为。目前应用的模拟式控制器

21、主要是目前应用的模拟式控制器主要是。 图5-16 控制器基本构成将给定信号与测量信号进行将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。差成比例的偏差信号。 是一个稳态增益很大的比例环节。是一个稳态增益很大的比例环节。通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。二、二、DDZ-DDZ-型电动控制器型电动控制器22 电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利电气零点不是从零开始，且不与机械零点重合，这不但利用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、断线等故障。用了晶体管的线性段，而且容易识别断电、

22、断线等故障。 只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他1:51:5的电的电流信号。流信号。 因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系（图了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系（图5-5-3737），既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。），既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。 23 由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高。好，漂移小，仪

23、表的稳定性得到提高。 由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很由于集成运算放大器有高增益，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到提高。高，这使仪表的精度得到提高。 由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了由于采用了集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。仪表的可靠性。 各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪各单元省掉了电源变压器，没有工频电源进入单元仪表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有表，既解决了仪表发热问题，又为仪表的防爆提供了有利条件。利条件。 在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时在工频电源停电时备用电源投入，整套仪表在一定时间内仍可

24、照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安间内仍可照常工作，继续进行监视控制作用，有利于安全停车。全停车。 2425 基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两基型控制器有全刻度指示控制器和偏差指示控制器两个品种，指示表头为个品种，指示表头为100mm100mm刻度纵形大表头，指示醒目，刻度纵形大表头，指示醒目，便于监视操作。便于监视操作。 自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，并自动、手动的切换以无平衡、无扰动的方式进行，并有硬手动和软手动两种方式。面板上设有手动操作插孔，有硬手动和软手动两种方式。面板上设有手动操作插孔，可和便携式手动操作器配合使用。可和便携式手动操作器配合使用。

25、结构形式适于单独安装和高密度安装。结构形式适于单独安装和高密度安装。 有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指示有内给定和外给定两种给定方式，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用，可组成灯，能与计算机配套使用，可组成SPCSPC系统实现计算机系统实现计算机监督控制，也可组成监督控制，也可组成DDCDDC控制的备用系统。控制的备用系统。 2627图5-17 DDZ-型控制器结构方框图 主要由输入电路、给定电路、主要由输入电路、给定电路、PIDPID运算电路、自动与运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成

26、。及指示电路等组成。 28图5-18 DTL-3110型调节器正面图1自动-软手动-硬手动切换开关；2双针垂直指示器；3内给定设定轮；4输出指示器；5硬手动操作杆；6软手动操作板键；7外给定指示灯；8阀位指示器；9输出记录指示；10位号牌；11输入检测插孔；12手动输出插孔第四节第四节 数字式控制器数字式控制器29 数字式控制器数字式控制器模拟式控制器模拟式控制器构成原理构成原理数字技术数字技术模拟技术模拟技术所用器件所用器件以微处理机为核心部以微处理机为核心部件件以运算放大器等模拟电子以运算放大器等模拟电子器件为基本部件器件为基本部件仪表总的功能和输入输出关系基本一致。仪表总的功能和输入输出

27、关系基本一致。 一、数字式控制器的主要特点一、数字式控制器的主要特点30 1. 1. 实现了模拟仪表与计算机一体化。实现了模拟仪表与计算机一体化。 2. 2. 具有丰富的运算控制功能。具有丰富的运算控制功能。 3. 3. 使用灵活方便，通用性强。使用灵活方便，通用性强。 4. 4. 具有通讯功能，便于系统扩展。具有通讯功能，便于系统扩展。 5. 5. 可靠性高，维护方便可靠性高，维护方便 。二、数字式控制器的基本构成二、数字式控制器的基本构成31图5-19 数字式控制器的硬件电路32 主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数主机电路是数字式控制器的核心，用于实现仪表数据运算处理及各组成部分

28、之间的管理。据运算处理及各组成部分之间的管理。 过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量道，模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。输入通道用于连接开关量输入信号。 过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。出通道用于输出开关量信号。 人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。人机联系部件一般置于控制器的

29、正面和侧面。 通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数通信接口将欲发送的数据转换成标准通信格式的数字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同字信号，经发送电路送至通信线路（数据通道）上；同时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转时通过接收电路接收来自通信线路的数字信号，将其转换成能被计算机接收的数据。换成能被计算机接收的数据。 3334 系统程序是控制器软件的主体部分，通常由系统程序是控制器软件的主体部分，通常由和和两部分组成。两部分组成。 用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中用户程序是用户根据控制系统的要求，在系统程序中选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连

30、接起来选择所需要的功能模块，并将它们按一定的规则连接起来的结果。的结果。 第五节第五节 可编程序控制器可编程序控制器一、概述一、概述38 19691969年美国研制出了第一台可编程序控制器。年美国研制出了第一台可编程序控制器。 可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程可编程序控制器初期主要用于顺序控制，称为可编程逻辑控制器，简称逻辑控制器，简称PLCPLC。 可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用来解可编程序控制器的出现是基于微计算机技术，用来解决工艺生产中大量的开关控制问题。决工艺生产中大量的开关控制问题。 可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改可编程序控制器最大特点是在于

31、可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，变软件来改变控制方式和逻辑规律， PLC PLC在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行各在国内已广泛应用于石油、化工、电力、等各行各业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭环控制。业，目前已广泛应用于连续生产过程的闭环控制。 38 与继电器系统相比：在于可编程序，可与继电器系统相比：在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式与逻辑规通过改变软件来改变控制方式与逻辑规律，同时功能丰富、可靠性强，可组成律，同时功能丰富、可靠性强，可组成集中分散系统或纳入局部网络。集中分散系统或纳入局部网络。 与计算机相比，优点是语言简单、编与计算机相比，优点是语言

32、简单、编程简便、面向用户、面向现场、使用方程简便、面向用户、面向现场、使用方便。便。39（1 1）小型）小型PLCPLCI IO O点总数一般为点总数一般为2020128128点。点。 逻辑运算、定时计数、移位处理等，采逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。用专用简易编程器。 （2 2）中型）中型PLCPLC其其I IO O点总数通常为点总数通常为129129512512点，内存在点，内存在K K以下，以下，适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。适合开关量逻辑控制和过程变量检测及连续控制。 除有小型除有小型PLCPLC的功能外，还有算术运算、数据的功能外，还有算术运算、数据

33、处理及处理及A AD D、D DA A转换、联网通信、远程转换、联网通信、远程I IO O等功能，可用于比较复杂过程的控制。等功能，可用于比较复杂过程的控制。 40（3 3）大型）大型PLCPLC其其I IO O点总数在点总数在513513点以上。点以上。除了具有中小型除了具有中小型PLCPLC的功能外，还具有的功能外，还具有PLDPLD运算及高速计数等功能，用于机床控制时，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、机床速度和阀门具有增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，配有控制等功能，配有CRTCRT显示及常规的计算机显示及常规的计算机键盘，与工业控制计算机相似。键盘

34、，与工业控制计算机相似。 编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。 4141（1 1）整体式）整体式PLCPLC 它将它将PLCPLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出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、插座、EPROMEPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。存储器插座、扩展单元的接口插座等。 优点优点具有这种结构的可编程序控制器

35、结构紧凑、体积小、价格低。具有这种结构的可编程序控制器结构紧凑、体积小、价格低。 图图5-21 SIMENS SIMATIC S7-2005-21 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图的外形图42（2 2）模块式）模块式PLCPLC输入输出点数较多的大型、中型和部分小型输入输出点数较多的大型、中型和部分小型PLCPLC采用模采用模块式结构。其优点为：块式结构。其优点为：图图5-22 SIMENS SIMATIC 5-22 SIMENS SIMATIC S7-300S7-300的外形图的外形图 采用积木搭接的方式组成系统，便于扩采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其展，其CPUC

36、PU、输入、输出等都是独立的模块，、输入、输出等都是独立的模块，有的有的PLCPLC的电源包含在的电源包含在CPUCPU模块之中。模块之中。 品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。品种多，硬件配置灵活，更换模块方便。 （3 3）叠装式）叠装式PLCPLC 它吸收了整体式和模块式它吸收了整体式和模块式PLCPLC的优点，其基本单元、扩展的优点，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、输出点数的配置也相当灵活。数的配置也相当

37、灵活。 二、可编程序控制器的基本组成二、可编程序控制器的基本组成43图5-23 PLC的基本组成框图44 解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程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。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。主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。 RAMRAM、ROMROM、EPROMEPROM和和E2PROME2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等，外存常用盒式磁带或磁盘等图5-24 简化的存储映像45I

38、IO O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。 PLC PLC连接的过程变量按信号类型可分为开关量（即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、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。模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。 编程器是编程器是PLC必不可少的重要外部设备。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编程器将用户所希望的功能通过编

39、程语言送到PLC的用户程序存储器。的用户程序存储器。 编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之之间进行人机界面。间进行人机界面。 4647 编程器与编程器与PLCPLC上的专用插座相连，或通过专用上的专用插座相连，或通过专用接口相连，程序可直接写入接口相连，程序可直接写入PLCPLC的用户程序存储器的用户程序存储器中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下中，也可先在编程器的存储器内存放，然后再下装到装到PLCPLC中。中。 编程器先不与编程器先不与PLCPLC

40、相连，编制的程序先存放在相连，编制的程序先存放在编程器的存储器中，程序编写完毕，再与编程器的存储器中，程序编写完毕，再与PLCPLC连接，连接，将程序送到将程序送到PLCPLC存储器中。存储器中。 便携式编程器和通用计算机。便携式编程器和通用计算机。 三、可编程序控制器的编程语言三、可编程序控制器的编程语言48五、应用实例五、应用实例60 为了保证水箱液位保持在一定范围，为了保证水箱液位保持在一定范围，分别在控制的分别在控制的上限和下限设置检测传感上限和下限设置检测传感器器，用，用PLCPLC控制注入水电磁阀。控制注入水电磁阀。 当液位低于下限时，下限检测开关断当液位低于下限时，下限检测开关断

41、开，打开电磁阀开始注水；当注水达到开，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，上限检测开关闭合，切断上限位置时，上限检测开关闭合，切断电磁阀。电磁阀。 PLC PLC采用采用OMRONOMRON的的CPM2A-60CDRCPM2A-60CDR。工艺。工艺要求如图要求如图5-335-33所示。所示。 输入、输出点分配如下：输入、输出点分配如下：上限检测开关上限检测开关0.000.00；下限检测开关；下限检测开关0.010.01平；平； 电磁阀电磁阀 10.00 10.00 图图5-33 5-33 水箱液位控制示意图水箱液位控制示意图61 控制接线如图控制接线如图5-345-34所示，图所示，图

42、5-355-35为液位控制梯形图。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，当低于液位下限时，下限开关与上限开关均断开，0.000.00与与0.010.01常闭触点闭合，使输出继电器常闭触点闭合，使输出继电器10.0010.00导通，注水电磁阀打导通，注水电磁阀打开；一旦超过下限液位，虽然开；一旦超过下限液位，虽然0.010.01触点断开，但由于触点断开，但由于10.0010.00触触点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测开关闭合，点的自锁作用，仍保证注水阀打开，直至上限检测开关闭合，0.000.00的常闭触点断开，输出继电器的常闭触点断开，输出继电器10.0010

43、.00断开，注水阀关闭。断开，注水阀关闭。 图5-34 控制接线示意图图5-35 液位控制梯形图62 在实际中往往要求一旦变量超限，即使恢复到正常值，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。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，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），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。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，工

44、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。当工艺变量恢复到正常之后，报警自动解除。 报警梯形图63图图5-40 5-40 加热炉的安全联锁保护系统加热炉的安全联锁保护系统 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、一个实验按钮和一个一个复位按钮、一个实验按钮和一个消音按钮，输出有三个指示灯和一个消音按钮，输出有三个指示灯和一个电磁阀。电磁阀。 65输入输入输出输出燃料流量下限检测燃料

45、流量下限检测FL1FL10000100001燃料流量下限报警指示灯燃料流量下限报警指示灯L1L10100101001原料流量下限检测原料流量下限检测FL2FL20000200002原料流量下限报警指示灯原料流量下限报警指示灯L2L20100201002火焰检测火焰检测BSBS0000300003火焰熄灭报警指示灯火焰熄灭报警指示灯L3L30100301003消音按钮消音按钮AN1AN10000000000电磁阀电磁阀V V0100001000复位按钮复位按钮AN2AN20000400004蜂鸣器蜂鸣器D D0100401004实验按钮实验按钮AN3AN30000500005表5-1 输入、输出

46、点分配表图5-41 系统接线示意图图5-42 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，可延长设备的采用可编程序控制器来实现包装过程，可延长设备的寿命，提高包装的精度。寿命，提高包装的精度。 图5-43 自动包装机控制流程图68输入输入输出输出输入端子输入端子对应元件对应元件输出端子输出端子对应元件对应元件0000000000A A料斗光电开关料斗光电开关1 10100001000A A秤振荡器秤振荡器0000100001A A料斗光电开关料斗光电开关2 20100101001B B秤振荡器秤振荡器0000200002B B料斗光电开关料斗光电开关1 10100201002A A秤电磁阀秤电磁阀0000300003B B料斗光电开关料斗光电开关2 20100301003B B秤电磁阀秤电磁阀0000400004夹袋按钮夹袋按钮0100401004A A秤挡板电磁阀秤挡板电磁阀0000500005计数器复位按钮计数器复位按钮0100501005B B秤挡板电磁阀秤挡板电磁阀0000500005A A秤故障开关秤故障开关0100601006夹袋电磁阀夹袋电磁阀0000600006B B秤故障开关秤故障开关0100701007外部计数器外部计数器表表5-2 5-2 自动包装机自动包装机PLCPLC的输入、输出点分配表的输入、输出点分配表