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1、12023/2/18 12:56:01学习本章的基本要求（1）掌握各种基本控制规律及其特点；（2）熟悉比例度、积分时间、微分时间对控制系统的影响；（3）了解QTL-500膜片式控制器及DTL-121型控制器的基本组成；（4）了解可编程序控制气的功能和特点。第1页/共96页22023/2/18 12:56:025.1 概述控制仪表经历三个发展阶段控制仪表经历三个发展阶段控制仪表经历三个发展阶段控制仪表经历三个发展阶段 基地式控制仪表 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（1 1 1 1）控制仪表发展）控制仪表发展第2页/共96页32023/2/18 12:56:02（2 2 2
2、 2）控制器的控制规律）控制器的控制规律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。即在研究控制器的控制规律时在研究控制器的控制规律时 经经常常是是假假定定控控制制器器的的输输入入信信号号e e是是一一个个阶阶跃跃信信号号，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随时间的变化规律。随时间的变化规律。（3 3）控制器的基本控制规律）控制器的基本控制规律）控制器的基本控制规律）控制器的基本控制规律 位位式式控控制制（其其中中以以双双位位控控制制比比较较常常用用）、比比例例控控制制（P P）、积积分分控控制制（I I）、微微分分控控制制（D D）及及它它们们的的组组
3、合合形形式式，如如比比例例积积分分控控制制（PIPI）、比比例例微微分分控控制制（PDPD）和和比比例例积分微分控制积分微分控制（PIDPID）。）。第3页/共96页42023/2/18 12:56:025.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响双位控制6理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为图5-1 理想双位控制特性图5-2 双位控制示例第4页/共96页52023/2/18 12:56:02 将上图中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低，延
4、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第5页/共96页62023/2/18 12:56:02图55第6页/共96页72023/2/18 12:56:02 XCT动圈指示仪在XCZ的基础上增加了调节机构和电路，就构成了双位指示调节仪。其工作原理如下：被测温度由热电偶或热电阻测量桥路变换为直流毫伏信号，输入到动圈测量机构，使动圈连同其上的指示指针、铝旗随输入毫伏信号的大小产生相应的偏转，指针直接指示出测量值。同时铝旗也处于一个相应的位置，它与给定针上附有的平面检测线圈构成偏差检测机构，把指示值与给定值的偏差变成了铝旗与平面检测线圈的相互位置变
5、化。检测线圈是控制电路中的一个电感元件。当指示值低于给定值时，铝旗在检测线圈外面，此时检测线圈有较大的电感量，高频振荡放大器有振荡电流输出，使继电器吸合，加热器通电加热。当测量值到达给定值时，指示指针与给定指针重合，装在指示指针上的小铝旗便进入两平行检测线圈之间，使检测线圈的电感虽减少，高频振荡器便停振，此时流过继电器线圈的电流将显著减少，于是继电器触点断开，加热电路断电，温度就逐渐下降。当测量值又小于给定值，即小铝旗退出检测线圈时，高频振荡放大器又启振、输出较大约振荡电流，使继电器触点重新吸合，如此反复循环，就实现了加热器的双位控制。第7页/共96页82023/2/18 12:56:02第8
6、页/共96页92023/2/18 12:56:02第9页/共96页102023/2/18 12:56:03双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标 结论结论被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因而应用很普遍。第10页/共96页112023/2/18 12:56:03比例控制 在双位控制系统中，被控变量不可避免地会产生持续的等幅振荡过程，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稳定，达到平衡状态。第11页/共9
7、6页122023/2/18 12:56:03图5-7 简单的比例控制系统示意图第12页/共96页132023/2/18 12:56:03如图如图5 57 7，根据相似三角形原理，根据相似三角形原理对于具有比例控制的控制器对于具有比例控制的控制器比例控制的放大倍数比例控制的放大倍数K KP P是一个重要的系数，是一个重要的系数，它决定了比例控制作用的强弱。它决定了比例控制作用的强弱。（5-4）第13页/共96页142023/2/18 12:56:0311比例度比例度 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。图5-8比例度示意图（5-5）第14页/共96页152023/2/1
8、8 12:56:03举例DDZ-型比例作用控制，温度刻度范围为400800，控制器输出工作范围是010mA。当指示指针从600移到700，此时控制器相应的输出从4mA变为9mA，其比例度的值为 说明说明 对于这台控制器，温度变化全量程的50（相当于200），控制器的输出就能从最小变为最大，在此区间内，e和p是成比例的。第15页/共96页162023/2/18 12:56:03将式（5-4）的关系代入式（5-5），经整理后可得 比例度与放大倍数KP成反比。控制器的比例度越小，它的放大倍数KP就越大，它将偏差（控制器输入）放大的能力越强，反之亦然。结论第16页/共96页172023/2/18 12
9、:56:03下图表示图5-5的液位比例控制系统的过渡过程。图5-9 比例控制系统过渡过程在t=t0时，系统外加一个干扰作用液位开始下降作用在控制阀上的信号进水量增加偏差的变化曲线第17页/共96页182023/2/18 12:56:03图5-10比例度对过渡过程的影响第18页/共96页192023/2/18 12:56:04优点优点：反应快，控制及时缺点缺点：存在余差 若若对对象象的的滞滞后后较较小小、时时间间常常数数较较大大以以及及放放大大倍倍数数较较小小时时，控控制制器器的的比比例例度度可可以以选选得得小小些些，以以提提高高系系统统的的灵灵敏敏度度，使使反反应应快快些些，从从而而过过渡渡过
10、过程程曲曲线线的的形形状状较较好好。反反之之，比比例例度度就要选大些以保证稳定。就要选大些以保证稳定。结论结论第19页/共96页202023/2/18 12:56:04（3）积分控制 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。积分控制作用的输出变化量p与输入偏差e的积分成正比，即 图5-11 积分控制器特性当输入偏差是常数A时 当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当有偏差存在时，输出信号将随时间增长（或减小）。当当偏偏差差为为零零时时，输输出出才才停停止止变变化化而而稳稳定定在在某某一一值值上上，因因而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差
11、。而用积分控制器组成控制系统可以达到无余差。结结论论第20页/共96页212023/2/18 12:56:04第21页/共96页222023/2/18 12:56:04图5-12图5-12第22页/共96页232023/2/18 12:56:04把比例与积分组合起来，这样控制既及时，又能消除余差。图5-13 比例积分控制器特性比例积分控制规律可用下式表示 或若偏差是幅值为A的阶跃干扰比例积分控制0 TI第23页/共96页242023/2/18 12:56:04积分时间积分时间TI：在阶跃偏差作用下，PI控制器的输出达到比例输出的2倍所经历的时间。积分时间对控制过程的影响TI容易消除余差，但振荡
12、加剧，TI0只有比例作用；TI积分作用，TI无积分作用。所以PI控制器细调：积分作用粗调：比例作用合适的TI为振荡周期的0.51倍，同时将从纯比例时的值放大1020%。第24页/共96页252023/2/18 12:56:04图5-14积分时间对过渡过程的影响第25页/共96页262023/2/18 12:56:05比例积分控制器对于多数系统都可采用，比比例例度度和和积积分分时间时间两个参数均可调整。当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；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。第26页/共96页272023/2/18 12:56:05（4）微分
13、控制在在自自动动控控制制时时，控控制制器器具具有有微微分控制规律分控制规律图5-15 理想微分控制器特性优点优点具有超前控制功能。具有超前控制功能。缺点缺点它它的的输输出出不不能能反反映映偏偏差差的的大大小小，假假如如偏偏差差固固定定，即即使使数数值值很很大大，微微分分作作用用也也没没有有输输出出，因因而而控控制制结结果果不不能能消消除除偏偏差差，所所以以不不能能单单独独使使用用这这种种控控制制器器，它它常常与与比比例例或或比比例积分组合构成比例微分或三作用控制器。例积分组合构成比例微分或三作用控制器。第27页/共96页282023/2/18 12:56:05实际微分控制器特性第28页/共96
14、页292023/2/18 12:56:06比例微分控制规律比例微分控制规律PDPD 理想理想PDPD规律规律制造困难制造困难 实际实际PDPD规律规律式中：式中：K KD D为微分放大倍数。为微分放大倍数。令令 微分衰减时间常数。微分衰减时间常数。第29页/共96页302023/2/18 12:56:06在幅值为在幅值为A A的阶跃偏差信号作用下对上式求解得：的阶跃偏差信号作用下对上式求解得：当当t t0 0时：时：（跳变值）（跳变值）当当t t 时：时：当当t tT T时：时：（最终稳态值值）（最终稳态值值）A第30页/共96页312023/2/18 12:56:06决定微分作用强弱的因素有
15、两个：决定微分作用强弱的因素有两个：一一个个是是开开始始跳跳变变幅幅度度的的倍倍数数，即即K KD D；二二是是降降下下来来所所需需时时间间T TD D。K KD D 或或T TD D微分作用加强。微分作用加强。控制器选定后，控制器选定后，K KD D固定不变。固定不变。如膜片式微分器如膜片式微分器K KD D6 6，波纹管式微分器，波纹管式微分器K KD D1010型电动控制器型电动控制器K KD D5 5，型电动控制器型电动控制器K KD D1010K KD D11的控制器为反微分控制器，如膜片式反微分器的控制器为反微分控制器，如膜片式反微分器K KD D1/61/6微微分分时时间间T T
16、D D可可以以改改变变：T TD D微微分分作作用用加加强强，T TD D 微微分分作作用减弱。用减弱。第31页/共96页322023/2/18 12:56:06 微分时间微分时间T TDDT TDD的的物物理理意意义义：在在线线性性输输入入作作用用下下，达达到到同同样样输输出出值值，理理想想PDPD作用比作用比P P作用超前一段时间为作用超前一段时间为T TDD。理想PDPTDt1 t2KP e对PD控制器输入一个线性信号理想PD特性与P相比较，输出要高出一段从时间上看，要达到同样输出，对P作用需加 所经历时间为第32页/共96页332023/2/18 12:56:07T TDD对控制过程的
17、影响：对控制过程的影响：第33页/共96页342023/2/18 12:56:07 由于微分作用是根据偏是的变化速度来控制的，在扰动作用的瞬间，尽管开始偏差很小，但如果它的变化速度较快，则微分控制器就有较大输出，它的作用较之比例作用还要及时还要大：对于一些滞后较大、负荷变化较快的对象，当较大的干扰施加以后，由于对象的惯性，偏差在开始一段时间内都是比较小的，如果仅采用比例控制作用，则偏差小，控制作用也小，这样来，控制作用就不能及时加大来克服已经加入的干扰作用影响。但是，如果加入微分作用，它就可以在偏差尽管不大，但偏差开始剧烈变化的时刻，立即产生一个较大的控制作用，及时抑制偏差的继续增长。所以，微
18、分作用具有一种抓住“苗头”预先控制的性质，这种性质是种“超前”性质。因此微分控制有人称它为“超前控制”。一般说来，由于微分控制的“超前”控制作用，是能够改善系统的控制质量的。对于一些滞后较大的对象，例如温度对象持别适用。第34页/共96页352023/2/18 12:56:07比例积分控制规律（比例积分控制规律（PID)PID)图5-15 三作用控制器特性理想PID特性：实际PID特性：理想PID特性曲线实际PID特性曲线第35页/共96页362023/2/18 12:56:07 由于三作用控制器综合了各类控制器的优点，因此具有较好的控制性能。对于一台实际的比例积分微分控制器，如果把微分时间调
19、到零，就成为一台比例积分控制器；如果把积分时间放到最大，就成为一台比例微分控制器；如果把微分时间调到零，同时把积分时间放到最大，就成为一台纯比例控制器了。第36页/共96页372023/2/18 12:56:08小结比例控制比例控制 它它依依据据“偏偏差差构构大大小小”来来进进行行控控制制。它它的的输输出出变变化化与与输输入入偏偏差差的的大大小小成成比比例例。控控制制及及时时，但但是是有有余余差差。用用比比例例度度来来表表示示其其作作用用的的强强弱弱越越小小，控控制制作作用用越强。比例作用太强时，会引起振荡甚至不稳定。越强。比例作用太强时，会引起振荡甚至不稳定。积分控制积分控制 它它依依据据“
20、偏偏差差是是否否存存在在”来来进进行行控控制制。它它的的输输出出变变化化与与偏偏差差对对时时间间的的积积分分成成比比例例，只只有有当当余余差差完完全全消消失失，积积分分作作用用才才停停止止。所所以以积积分分控控制制能能消消除除余余差差，促促积积分分控控制制缓缓慢慢，动动态态偏偏差差大大，控控制制时时间间长长。用用积积分分时时间间T1表表示示其其作作用的强弱，用的强弱，TI越小，积分作用越强。积分作用太强时，也易引起振荡。越小，积分作用越强。积分作用太强时，也易引起振荡。微分控制微分控制 它它依依据据“偏偏差差变变化化速速度度”来来进进行行控控制制。它它的的输输出出变变化化与与输输入入偏偏差差变
21、变化化的的速速度度成成比比例例，其其实实质质和和效效果果是是阻阻止止被被控控变变量量的的一一切切变变化化，有有超超前前控控制制的的作作用用。对对滞滞店店大大的的对对象象有有很很好好的的效效果果。使使控控制制过过程程动动态态偏偏差差减减小小、时时间间缩缩短短、余余差差减减小小(但但不不能能消消除除)。用用微微分分时时间间TD表表示示其其作作用用的的强强弱弱。TD大大，作作用用强强。TD太大，会引起振荡。太大，会引起振荡。第37页/共96页382023/2/18 12:56:08第38页/共96页392023/2/18 12:56:08单元组合仪表一般可以分为七大类单元，它们分别为:1变送单元(B
22、)用来检测各种工艺多数，如温度、压力、流量、液位等，并转换成标准信号传送给其它单元，亦称为变送器。2控制单元(T)它将变送单元送来的测量信号与给定的信号相比较，得出偏差信号，根据达个偏差的大小与正负，按定的控制规律向执行单元发出控制信号。亦称控制器。3.显示单元(X)用来显示记录被控参数的数值。如指示仪、记录仪等。4。计算单元(J)它可以对各单元输出的统一信号进行各种数学运算，如加、减、乘、除、开方等。第39页/共96页402023/2/18 12:56:08 5给定单元(G)它用来提供调节单元所需的给定值。如果给定值是随时间有规律地变化，就可以实现程序控制。6转换单元(z)它可以田用来实现气
23、压号和电信号的相互转换。这样就可以把气动表和电动仪表联合起来使用，以扩大仪表的使用范围。7辅助单元(F)它在自动控制系统中起着各种捕助作用，完成各种辅助的工作，如发讯、切换、遥控 等。第40页/共96页412023/2/18 12:56:085.3 模拟式控制器基本构成原理及部件 在模拟式控制器中，所传送的信号形式为连连续续的的模模拟拟信信号号。目前应用的模拟式控制器主要是电动控制器电动控制器。图5-16 控制器基本构成（1 1）比较环节比较环节作用作用将给定信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。（2 2）放大器放大器是一个稳态增益很大的比例环节。（3 3）反馈环节反馈
24、环节作用作用 通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。第41页/共96页422023/2/18 12:56:09如QTL500型比例积分调节器主要由比例部分(包括比较部分)、积分部分、放大部分和开关部分组成。A.比较部分第42页/共96页432023/2/18 12:56:09B放大部分第43页/共96页442023/2/18 12:56:09C比例部分第44页/共96页452023/2/18 12:56:10D积分部分第45页/共96页462023/2/18 12:56:10E开关部分第46页/共96页472023/2/18 12:56:10第47页/共96页482023/2/18
25、12:56:10型电动控制器（1 1）DDZ-DDZ-型仪表的特点型仪表的特点采用国际电工委员会（采用国际电工委员会（IECIEC）推荐的统一标准信号。）推荐的统一标准信号。优点优点优点优点 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。只要改变转换电阻阻值，控制室仪表便可接收其他1:5的电流信号。因为最小信号电流不为零，为现场变送器实现两线制创造了条件。现场变送器与控制室仪表仅用两根导线联系（图5-37），既节省了电缆线和安装费用，还有利于安全防爆。第48页/共96页492023/2/18 12:56:10广泛采用集成电路，可靠性提高，维
26、修工作量减少。广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。广泛采用集成电路，可靠性提高，维修工作量减少。优点优点优点优点 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。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。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。第49页/共96页502023/2/18 12:56:11型仪表统一由电源箱供给型仪表统一由电源箱供给型仪表统一由电源箱供给型仪表统一由电源箱供给24V DC24V DC24V DC24V DC电源，并有蓄电池电源，
27、并有蓄电池电源，并有蓄电池电源，并有蓄电池作为备用电源。作为备用电源。作为备用电源。作为备用电源。优点优点优点优点 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。第50页/共96页512023/2/18 12:56:11结构合理，比之结构合理，比之结构合理，比之结构合理，比之型有许多先进之处。型有许多先进之处。型有许多先进之处。型有许多先进之处。表现在表现在 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100mm刻度纵
28、形大表头，指示醒目，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。第51页/共96页522023/2/18 12:56:11 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，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用，可组成SPC系统实现计算机监督控制，也可组成DDC控制的备用系统。整套仪表可构成安全火花型防爆系统。整套仪表可构成安全火花型防爆系统。整套仪表可构成安全火花型防爆系统。整套仪表可构成安全火花型防爆系统。第52页/共96页532023/2/18 12:56:11（2 2）DDZ
29、-DDZ-型电动控制器的组成与操作型电动控制器的组成与操作图5-17 DDZ-型控制器结构方框图 主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路、输出电路及指示电路等组成。第53页/共96页542023/2/18 12:56:11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54页/共96页552023/2/18 12:56:115.4 数字式控制器数字
30、式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器与模拟式控制器的异同点：数字式控制器模拟式控制器构成原理数字技术模拟技术所用器件以微处理机为核心部件以运算放大器等模拟电子器件为基本部件不同点不同点相同点相同点仪表总的功能和输入输出关系基本一致。第55页/共96页562023/2/18 12:56:11数字式控制器的主要特点 1.实现了模拟仪表与计算机一体化。2.具有丰富的运算控制功能。3.使用灵活方便，通用性强。4.具有通讯功能，便于系统扩展。5.可靠性高，维护方便。第56页/共96页572023/2/18 12:56:11数
31、字式控制器的基本构成数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路数字式控制器的硬件电路图5-19 数字式控制器的硬件电路第57页/共96页582023/2/18 12:56:11（1 1 1 1）主机电路）主机电路）主机电路）主机电路 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之间的管理。（2 2 2 2）过程输入通道）过程输入通道）过程输入通道）过程输入通道 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，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。（3 3 3 3）过程输出通道）过程输出通道）过程输出通道）过程输
32、出通道 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，开关量输出通道用于输出开关量信号。第58页/共96页592023/2/18 12:56:11（4 4 4 4）人机联系部件）人机联系部件）人机联系部件）人机联系部件 人机联系部件一般置于控制器的正面和侧面。（5 5 5 5）通信接口电路）通信接口电路）通信接口电路）通信接口电路 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。第59页/共96页602023/2/18 12:56:11数字式
33、控制器的软件数字式控制器的软件数字式控制器的软件数字式控制器的软件（1 1 1 1）系统程序）系统程序）系统程序）系统程序 系统程序是控制器软件的主体部分，通常由监监控控程程序序和功能模块功能模块两部分组成。（2 2 2 2）用户程序）用户程序）用户程序）用户程序 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接起来的结果。第60页/共96页612023/2/18 12:56:11作用作用作用作用使控制器完成预定的控制与运算功能。用户程序的编程通常采用面面向向过过程程POLPOL语语言言。通常有组态式和空栏式语言两种，组态式又有表格式和助记符式之分。
34、控制器的编程工作是通过专用的编程器进行的，有“在线”和“离线”两种编程方法。第61页/共96页622023/2/18 12:56:11型可编程序调节器是一种单回路的数字控制器。图5-20 KMM型调节器正面布置图17指示灯；8，9按钮；1013指针 可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，输出三个数字信号。功能强大；能用于单回路的简单控制系统与复杂的串级控制系统；控制精度高、使用方便灵活；有自我诊断的功能，维修方便；可与电子计算机联用。优点优点第62页/共96页632023/2/18 12:56:11调节器的启动步骤：调节器的启动步骤：调节器的启动步骤：调节器的启动步骤：
35、（1）调节器在启动前，要预先将“后备手操单元”的“后备正常”运行方式切换开关扳到“正常”位置。另外，还要拆下电池表面的两个止动螺钉，除去绝缘片后重新旋紧螺钉。（2）使调节器通电，调节器即处于“联锁手动”运行方式，联锁指示灯亮。（3）用“数据设定器”来显示、核对运行所必需的控制数据，必要时可改变PID参数。（4）按下“R”键（复位按钮），解除“联锁”。这时就可进行手动、自动或串级操作。第63页/共96页642023/2/18 12:56:115.5 可编程序控制器概述 1969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，称为可编程逻辑控制器，简称PLC。可编程序控制器
36、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。可编程序控制器最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，PLC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。第64页/共96页652023/2/18 12:56:11PLCPLCPLCPLC产品的分类方法产品的分类方法产品的分类方法产品的分类方法1.1.按容量分按容量分（1）小型PLCIO点总数一般为20128点。主要功能主要功能逻辑运算、定时计数、移位处理等，采用专用简易编程器。（2）中型PLC其IO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
37、变量检测及连续控制。主要功能主要功能 除有小型PLC的功能外，还有算术运算、数据处理及AD、DA转换、联网通信、远程IO等功能，可用于比较复杂过程的控制。第65页/共96页662023/2/18 12:56:11（3）大型PLC其IO点总数在513点以上。主要功能主要功能 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。编程可采用梯形图、功能表图及高级语言等多种方式。第66页/共96页672023/2/18 12:56:11第五节 可编程序控制器.按硬件结构分
38、按硬件结构分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5-21 SIMENS SIMATIC S7-200的外形图第67页/共96页682023/2/18 12:56:11（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5-22 SIMENS SIMATIC S7-300的外形
39、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，硬件配置灵活，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、输出点数的配置也相当灵活。第68页/共96页692023/2/18 12:56:12可编程序控制器的基本组成图5-23 PLC的基本组成框图第69页/共96页702023/2/18 12:56:121.1.1.1.中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器 解释并执行用户
40、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。2.2.存储器存储器 （1 1）存储器类型：）存储器类型：RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用盒式磁带或磁盘等作用作用（2 2）存储区分配）存储区分配图5-24 简化的存储映像第70页/共96页712023/2/18 12:56:123.3.3.3.输入输出模块输入输出模块输入输出模块输入输出模块IO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
41、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。第71页/共96页722023/2/18 12:56:124.4.4.4.编程器编程器编程器编程器功能功能 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。第72页/共96页732023/2/18 12:56:12工作方式工作方式工作方式工作方式 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
42、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）编程方式在线（联机）编程方式分类分类便携式编程器和通用计算机。第73页/共96页742023/2/18 12:56:12可编程序控制器的编程语言1.1.1.1.梯形图语言梯形图语言梯形图语言梯形图语言 梯形图语言在形形式式上上类似于继电器的控制电路，它从上至下按行编写，每一行则按从左至右的顺序编写,CPU将按自左到右、从上而下的顺序执行程序。梯形图的左侧左侧竖直线称为母线母线,其左侧
43、安排输入触点和中间继电器触点，最右边右边必须是输出元素。目前常用的编程语言有以下几种：目前常用的编程语言有以下几种：梯形图语言梯形图语言 助记符语言助记符语言 功能表图功能表图 某些高级语言某些高级语言第74页/共96页752023/2/18 12:56:12举例举例某某一一过过程程控控制制系系统统，工工艺艺要要求求开开关关1 1闭闭合合40s40s后后，指指示灯亮，按下开关示灯亮，按下开关2 2后灯熄灭。后灯熄灭。图5-25（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5-25 梯形图程序第75页
44、/共96页762023/2/18 12:56:122.2.2.2.助记符语言助记符语言助记符语言助记符语言它又称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5-25（b）为梯形图对应的用助记符表示的指令表。不同厂家生产的PLC所使用的助记符各不相同，因此同一梯形图写成的助记符语句不相同。用户在梯形图转换为助记符时，必须先弄清PLC的型号及内部各器件编号、使用范围和每一条助记符的使用方法。注意！注意！第76页/共96页772023/2/18 12:56:12OMRON C 系列 PLC1.1.简介简介OMRON C 系列PL
45、C有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。微微型型PLCPLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，IO容量为几十点，最多可扩至120点。小小型型PLCPLC分为C120和C200H两种，C120最多可扩展256点IO，是紧凑型整体结构。第77页/共96页782023/2/18 12:56:12中中型型PLCPLC有C500和C1000H两种，I0容量分别为512点和1024点。大大型型PLCPLC有C2000H，IO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。第78页/共96页792023/2/18
46、 12:56:12图5-26 SYSMAC C28H外形示意图图5-27 CPM1A C*A外观图图5-28 C200H 外观示意图第79页/共96页802023/2/18 12:56:12第五节 可编程序控制器2.OMRON PLC 2.OMRON PLC 指令指令指令指令 指令大多数是按照位位（bitbit）寻寻址址，个别指令按照通通道道寻寻址址。按位寻址的地址编号为：通道号。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。在在OMRON OMRON PLCPLC中中，对对于于输输入入、输输出出等等继继电电器器的的编编号号不不用用加加字字母母。小型整体PLC的输入、
47、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置决定其编号。第80页/共96页812023/2/18 12:56:12第五节 可编程序控制器按功能分类按功能分类基本指令基本指令特殊功能指令特殊功能指令构成构成构成构成助记符助记符：表示指令要完成的功能。操作数操作数：指出了要操作的对象。第81页/共96页822023/2/18 12:56:12（1 1）OMRON PLCOMRON PLC的基本指令的基本指令的基本指令的基本指令 LD和LD NOT指令 OUT和OUT NOT指令 AND和AND NOT指令 OR和OR NOT指令图5-29
48、 OMRON PLC的基本指令应用示例 AND LD指令 OR LD指令 END指令 第82页/共96页832023/2/18 12:56:13（）几个功能指令（）几个功能指令 保保保保持持持持指指指指令令令令KEEPKEEP（1111）它执行继电器保持操作，可保持为ON或OFF状态，直到它的两个输入端之一使它复位或置位。图5-30 电机启动控制程序图第83页/共96页842023/2/18 12:56:13 微分指令微分指令DIFUDIFU（1313）和）和DIFDDIFD（1414）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
49、沿微分指令，DIFD是下降沿微分指令。图5-31 微分指令应用示例第84页/共96页852023/2/18 12:56:13 定时器定时器 定时器为递减型，有低速TIM和高速TIMH（15）两种。定时器的操作数包括定时器编号（N）和设定值（SV）两个数据。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5-32 计数包装控制程序第85页/共96页862023/2/18 12:56:13应用实例1.1.1.1.水箱液位控制水箱液位控制水箱液位控制水箱液位控制 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置检测传感器，
50、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，打开电磁阀开始注水；当注水达到上限位置时，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5-33所示。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5-33 水箱液位控制示意图第86页/共96页872023/2/18 12:56:13 控制接线如图5-34所示，图5-35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