過(guò)程控制工程設(shè)計(jì)—順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、1,過(guò)程控制工程設(shè)計(jì),順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),機(jī)電學(xué)院自動(dòng)化研究所：許素安仰儀南樓310 電話：86914549,2,第四章順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),第一節(jié)順序控制概述第二節(jié)順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設(shè)計(jì),3,第一節(jié) 順序控制概述,順序控制系統(tǒng)(Sequence Control System)的特點(diǎn)，第一點(diǎn)是順序控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)都是二值邏輯信號(hào)，即開(kāi)關(guān)量；第二點(diǎn)是系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)取決于控制條件的成立與否。控制條件可能是根據(jù)生

2、產(chǎn)需要預(yù)先制訂的操作動(dòng)作順序，或者根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中是否滿足某些條件來(lái)采取相應(yīng)的操作動(dòng)作。是否滿足某些條件的含義是一個(gè)比較廣泛的概念，比如液位達(dá)到某位置開(kāi)動(dòng)攪拌；達(dá)到某點(diǎn)溫度開(kāi)始加某種原料；攪拌時(shí)間到停攪拌并打開(kāi)排出閥等。條件成立不僅僅是某個(gè)量達(dá)到規(guī)定值，時(shí)間到也是一種條件。,4,第二節(jié)順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設(shè)計(jì),一、順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá) 邏輯功能圖 順控系統(tǒng)時(shí)序圖 二、順序控制系統(tǒng)邏輯功能的實(shí)現(xiàn) 可有三種，即選

3、用專(zhuān)門(mén)的順序控制設(shè)備、通過(guò)繼電線路實(shí)現(xiàn)、選用可編程的順序控制工具。,5,順序控制概述,順序控制的概念順序控制系統(tǒng)分類(lèi)與組成,6,自動(dòng)化控制領(lǐng)域主要分為過(guò)程自動(dòng)化和機(jī)械自動(dòng)化。這兩種自動(dòng)化都可分為獲得信息、處理信息和輸出信息三部分。第一部分通過(guò)測(cè)量裝置由生產(chǎn)設(shè)備上自動(dòng)獲取信息；第二部分是按一定的邏輯關(guān)系對(duì)所獲得的信息進(jìn)行處理；第三部分通過(guò)輸出裝置輸出信息，再由相應(yīng)的輔助設(shè)施送到生產(chǎn)設(shè)備的執(zhí)行裝置上，從而對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制。,順

4、序控制的概念,7,這種信息處理的方式就是廣義的反饋控制概念，根據(jù)控制系統(tǒng)所處理信息形式的不同，可分為：,順序控制的概念,,,8,— 根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程要求預(yù)先確定程序，使系統(tǒng)在輸入信號(hào)條件的作用下，按順序進(jìn)行工序轉(zhuǎn)換 — 根據(jù)各工序要求，控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，保證過(guò)程正常進(jìn)行,順序控制的概念,9,順序控制系統(tǒng)（Sequence Control System）與程序控制系統(tǒng)(Program Control System)相比

5、有兩點(diǎn)不同： 第一點(diǎn)是順序控制的輸入和輸出信號(hào)都是二值邏輯信號(hào)，即開(kāi)關(guān)量； 第二點(diǎn)是系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)取決于控制條件的成立與否。,順序控制的概念,10,順序控制和數(shù)值控制是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)的控制方式 — 順序控制：控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝按預(yù)先規(guī)定的工藝要求，在各個(gè)輸入信號(hào)的作用下，使生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按預(yù)先規(guī)定的順序動(dòng)作 — 數(shù)值控制：用計(jì)算機(jī)把輸入的數(shù)字信息按一定的程序進(jìn)行處

6、理后轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，去控制一個(gè)或幾個(gè)被控制對(duì)象，使被控制點(diǎn)按照某種軌跡運(yùn)動(dòng),順序控制的概念,11,不需要生產(chǎn)過(guò)程信號(hào)的順序控制需要檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程信號(hào)的順序控制,順序控制系統(tǒng)的分類(lèi),4-1,12,,◆ 按順序執(zhí)行的繼電器－接觸器控制系統(tǒng) ◆ 無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制系統(tǒng) ◆ 以微型計(jì)算機(jī)為核心的順序控制系統(tǒng) ◆ 可編程序控制器,順序控制系統(tǒng)的分類(lèi),13,,利用繼電器、接觸器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)設(shè)備的控制和保護(hù)，稱(chēng)

7、為繼電接觸控制。盡管電力拖動(dòng)自動(dòng)控制已向無(wú)觸點(diǎn)、連續(xù)控制、弱電化、微機(jī)控制方向發(fā)展，但由于繼電器--接觸器控制系統(tǒng)所用的控制電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、能夠滿足生產(chǎn)機(jī)械一般的生產(chǎn)要求，因此，目前仍然獲得廣泛的應(yīng)用。,14,KM,FU,Q,,,,點(diǎn)動(dòng)控制,動(dòng)作過(guò)程,控制電路,主電路,鼠籠式電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的控制線路,15,,,,,,,,,,,,KM1,FU,Q,,,,,,,,KM2,M1,M2,3~,3~,,,,,,,,,.,SB,SB1,K

8、M1,KM1,SB2,KM2,KM2,按SB1,通電,閉合,再按SB2,閉合,通電,閉合,閉合,1. 控制順序：M1起動(dòng)后M2才能起動(dòng)。M2既不能單獨(dú)起動(dòng)，也不能單獨(dú)停車(chē)。,,,電機(jī)的順序控制,.,.,.,.,16,專(zhuān)用順序控制器 ◆ 針對(duì)某一類(lèi)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝 流程而設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件 ◆ 采用固定連線控制的設(shè)計(jì)思想來(lái)設(shè)計(jì)硬件和 軟件，靈活性不夠，通用性差 ◆ 控

9、制軟件采用匯編語(yǔ)言編制，用戶自行二次 開(kāi)發(fā)軟件和調(diào)試?yán)щy,順序控制系統(tǒng)的分類(lèi),17,,可編程控制器（Programmable Controller） ◆ 早期的PLC雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上它只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能 ◆ 在經(jīng)歷了30年的發(fā)展，現(xiàn)代PLC產(chǎn)品已經(jīng)成為了名符其實(shí)的多功能控制器，如邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理等功能都得到了很大的加強(qiáng)和完善

10、◆ 與此同時(shí)，PLC的網(wǎng)絡(luò)通信功能也得到飛速發(fā)展，PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)成為了工廠企業(yè)中不可或缺的一類(lèi)工業(yè)控制裝置,順序控制系統(tǒng)的分類(lèi),18,,PLC的特點(diǎn) ◆ 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ◆ 控制程序可變，具有良好的可變性 —— 編程簡(jiǎn)單，使用方便 ——功能完善，擴(kuò)充方便，組合靈活 ——縮短設(shè)計(jì)和施工時(shí)間,順序控制系統(tǒng)的分類(lèi),19,,一般組成：系統(tǒng)控制器、輸入輸出電路、輸入輸出接口、信號(hào)

11、檢測(cè)、顯示電路、報(bào)警電路、操作臺(tái)。,順序控制系統(tǒng)的組成,20,,PLC的基本組成,順序控制系統(tǒng)的組成,21,,CPU是PLC的核心組成部分，其主要任務(wù)有： — 接收、存儲(chǔ)由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)， 并通過(guò)顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址 — 檢查、校驗(yàn)用戶程序 — 接收、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息 — 執(zhí)行用戶程序 — 故障診斷,順序控制系統(tǒng)的組成,22,,PLC的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

12、等三種 — 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改 — 用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫(xiě)的各種用戶程序 — 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù),順序控制系統(tǒng)的組成,23,,I/O接口是PLC與外界連接的接口 — 輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類(lèi)型的輸入信號(hào)，一類(lèi)是由按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)等

13、的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。另一類(lèi)是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)的模擬量輸入信號(hào) — 輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等,順序控制系統(tǒng)的組成,24,繼電器控制系統(tǒng)與ＰＬＣ控制的比較,,25,,例１ 用繼電接觸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟／?？刂?,,,,,QS,FR,,,,FU,KM,,,,,,,M3~,工作原理: 合刀開(kāi)關(guān)QS,按SB1→KM線圈得電,按SB2→

14、KM線圈失電,M3~,M3 ~,→KM輔助觸頭閉合自鎖→KM主觸頭閉合→M運(yùn)轉(zhuǎn),→KM輔助觸頭解除自鎖→KM主觸頭斷開(kāi)→M停轉(zhuǎn),,,,,,,,KM,,,,,,,,,,SB1,,,KM,,,,,SB2,,,,,,,,,,,,,,,FR,,,,,,,,,,主電路,控制電路,,,,26,,,,,,,,QS,FR,,,,FU,KM,,,,,,,M3~,M3~,M3 ~,,,,,,,,KM,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,FR,

15、,,,,X0,X1,COM,,,,,,,,,,,Y0,COM1,,,,,,,Y0,X0,Y0,,~ 220 V,,SB1,SB2,PLC,X1,例１ 用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)啟／?？刂?,主電路,控制電路,用戶程序,,,,,27,,例２ 用繼電接觸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 正／反轉(zhuǎn)控制,U V W,28,,,,,,,,,,,,,,,,QS,,,,,FR,,,,FU,,,M3 ~,,,,,KM2,,,,,,,,,,,,,,按SB1→KM1得電,→KM

16、1常開(kāi)觸頭閉合→M運(yùn)轉(zhuǎn),,誤按SB2→KM2得電,,,,,若去掉互鎖 —合QS，,→KM2常開(kāi)觸頭閉合→,U V W,則電源U、W相間短路,,,,,,,,,,M3 ~,→ 熔斷器 FU燒毀！,KM1,,,,KM2,,,,,,,,,,,SB1,,,,,,,,SB3,,,,,,,,FR,,,,,,,,,,SB2,,,,,KM1,KM2,,,,,,KM1,,,,,,,,,,,,,,,,KM2,KM1,加互鎖防止短路,KM1,KM2,2

17、9,,例２ 用PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 正、反轉(zhuǎn)控制,PLC內(nèi)部用戶程序,30,順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設(shè)計(jì),順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá) 順序控制系統(tǒng)邏輯功能的實(shí)現(xiàn),31,,繼電器接點(diǎn)圖（繼電-接觸器型順序控制中常用） 梯形圖 邏輯功能圖、順控流程圖、順序控制系統(tǒng)時(shí)序圖：用符號(hào)表達(dá)被控對(duì)象的動(dòng)作順序、邏輯關(guān)系以及利用各種功能實(shí)現(xiàn)控制要求的順序圖。特點(diǎn)：順序關(guān)系和邏輯關(guān)系表達(dá)清晰明了，對(duì)編程、 調(diào)試、檢查

18、、排錯(cuò)具有指導(dǎo)作用。,順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá),32,,邏輯功能圖 邏輯功能圖是由一些邏輯符號(hào)組成，與其相互之間的連線共同表達(dá)順序控制邏輯關(guān)系的邏輯圖。邏輯功能的表示符號(hào)由《自控專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)用圖形符號(hào)和文字代號(hào)》（HG/T 20637.2-1998）第三項(xiàng)中加以規(guī)定。,順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá),33,,順序控制系統(tǒng)時(shí)序圖 圖4-2分為上下兩個(gè)部分： 上部分為順序控制系統(tǒng)的條件，即該系統(tǒng)的輸入信號(hào)；

19、 下部分是該系統(tǒng)的執(zhí)行器或指示燈的動(dòng)作，即該系統(tǒng)的輸出信號(hào)。,順序控制系統(tǒng)邏輯功能的表達(dá),34,,根據(jù)所選用的順序控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)順序控制系統(tǒng)功能可有不同的實(shí)現(xiàn)方法，大體上分為： 選用專(zhuān)門(mén)的順序控制設(shè)備：專(zhuān)用，程序預(yù)先設(shè)定。 通過(guò)繼電線路實(shí)現(xiàn)：需精心設(shè)計(jì)，不能隨便改動(dòng) 選用可編程的順序控制工具：靈活，功能強(qiáng)大， 修改方便，