可編程序控制器技術(shù)及其發(fā)展

1、分數(shù)： 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書題 目：可編程序控制器技術(shù)及其發(fā)展課 程：電氣設(shè)備與PLC課程設(shè)計 專 業(yè)： 自動化 班 級：2014級2班姓 名：學(xué) 號：電信學(xué)院電氣設(shè)備與PLC課程設(shè)計指導(dǎo)老師評價表院（部）年級專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號題目一、 指導(dǎo)老師評語指導(dǎo)老師簽名：2016年12月二、 成績評定（分優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等次）目錄第一章可編程序控制器概述41.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和定義41.2 可編程序控制器的主要功能及特點11.3 可編程序控制器的分類41.4 可編程序控制器的發(fā)展趨勢5第二章可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理62.1 可編程序控制器的組成與基本

2、結(jié)構(gòu)62.2 可編程序控制器的工作原理及主要技術(shù)指標9第三章 可編程序控制器的功能特點113.1序控制器的功能113.2程序控制器的功能特點12第四章霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計144.1任務(wù)分析及功能闡述144.2 PLC接線圖164.3 I/O分配表174.4控制流程的設(shè)計184.5梯形圖的設(shè)計19第五章可編程序控制器發(fā)展趨勢23第六章學(xué)習(xí)PLC建議與方法236.1學(xué)習(xí)PLC建議236.2學(xué)習(xí)PLC的方法24第一章 可編程序控制器概述可編程控制器（Programmable Controller簡稱PLC）。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技

3、術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰姟⒖煽啃愿?、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點，是當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制設(shè)備。1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和定義一、可編程序控制器的產(chǎn)生在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電控制器占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，一旦生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，這造成了時間和資金的嚴重浪費。20世紀60年代末期，為了使汽車

4、改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，以滿足生產(chǎn)的需求。美國通用汽車公司(GM公司) 1968年提出了研制新型控制裝置的十項指標，其主要內(nèi)容如下：(1) 編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；(2) 價格便宜，性價比高于繼電器控制系統(tǒng)；(3) 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；(4) 體積小于有繼電器控制柜的體積，能耗少；(5) 能與計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信；(6) 輸入量是交流115 V電壓信號（美國電網(wǎng)電壓是110V）；(7) 輸出量是交流115 V電壓信號、輸出電流在2 A以上，能直接驅(qū)動電磁閥等；(8) 具有靈活的擴展能力；(9) 硬件維護方便，采用插入

5、式模塊結(jié)構(gòu)；(10) 用戶存儲器容量至少在4 KB以上(根據(jù)當時的汽車裝配過程的要求提出)。從上述10項指標可以看出，它實際上就是當今可編程序控制器最基本的功能，具備了可編程序控制器的特點。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEG）根據(jù)上述要求研制出第一臺可編程序控制器，型號為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上適用成功，于是第一臺可編程序控制器誕生了。二、可編程序控制器的定義由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它進行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1980年正式將可編程序控制器命名為PC(Programmable Controller)，但為了與個人計算

6、機PC（Personal Computer）相區(qū)別，常將可編程序控制器簡稱為PLC，并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運算為主，能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能，用于控制機器或生產(chǎn)過程的 自動化控制裝置。1982年，國際電工委員會(International Electrical Committee，IEC)頒布了PLC標準草案第一稿，1985年提交了第2稿，并在1987年的第3稿中對PLC作了如下的定義：“PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、

7、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。1.2 可編程序控制器的主要功能及特點一、可編程序控制器的主要功能1 . 開關(guān)邏輯和順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序

8、邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種控制要求。2. 模擬控制（A/D和D/A控制）在工業(yè)生產(chǎn)過程中，許多連續(xù)變化的需要進行控制的物理量，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。過去，PLC長于邏輯運算控制，對于模擬量的控制主要靠儀表或分布式控制系統(tǒng)，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能，而且編程和使用方便。3. 定時/計數(shù)控制 PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時器與計數(shù)器。對于定時器，定時間隔可以由用戶加以設(shè)定；對于計數(shù)器，如果需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，則可以選擇高速計數(shù)器。4. 步進控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成

9、步進控制功能。 5運動控制在機械加工行業(yè)，可編程序控制器與計算機數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。6. 數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理能力，它不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等操作，有些PLC還可以進行浮點運算和函數(shù)運算。7. 通信聯(lián)網(wǎng)PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。二、可編程序控制器的特點PLC能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、

10、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其主要特點如下：1. 可靠性高可靠性指的是可編程控制器平均無故障工作時間。由于可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場?？删幊绦蚩刂破饕驯粡V大用戶公認為是最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。2. 控制功能強一臺小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制與集中管理。3. 用戶使用方便可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬

11、件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。4. 編程方便、簡單梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號、表達方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、簡單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。5. 設(shè)計、安裝、調(diào)試周期短可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安

12、裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯嶒炇夷M調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行安裝和接線，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，大大縮短了設(shè)計和投運周期。6. 易于實現(xiàn)機電一體化可編程序控制器體積小、重量輕、功耗低、抗振防潮和耐熱能力強，使之易于安裝在機器設(shè)備內(nèi)部，制造出機電一體化產(chǎn)品。目前以PLC作為控制器的CNC設(shè)備和機器人裝置已成為典型。1.3可編程序控制器的分類目前PLC的種類非常多，型號和規(guī)格也不統(tǒng)一，了解PLC的分類有助于PLC的選型和應(yīng)用。1. 按點數(shù)和功能分類為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器

13、能夠處理的輸入/輸出信號數(shù)是不一樣的。一般將一路信號叫做一個點，將輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的總和稱為機器的點數(shù)，簡稱I/O點數(shù)。一般講，點數(shù)多的PLC，功能也越強。按照點數(shù)的多少，可將PLC分為超小(微)、小、中、大四種類型。（1）超小型機：I/O點數(shù)為64點以內(nèi)，內(nèi)存容量為2561000字節(jié)；（2）小型機：I/O點數(shù)為64256，內(nèi)存容量為13.6K字節(jié)；小型及超小型PLC主要用于小型設(shè)備的開關(guān)量控制，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信等功能。（3）中型機：I/O點數(shù)為2561024，內(nèi)存容量為3.613K字節(jié)；中型PLC除具有小型、超小型PLC的功能外，還增加了數(shù)據(jù)處理能力，適用于小規(guī)模的

14、綜合控制系統(tǒng)。（4）大型機：I/O點數(shù)為1024以上，內(nèi)存容量為13K字節(jié)以上；大型PLC的功能更加完善，多用于大規(guī)模過程控制、集散式控制和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。2. 按結(jié)構(gòu)形式分類 通常從PLC硬件結(jié)構(gòu)形式上分整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。（1) 整體式結(jié)構(gòu)一般的小型及超小型PLC多為整體式結(jié)構(gòu)，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點是主機的I/O點數(shù)固定，使用不靈活。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)。（2) 模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)

15、又叫積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點是把PLC的每個工作單元都制成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通信模塊等。另外，機器上有一塊帶有插槽的母板，實質(zhì)上就是計算機總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個完整的PLC。這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴展、維修都很方便，缺點是體積比較大。常見產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。3. 按生產(chǎn)廠家分類PLC的生產(chǎn)產(chǎn)家很多，國內(nèi)國外都有，其點數(shù)、容量、功能各有差異，但都自成系列，比較有影響的廠家有： 日本立石（

16、OMRON）公司的C系列可編程序控制器；日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可編程序控制器；日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器；美國通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器；美國艾論布拉德利（A-B）公司的PLC-5系列可編程序控制器；德國西門子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可編程序控制器。1.4可編程序控制器的發(fā)展趨勢隨著PLC技術(shù)的推廣、應(yīng)用，PLC將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機

17、組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合的自動控制。PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來越強；應(yīng)用的專業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。另外，PLC在軟件方面也將有較大的發(fā)展。系統(tǒng)的開放使第三方的軟件能方便地在符合開放系統(tǒng)標準的PLC上得到移植。除了采用標準化的硬件外，采用標準化的軟件也能大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期；同時，標準化的軟件由于經(jīng)受了實際應(yīng)用的考驗，它的可靠性也明顯提高?？傊?，PLC總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強。第二章 可編程序控

18、制器的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 可編程序控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)PLC是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。一、可編程序控制器的硬件系統(tǒng)PLC的硬件系統(tǒng)由主機系統(tǒng)、輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。1. 主機系統(tǒng)圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖(1) 微處理器單元(Central Processing Unit，C

19、PU)。CPU是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運算控制中心，由它實現(xiàn)邏輯運算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務(wù)進行的。(2) 存儲器。存儲器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運行數(shù)據(jù)的單元。它包括只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)。只讀存儲器(ROM)在使用過程中只能取出不能存儲，而隨機存取存儲器(RAM)在使用過程中能隨時取出和存儲。(3) 輸入/輸出模塊單元。PLC的對外功能主要是通過各類接口模塊的外接線，實現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程的檢測與控制。通過各種輸入/輸出接口模塊，PLC既可檢測到所需的過程信息，又可將處理

20、結(jié)果傳送給外部過程，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的控制。通過輸入模塊單元，PLC能夠得到生產(chǎn)過程的各種參數(shù)；通過輸出模塊單元，PLC能夠把運算處理的結(jié)果送至工業(yè)過程現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)控制。為適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場對不同輸入/輸出信號的匹配要求，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元。(4) I/O擴展接口。I/O擴展接口是PLC主機為了擴展輸入/輸出點數(shù)和類型的部件，輸入/輸出擴展單元、遠程輸入/輸出擴展單元、智能輸入/輸出單元等都通過它與主機相連。I/O擴展接口有并行接口、串行接口等多種形式。(5) 外設(shè)I/O接口。外設(shè)I/O接口是PLC主機實現(xiàn)人機對話、機機對話的通道。通過它，PLC可以

21、和編程器、彩色圖形顯示器、打印機等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計算機連接。外設(shè)I/O接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，該接口的功能是進行串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通信格式的識別，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e檢驗，信號電平的轉(zhuǎn)換等。對于一些小型PLC，外設(shè)I/O接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。(6) 電源。電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場電源開關(guān)使用。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開關(guān)

22、電源，其特點是輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。2. 輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)是PLC輸入輸出單元的擴展部件，當用戶所需的輸入/輸出點數(shù)或類型超出主機的輸入/輸出單元所允許的點數(shù)或類型時，可以通過加接輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)來解決。輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)與主機的輸入/輸出擴展接口相連，有兩種類型：簡單型和智能型。簡單型的輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)本身不帶中央處理單元，對外部現(xiàn)場信號的輸入/輸出處理過程完全由主機的中央處理單元管理，依賴于主機的程序掃描過程。通常，它通過并行接口與主機通信，并安裝在主機旁邊，在小型PLC的輸入/輸出擴展時常被采用。智能型的輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)本身帶有中

23、央處理單元，它對生產(chǎn)過程現(xiàn)場信號的輸入/輸出處理由本身所帶的中央處理單元管理，而不依賴于主機的程序掃描過程。通常，它采用串行通信接口與主機通信，可以遠離主機安裝，多用于大中型PLC的輸入/輸出擴展。3. 外部設(shè)備(1) 編程器。它是編制、調(diào)試PLC用戶程序的外部設(shè)備，是人機交互的窗口。通過編程器可以把新的用戶程序輸入到PLC的RAM中，或者對RAM中已有程序進行編輯。通過編程器還可以對PLC的工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，這對調(diào)試和試運行用戶程序是非常有用的。除了上述專用的編程器外，還可以利用微機(如IBM-PC)，配上PLC生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)的軟件包來作為編程器，這種編程方式已成為PLC發(fā)展的趨勢

24、?，F(xiàn)在，有些PLC不再提供編程器，而只提供微機編程軟件，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。(2) 彩色圖形顯示器。大中型PLC通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產(chǎn)過程的流程圖、實時過程參數(shù)、趨勢參數(shù)及報警參數(shù)等過程信息，使得現(xiàn)場控制情況一目了然。(3) 打印機。PLC也可以配接打印機等外部設(shè)備，用以打印記錄過程參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)以及報警事故記錄表等。 PLC還可以配置其他外部設(shè)備，例如，配置存儲器卡、盒式磁帶機或磁盤驅(qū)動器，用于存儲用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；配置EPROM寫入器，用于將程序?qū)懭氲紼PROM中。二、可編程序控制器的軟件系統(tǒng)PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，它們相輔相成，缺一不可，

25、共同構(gòu)成PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟件)和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。1. 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標準程序模塊等。2. 用戶程序用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。2.2 可編程序控制器的工作原理及主要技術(shù)指標一、可編程序控制器的工作原理可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機，其工作原理與計算機控制系

26、統(tǒng)的工作原理基本相同。PLC是采用周期循環(huán)掃描的工作方式，CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是CPU的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個掃描周期（工作周期）主要分為以下幾個階段：1.輸入采樣掃描階段 這是第一個集中批處理過程，在這個階段中，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，不論輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號寫到輸入映像寄存器中，在當前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號的狀態(tài)（ON或OFF）均從輸入映像寄存器中去讀取，不管此時外部輸入信號的狀態(tài)是否變化。即使此時外部輸入信號的狀態(tài)

27、發(fā)生了變化，也只能在下一個掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對于這種采集輸入信號的批處理，雖然嚴格上說每個信號被采集的時間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個差異對一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認為這些采集到的輸入信息是同時的。2.執(zhí)行用戶程序掃描階段這是第二個集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段，CPU對用戶程序按順序進行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左至右的順序進行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號。對其他信息，則是從PLC的元件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運算的中間結(jié)果都立即寫入元

28、件映像寄存器中，對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上去驅(qū)動外部負載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對數(shù)字量I/O指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量I/O指令進行處理，在掃描周期的各個部分，均可對中斷事件進行響應(yīng)。在這個階段，除了輸入映像寄存器外，各個元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而不斷變化的。3.輸出刷新掃描階段這是第三個集中批處理過程，當CPU對全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動各輸出繼電器所帶的負載。在輸出刷新階段結(jié)束后，CPU進入下一個掃描周期，重新執(zhí)行輸入采樣，周而復(fù)始。二、可編程序控制器的

29、主要技術(shù)指標1. 輸入/輸出點數(shù) 可編程控制器的I/O點數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的一個重要的參數(shù)。2. 存儲容量 PLC的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成。PLC存儲容量通常指用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項重要技術(shù)指標。3. 掃描速度 可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型。PLC中CPU的類型、機器字長等直接影響PLC運算精度和運行速度 4. 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和?？删幊炭刂?/p>

30、器的編程指令越多，軟件功能就越強，但掌握應(yīng)用也相對較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。5. 通信功能 通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標之第三章 可編程序控制器的功能特點3.1序控制器的功能1 邏輯控制     PLC具有邏輯運算功能，能夠進行與、或、非等邏輯運算，可以代替繼電器進行開關(guān)量控制故它可替代繼電器進行開關(guān)量控制。  2 定時控

31、制     為滿足生產(chǎn)控制工藝對時間的要求，PLC一般提供時間繼電器，如FX1S提供T0T63共64個計時器。并且計時時間常數(shù)在范圍內(nèi)用戶編寫程序時自己設(shè)定：接通延時、關(guān)斷延時和定脈沖等方式。并且在PLC運行中也可以讀出、修改，使用方便。 3 計數(shù)控制     為滿足計數(shù)的需要，不同的PLC提供不同數(shù)量、不同類型的計數(shù)器。如FX1S提供16位增量計數(shù)C0C15（一般用）、C16C31（保持用），32位高速可逆計數(shù)器C235C245（單相單輸入）、C246C250（單相雙輸入）

32、、C251C255（雙相雙輸入）共26個定時器。用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測，且在PLC運行中也可以讀出、修改，使用方便  4 步進順序控制    步進順序控制是plc最基本的控制方式。是為有時間或運行順序的生產(chǎn)過程專門設(shè)置的指令，在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。  5對控制系統(tǒng)的監(jiān)控  PLC具有較強的監(jiān)控能力，操作人員可以根據(jù)PLC的監(jiān)控信息，通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而改變對異常值的設(shè)定。&#

33、160;6 數(shù)據(jù)處理    PLC具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，隨著PLC的發(fā)展，已經(jīng)能對大量的數(shù)據(jù)進行快速處理。如數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能。 7 通信和聯(lián)網(wǎng)   現(xiàn)代 PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。  通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和

34、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。 在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作場機。  8輸入/輸出接口調(diào)理功能   具有 A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 9人機界面功能      提供操作者以監(jiān)視機器 、過程工作必需的信息。允許操作者

35、和PLC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作出決策和調(diào)整。實現(xiàn)人機界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 3.2程序控制器的功能特點1.可靠性高    PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。PLC是以集成電路為基本單元的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于接點，元件的壽命長，平均無故障工作時間高。 2編程簡單易學(xué) &#

36、160;  PLC的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。方便電氣人員在了解PLC工作原理和它的編程技術(shù)后，就可迅速地結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將PLC用于實際控制系統(tǒng)中。 3通用性強，使用方便    由于PLC自身硬件特點，用戶在進行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，不需要自己設(shè)計和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程序。對于一個控制系統(tǒng)，當控制要求改變時，只需修改程

37、序，就能變更控制功能；與外圍設(shè)備的連接方便，通訊協(xié)議標準。 4系統(tǒng)設(shè)計周期短    由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當?shù)哪K，而不要設(shè)計具體的接口電路，同時軟件設(shè)計和外圍電路設(shè)計可以同時進行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計的時間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計周期。 5對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強    其控制功能是通過軟件編程來實現(xiàn)的，當生產(chǎn)工藝改變時，在很大程度上只需改變用戶程序這對現(xiàn)代化的小批量 、多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)尤其適合；現(xiàn)今plc已經(jīng)朝著嵌入式系統(tǒng)發(fā)展，將進入日常生活中。

38、0;6安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小   PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O口相連。PLC軟件設(shè)計和調(diào)試大部分可以在實驗室模擬進行，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試，方便省時。其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)管力，方便迅速故障查明和排除，維護的工作效率高。 7適應(yīng)工業(yè)環(huán)境  PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價值。第四章 霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計4.1任務(wù)分析及功能闡述本控制

39、系統(tǒng)主要是用于控制霓虹燈和邊框流水燈按順序的閃爍。輸入程序后可以通過硬件進行燈的自動閃爍，達到宣傳的目的。如圖3-1，八個字能按順序地進行亮滅，并且邊框的燈能同時閃爍。圖4-1霓虹燈現(xiàn)實用PLC對霓虹燈廣告屏實現(xiàn)控制,其具體要求如下:該廣告屏中間8個霓虹燈字亮滅的時序為“鼎”字亮到“承”字亮到“大”字亮“工”字亮,時間間隔均為1S,8個霓虹燈字全亮后,顯示10S,再反過來從“工”字到“天”字“鼎”字順序熄滅.全滅后,停亮2S,再從頭開始運行,周而復(fù)始。廣告屏四周的流水燈共24只,一直亮。系統(tǒng)有單步連續(xù)控制,有啟動和停止按鈕。系統(tǒng)霓虹燈字,白幟燈的電壓及供電電源均為市電220V。4.2 PLC接

40、線圖P L CCOM220vI0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7SB1SB2SB3圖4-2 PLC電氣原理圖的設(shè)計4.3 I/O分配表根據(jù)控制要求,PLC控制霓虹燈廣告顯示屏的輸入輸出(I0)地址編排如下表所示,見表4.3。地址注釋I0.0啟動按鈕I0.1停止按鈕I0.2單步/連續(xù)開關(guān)Q0.0霓虹燈1Q0.1霓虹燈2Q0.2霓虹燈3Q0.3霓虹燈4Q0.4霓虹燈5Q0.5霓虹燈6Q0.6霓虹燈7Q0.7霓虹燈8表4-3 I/O分配表通過以上資料分析，我選擇了S7-200系列中的CPU224，CPU224是S7-200系列中具有較強控制能力的小

41、型控制器。S7-200系列CPU224集成了14點輸入/10點輸出，共有24點數(shù)字量I/O。它適合本次設(shè)計的要求，并且具有較強的控制能力的小型控制器，相對于其它系列CPU224能更好的應(yīng)用于本次設(shè)計中的任務(wù)，并且具有較高的性能價格比，應(yīng)用廣泛。4.4控制流程的設(shè)計開 始返 回圖4-4流程圖的設(shè)計4.5梯形圖的設(shè)計圖4-5梯形圖的設(shè)計程序運行原理說明本程序是用S7_200所寫的，在啟動按鈕按下以后，程序開始運行，霓虹燈字的開始亮滅，在按下啟動按鈕以后，八個字會按要求亮滅，主要是計時器控制的，開始時燈的正序亮，然后是燈的反序滅。霓虹燈的亮滅，狀態(tài)比較多，我是把每一種亮的情況都納入一個狀態(tài)的，最后，

42、會由正序的亮轉(zhuǎn)換成反序的滅。第五章 可編程序控制器發(fā)展趨勢 PLC的應(yīng)用是基于其以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等一系列優(yōu)點，因而在制造、冶金、能源、交通、化工、電力等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一。 根據(jù)這些特點，可將其應(yīng)用形式歸納為以下幾種：開關(guān)量邏輯控制 、模擬量控制、過程控制、定時和計數(shù)控制、順序控制；、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)。 PLC的發(fā)展有兩個主要趨勢：1.大型網(wǎng)絡(luò)化 向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、

43、好的兼容性和多功能方面發(fā)展,主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強是PLC發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個PLC、I/O框架相連；向上與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。  2.多功能 是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展，即現(xiàn)今開始發(fā)展的嵌入式PLC控制方式；隨著自調(diào)整、步進電機控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。如研制出了多回路閉環(huán)控制模塊、步進電機控制模塊、仿真模塊和通信處理模塊等。并為用戶提供了方便的人機界面，用戶程序多級口令保護，極強的計算性

44、能，完善的指令集，通過工業(yè)現(xiàn)場總線PROFIBUS以及以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力，強勁的內(nèi)部集成功能，全面的故障診斷功能；模塊式結(jié)構(gòu)可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環(huán)周期，并采用了高速計數(shù)器，高速中斷處理可以分別響應(yīng)過程事件，大幅度降低了成本。    3、高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。PLC即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運行過程中模板還可熱插拔第六章 學(xué)習(xí)PLC建議與方法6.1學(xué)習(xí)PLC建議1、編程需要堅強的毅力和足夠的耐心2、編程需要敢于實踐的信心3、編程需要有縝密的邏輯思維4、不可或缺的相關(guān)知識5、養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣6.2學(xué)習(xí)PLC的方法1 收集資料在收集資料時不僅要收集程序還要收