PLC结课论文.docx
《PLC结课论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC结课论文.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
PLC结课论文
目录
一、前言-1-
二、可编程控制器（PLC）的历史与发展趋势-1-
（一）初级阶段-1-
（二）扩展阶段-1-
（三）通信阶段-2-
（四）开放阶段-2-
三、可编程控制器（PLC）的工作原理-2-
（一）输入采样阶段再输入采样阶段-2-
（二）用户程序执行阶段-2-
（三）输出刷新阶段-3-
四、PLC的结构-3-
（一）中央处理单元（CPU）-3-
（二）存储器-3-
（三）电源-4-
（四）I/O模块-4-
五、PLC的基本性能指标与特点-4-
六、S7-300编程方式简介-5-
七、指令系统-6-
（一）位逻辑指令-6-
（1）触点-6-
（2）“逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式-7-
（3）逻辑异或指令-7-
（二）定时器指令-9-
（1）定时期的分类和功能-9-
（2）常用的定时器指令-10-
（三）计数器指令-11-
（1）计数值-11-
（2）常用指令-12-
（四）运算指令-12-
（1）加法运算-12-
（2）减法运算-13-
（3）乘法运算-14-
（4）除法运算-14-
八、下载与上载-15-
参考文献-16-
一、前言
1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。
该设计规格需要固态系统和电脑技术，并要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。
该控制系统将大大减少机器的停机时间，并为未来提供了可扩展性。
该招标由DEC公司中标，这套系统于1969年研制出来，这是第一台可编程控制器，型号为PDP-14，应用取得成功。
其后，美国的MODICON公司也推出了同名的084控制器，1971年日本推出了DSC-80控制器，1973年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。
这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。
二、可编程控制器（PLC）的历史与发展趋势
PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。
从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：
（一）初级阶段
从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。
CPU由中小规模数字集成电路构成。
（二）扩展阶段
从20世纪70年代中期到70年代末期，这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。
扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。
（三）通信阶段
从20世纪70年代末期到80年代中期，这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。
但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。
由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。
其次，产品功能也得到很大的发展。
同时，可靠性进一步提高。
（四）开放阶段
从20世纪80年代中期开始，由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。
主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。
此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。
经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。
目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。
其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。
三、可编程控制器（PLC）的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段再输入采样阶段
PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态或刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态或确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
四、PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同：
（一）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统，这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
（二）存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
PLC常用的存储器类型
（1）RAM（RandomAssessMemory），这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。
（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory），这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。
（3）EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory），这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
（三）电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
（四）I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
五、PLC的基本性能指标与特点
（一）高可靠性
所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源。
对采用的器件进行严格的筛选；良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
（二）采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外绝大多数PLC均采用模块化结构PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
（三）编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
（四）安装简单维修方便
PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行各种模块上均有运行故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。
六、S7-300编程方式简介
S7-300系列PLC的编程语言是STEP7。
用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据，组成结构化的用户程序。
这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。
图1：
S7-300外形图及结构图
为支持结构化程序设计，STEP7用户程序通常由组织块（OB）、功能块（FB）或功能块（FC）等三种类型的逻辑块和数据块（DB）组成。
（OB1是主程序循环块，在任何情况下，它都是需要的）
表1：
STEP7用户程序结构表
七、指令系统
（一）位逻辑指令
位逻辑指令用于二进制数的逻辑运算。
位逻辑运算的结果简称RLO。
触点指令
（1）触点
A（And，与）表示串联的常开触点。
O（Or，或）表示并联的常开触点。
AN（AndNot，与非）表示串联的常闭触点，
ON（OrNot，或非）表示并联的常闭触点。
输出指令（赋值指令）“=”将RLO写入地址位，与线圈相对应。
（2）“逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式
当控制逻辑是串联和并联的复杂组合时，CPU的扫描顺序是先“与”后“或”
先串联后并联的特点是触点组先串联，再将整个触点组和其他触点组并联。
图2
先并联后串联的特点与先串联后并联的次序正好相反。
图3
图4
（3）逻辑异或指令
当两个输入信号的其中一个为“1”，另一个为“0”时，输出信号为“1”；当两个输入信号都为“1”或都为“0”时，输出信号为“0”。
图5
图6
图7
图8
（二）定时器指令
（1）定时期的分类和功能
图9
图10
在CPU内部，时间值以二进制格式存放，占定时器字的0～9位。
可以按下列的形式将时间预置值装入累加器的低位字：
（1）十六进制数W#16#wxyz，其中的w是时间基准，xyz是BCD码形式的时间值。
（2）S5T#aH_bM_cS_Dms，例如S5T#18S。
时基代码为二进制数00，01，10和11时，对应的时基分别为10ms，100ms，1s和10s。
（2）常用的定时器指令
L:
将定时期的二进制时间值写入累加器1
LC:
将定时期的BCD时间值写入累加器1
R：
复位定时器
FR:
允许定时器重启动
SD:
接通延时定时器
SF：
断开延时定时器
SP：
脉冲延时定时器
脉冲定时器
图11
类似于上升沿触发的单稳态电路。
S5脉冲定时器（PulseS5Timer），S为设置输入端，TV为预置值输入端，R为复位输入端；Q为定时器位输出端，BI输出不带时基的十六进制格式，BCD输出BCD格式的当前时间值和时基。
定时器中的S，R，Q为BOOL（位）变量，BI和BCD为WORD（字）变量，TV为S5TIME量。
各变量均可以使用I,Q,M,L,D存储区,TV也可以使用定时时间常数S5T#。
仅在语句表中使用的FR指令允许定时器再起动，即控制FR的RLO（I1.2）由0变为1状态时，重新装入定时时间，定时器又从预置值开始定时。
再起动只是在定时器的起动条件满足（I0.1=1）时起作用。
该指令可以用于所有的定时器，但是它不是起动定时器定时的必要条件。
图12
图13
（三）计数器指令
（1）计数值
每个计数器有一个16位的字和一个二进制位。
计数器字的0～11位是计数值的BCD码，计数值的范围为0～999。
二进制格式的计数值只占用计数器字的0～9位。
图14
图15
（2）常用指令
AI0.0//在I0.0的上升沿
CUC10//加计数器C10的当前值加1
BLD101
AI0.2//在I0.2的上升沿
LC#6//计数器的预置值6被装入累加器的低字
SC10//将预置值装入计数器C10
AI0.3//如果I0.3为1
RC10//复位C10
LC10//将C10的二进制计数当前值装入累加器1
（四）运算指令
算术运算指令主要包括加法、减法、乘法、除法。
（1）加法运算
图16：
加法运算指令
图17：
加法运算指令
（2）减法运算
图18：
减法运算指令
图19：
减法运算指令
（3）乘法运算
图20：
乘法运算指令
图21：
乘法运算指令
（4）除法运算
图22：
除法运算指令
图23：
除法运算指令
八、下载与上载
图24
计算机与CPU之间必须建立起连接，要下载的程序已编译好；在RUN-P模式一次只能下载一个块，建议在STOP模式下载。
在保存块或下载块时，STEP7首先进行语法检查，应改正检查出来的错误。
下载前应将CPU中的用户存储器复位。
可以用模式选择开关复位，或在CPU进入STOP模式时用菜单命令“PLC→Clear/Reset”复位存储器。
（1）在离线模式下载
在管理器的块工作区选择块，可用Ctrl键和Shift键选择多个块，用菜单命令“PLC→Download”将被选择的块下载到CPU。
在管理器左边的目录窗口中选择Blocks对象，下载所有的块和系统数据。
对块编程或组态硬件和网络时，在当时主窗口，用菜单命令“PLC→Download”下载当前正在编辑的对象。
（2）上载程序
可以用“PLC→Upload”命令从CPU的RAM装载存储器中，把块的当前内容上载到计算机打开的项目中。
参考文献
[1]王成福，可编程序控制器及其应用[M]，北京，机械工业出版社,2006；
[2]严盈富，西门子S7-200PLC入门[M]，北京，人民邮电出版社,2007；
[3]张万忠，可编程控制入门与应用实例[M]，中国电力出版社,2005；
[4]李国厚，PLC原理与应用设计[M]，北京，化学工业出版社,2005；
[5]刘洪涛，PLC应用开发从基础到实践[M]，北京，电子工业出版社,2007；
[6]徐国林，PLC控制技术[M]，北京，机械工业出版社,2007；
[7]李树雄，PLC原理与应用[M]，北京，北京航空航天大学出版社,2006；
[8]严盈富，监控组态软件与PLC入门[M]，北京，人民邮电出版社,2006；
[9]程周，电气控制与PLC原理及应用[M]，北京，电子工业出版社，2006；
[10]鲁远栋，PLC机电控制系统应用设计技术[M]，电子工业出版社，2006。
升级会员 