PLC控制运料小车的设计Word文档下载推荐.docx

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第1章　可编程控制器（PLC）概况

1.1PLC的定义

国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee-IEC）,1987年的第三版对PLC作了如下的定义:

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。

可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）存储器（RAM和EPROM）,输入/输出模块（简称为I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。

近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。

它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。

1.2PLC的发展

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:

（1）编程方便，现场可修改程序；

（2）维修方便，采用模块化结构；

（3）可靠性高于继电器控制装置；

（4）体积小于继电器控制装置；

（5）数据可直接送入管理计算机；

（6）成本可与继电器控制装置竞争；

（7）输入可以是交流115V；

（8）输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；

（9）在扩展时，原系统只要很小变更；

（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字公司（DEC）研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。

这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。

随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。

1.3PLC的特点

PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:

1）功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；

2）应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；

3）操作方便，维修容易，稳定可靠。

尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。

1.4PLC的基本组成及各部分作用

PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。

按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。

整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。

另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。

主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。

组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。

装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。

CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。

1、中央处理单元（CPU）：

CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。

它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:

（1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

（2）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;

（3）用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;

（4）PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;

（5）将用户程序的执行结果送至输出端。

现代PLC使用的CPU主要有以下几种:

（1）通用微处理器，如8080,8088,Z80A,8085等。

通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。

（2）单片机，如8051等。

单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。

（3）位片式微处理器，如AMD2900系列等。

位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。

它主要追求运算速度快，它以4位为一片。

用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。

改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。

位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。

这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。

2、存储器

根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:

（1）系统程序存储器:

和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。

系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.

（2）用户程序存储器:

用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。

由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。

由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（铿电池）保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。

当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC）采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。

（3）工作数据存储器:

工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。

这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。

在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。

元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。

数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。

它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。

它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。

根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。

3、1/0单元

I/0单元也称为I/0模块。

PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。

输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。

通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能

够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。

运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。

输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.

4、电源部分

PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源，使PLC能正常工作。

电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;

对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。

5、扩展接口

扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。

6、通信接口

为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。

PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。

当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;

当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;

当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;

当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。

7、编程器

编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。

编程器有简易型和智能型两类。

简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。

它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。

智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。

还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。

程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。

程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。

1.5PLC的应用领域

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。

这特别适合多品种、小批量的生产场合。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:

（1）开关量逻辑控制

取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各