1 PLC的概述.docx
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1PLC的概述
1PLC的概述
1．1PLC的简述
1．1．1PLC的产生及发展过程
上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。
但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。
当时的工业控制，主要还是以继电—接触器组成控制系统。
1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车制造公司（GM），为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。
因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。
为此，美国通用公司提出了十项招标指标，即：
1编程简单，可在现场修改程序序
2维护方便，最好是插件式
3可靠性高于继电器控制柜
4体积小于继电器控制柜
5可将数据直接送入管理计算机
6在成本上可与继电器控制柜竞争
7输入可以是交流115V
8输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀、接触器等
9在扩展时，原有系统只要很小变更
10用户程序存储器容量至少能扩展到4K
1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。
接着，美国国MODICON公司也开发出可编程序控制器084。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器DSC-8。
1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。
我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。
早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。
主要用于：
1.逻辑运算 2.计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。
所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLC—ProgrammableLogicController）。
进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。
因此，实际上应称之为PC——可编程序控制器。
至80年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PC得到了惊人的发展。
使PC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。
不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。
PLC的发展趋向
1、向微小型化和大型化两端发展
2、大力开发智能模块，提高PLC的适应性、可靠性
3、编程语言向高层次、标准化发展
4、PLC与PC日益紧密结合
5、PLC通信与联网能力不断增强
1．1．2PLC的特点
作为一种新型的、发展迅速的工业自动控制装置，PLC具有以下与其他可编程控制器装置不同的特点。
1高可靠性和强抗干扰能力
高可靠性和强抗干扰能力是PLC最突出的特点主要表现在以下几个方面。
1）与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的驻澳原因是：
PLC用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，不需要大量的活动部件和电子元器件，大大减少接线，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，因接触点接触不良造成的故障大大减少；与此同时，系统维修简单、维修时间缩短，因而可靠性得到大大提高。
2）与通用的计算机控制系统比较，PLC在硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如：
对元器件进行严格筛选，采用可靠性高的元器件；各输入端均采用RC滤波器，并采取屏蔽措施；采用性能优良的开关电源，设有对电路的掉电保护、存储器内容保护，以及采用监视器和其他自诊断措施，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。
3）在PCL的软件设计方面，也采去了一系列提高系统可靠性的措施。
例如：
采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言等。
4）冗余设计，大型PLC海可以采用由双CPU构成的冗余系统后由三个CPU构成的表决系统使可靠性进一步增强。
2灵活性好
对于传统的电气控制电路，PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段，只需通过修改或重新编写应用软件，就可以用一台PLC实现不同的控制功能。
这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。
另外，由于PLC具有丰富的I/O接口模块，其扩展灵活性是它的又一个重要特点。
3编程简单直，易学易用
目前大多数的PLC大多采用梯形图编程方式。
梯形图语言形象直观，易学易懂，只要几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户指令。
4系统安装简单、维修方便
5体积小、能耗低、易于实现机电一体化
1．2PLC的控制原理和组成
1．2．1PLC的工作原理
PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——循环扫描。
PLC的循环扫描时对整个程序循环执行用户程序是执行一次后又返回去执行直到停机。
整个扫描一次所用的时间称为扫描周期。
一个完整扫描需要完成的任务
（1）运行监控任务
（2）与编程器交换信息任务
（3）与数字处理器交换信息任务
（4）与外部设备接口交换信息任务
（5）执行用户程序任务
（6）输入/输出信息处理任务
扫描的具体工作过程
（1）程序采样阶段
（2）程序处理阶段
（3）输出刷新阶段
在PLC控制系统中，当输入信号发生变化时，必将引起有关输出信号的变化，这之间存在一定的时间延迟。
从PLC系统的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号改变所需的时间为I/O响应时间。
1．2．2PLC的组成
PLC是微机技术与继电器常规控制概念相结合的产物，是一种工业控制用的专用计算机。
作为一种以微处理器为核心的用数字控制的特殊计算机，它的硬件配置与一般微机装置类似，主要由中央处理单元、存储器、输入/输出模块、电源和编程器几大部分组成。
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，如图1.1所示：
图1.1PLC硬件结构
1、中央处理器
中央处理器是PLC的核心，包括微处理器和控制接口电路。
微处理器是PLC的运算控制中心，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作。
它以循环扫描的方式采集现场各输入装置的信号状态，执行用户控制程序，并将运算结果传送到相应的输出装置，驱动外部负载工作。
控制接口电路是微处理器和主机内部其它单元进行连接的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配及中断管理等功能。
2、存储器
存储器是存放程序及数据的地方，通常存储器插装在CPU模块中。
PLC的存储器有两部分：
系统程序存储器（ROM）和用户程序存储器（RAM）。
系统程序存储器中的程序及系统参数是由生产PLC的厂家事先编写并固定化好的，他关联到PLC的性能，不能由用户直接存取和修改。
用户存储器包括用户程序存储区和数据存储区两部分。
用户程序存储区存放用户针对具体控制任务，用规定的PLC编程语言编写的控制程序，可由用户任意修改或增减。
因此，从上面的分析来看，CPU的具体作用为：
1）接受并存储用户信息。
2）按扫描方式接受来自输入单元的数据和各状态信息，并存入相应的数据存储区。
3）执行监控程序和用户程序，完成数据和信息的逻辑处理，产生相应的内部控制信号，完成用户指令规定的各种操作。
4）响应外部设备的请求。
3输入/输出模块
输入/输出模块是PL的CPU模块和外部控制现场相连接的桥梁，通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。
4、电源
PLC通常使用交流220V或直流24V工作电源。
它的电源模块为其他各功能模块提供5V、12V、24V等各种内部直流工作电流。
5、编程器及其他可选外部设备
1．3PLC的分类
1.3.1按硬件组成分类
1）整体式PLC
2）模块式PLC
3）叠装式PLC
1．3．2按输入/输出总点数分类
1）I/O总点数在256点以下的为小型机
2）I/O总点数介于256点与2048点之间的为中型机
3）I/O总点数在2048点以上的为大型机
2PLC四路抢答器概述
2.1PLC四路抢答器概述
抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。
本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。
抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。
随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。
目前,形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。
用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。
PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。
这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。
单片机的可靠性：
由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分还是国外筛选出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离散性也很大，批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性，因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。
另外，单片机的所有器件均不是工业级的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因此，更可能引起单片机系统的不稳定。
单片机的可扩展性：
由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。
这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
单片机的可维护性：
一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本增加了。
操作：
现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用LED，整个面板显得繁锁，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。
特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。
总之，这样的人机对话不够友善。
特点：
不可靠，价格便宜。
可编程控制器（PLC）：
所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。
这种形式目前在工业现场应用最为广泛。
PLC的可靠性：
进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性：
要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性：
PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。
操作：
PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。
另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。
甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。
特点：
价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。
2.2数码管的知识
LED发光二极管在PLC程序控制中用的比较多，主要用来显示相应的数据。
LED又发光二极管构成，具有结构简单、价格便宜等特点。
通常使用的LED显示器是又七段LED，它又七个发光二极管组成。
这七个发光二极管a~g呈“日”字形排列，其结构及连接如图2.1所示
图2.1
图2.2
LED数码管中二极管有两种接法：
1、所有的发光二极管的阳极连接在一起，这种接法叫做共阳极接法。
共阳极的LED高电平时对应的段码被点亮，如图2.3所示
图2.3
2、所有的发光二极管的阴极连接在一起，这种接法叫做共阴极接法。
共阴极的LED低电平时对应的段码被点亮。
如图2.4
图2.4
LED显示器的发光二极管亮暗组合实质上就是不同电平的组合，也就是为LED显示器提供不同的代码。
本次毕业设计用的是共阴的数码管。
2．3PLC接口
图2.5
2.4PLC智能抢答器的工作原理
我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答器为例。
给竞赛主持人设置了2个控制按钮，用来控制开始、复位，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。
若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。
其中以上功能都通过编制的PLC程序来控制1个数码管和2个指示灯以及一个蜂鸣器来实现，如图2.6所示:
图2.6抢答器模型图
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