可编程序控制器PLC在电气控制中的应用.docx

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可编程序控制器PLC在电气控制中的应用

广西机电职业技术学院

毕业综合实践任务书

课题类型：

技术应用设计（论文）类

课题名称：

自动检测技术初探

系部：

机械工程系

专业：

机电设备维修与管理

班级：

学生姓名：

麻永康

指导教师：

刘志钢

日期：

2011年12月

Pickto：

Alongwiththecomputertechnology,microelectronicstechnologyanddigitalcommunicationtechnologiesofthefastdevelopment,theprogrammablecontroller（PLC）productswiththemostadvancedcomputerindustryofthetechnicalmeansandelectricalautomationcontroltheimportanttheory,initsperformanceindexandfunctionfurtherperfectandrich,havebrokenthetraditionalconceptofPLC,electricalcontrolfieldinthedevelopmentofmoreandmorelargescope。

Keywords：

ProgrammableLogicController（PLC）； Electricalcontrol； Flowingwaterlight。

前言

可编程序控制器是微电子技术、自动控制技术和通讯技术相结合的一种新型的、通用的自动控制装置。

由于它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易编程以及合适工业环境下应用等一系列优点，可以方便地直接用于机械制造、冶金化工、电力、交通、采矿、建筑、轻工、环保、食品等各行各业，既可用于老设备的技术改造，也可用于新产品的开发。

尤其是近年来可编程技术在工业自动化、机电一体化、传统产业技术改造等方面应用越来越广泛，成为现代工业三大支柱之一。

最初，PLC还仅是作为继电器接触器控制系统的替代品，而自从进入电气控制系统领域后，凸显了其独有的优越性，以其自身强大的抗干扰能力、自诊断功能等，提高了电气控制系统的可靠性，基本解决了普通继电器及接触器中常见的故障问题，经过调试后可长期安全可靠地运行。

本文将对PLC的特点、基本工作过程、在电气控制中的应用等问题进行分析与阐述。

2.4I/O模块...................................................2

2.5功能模块...............................................2

三、PLC的工作原理.......................................................................3

3.1PLC的扫描………………………………………………….…………..3

3.2输入采样阶段……………………………………….………………….3

3.3程序执行阶段……………………………………….………………….4

3.4输出刷新阶段……………………………………….………………….4

四、PLC的基本工作过程……………………………………………...4

五、PLC内部运作方式………………………………………………..5

六、PLC在电气控制中的应用………………………………………5

6.1开关量逻辑的控制………………………………………………………..5

6.2控制模拟量 ……………………………………………………………….5

6.3集中式控制系统…………………………………………………………..6

6.4分散控制系统……………………………………………………………..6

6.5运动控制…………………………………………………………………..6

6.6数据处理的应用…………………………………………………………..6

七、总体设计方案………………………………………………………....7

八、编程设计………………………………………………………………………….8

心得体会…………………………………………………………………………11

一、PLC的特点

1>编程方法简单易学

梯形图是使用的最多的PLC的编程语言，其电路图形符号和表达方式与继电器电路原理图相似。

梯形图语言形象直观、易学易懂，熟悉继电器电路图的电器技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

2>功能强，性能价格比高。

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程组件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比，PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

　3>抗干扰能力强 

　　由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。

另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。

在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。

　　4>维护与改造方便 

　　PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。

2.1电源模块

PLC电源有交直流两种，但一般都采用交流电源，有115V/230V两档。

通过开关电源降压整流提供给CPU、存储器、I/O接口等所需要的内部供电电源，为输入电路和少量的外部电子检查装置提供24V直流电源。

另外还有独立的锂电池作为存储器的备用电源。

2.2CPU模块

CPU是PLC的核心部件，相当于人的大脑，是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑、算数运算，并对整机进行控制。

PLC常用的CPU主要有通用微处理器、单片机或双极型位片微处理器。

一般来说，在小型PLC中，大多采用8位微处理器或单片机；在中型PLC中，大多采用16位微处理器或单片机；在大型PLC中，大多采用高速位片机

2.3存储器模块

PLC的存储器是用来存放程序或数据的，分为系统程序存储器和用户程序存储器。

系统程序存储器不需要用户干预的系统程序。

用户程序存储器用来存储通过编程器输入的用户程序。

通常将用户程序存储器分为程序存储区和数据存储区，程序存储区用来存储用户程序，数据存储区用来存储运算数据、中间运算结果和各种软元件的状态等。

常用的用户程序存储器有随机存取存储器（RAM）、可擦除可编程序只读存储器（EPROM）和电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）3种。

2.4I/O模块

I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间连接的桥梁。

输入模块的作用是接收和采集现场设备的各种输入信号，比如按钮、数字拨码开关、限位开关、接近开关、选择开关、光电开关、压力继电器等各种开关信号和热电偶、电位器、测速发电机以及各种变送器提供的模拟量输入信号，并将这些信号转换为CPU能够接收和处理的数字信号。

输出模块的作用是接收经CPU处理过的数字信号，并把这些数字信号转换为被控设备所能接收的电压或电流信号，以控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，或控制指示灯、数字显示装置和报警装置等设备。

2.5功能模块

在工业控制中，不仅需要处理开关量，而且还需要处理模拟量，需要具有闭环控制及机器的通信等功能。

PLC逐渐加强和完善了这些功能。

目前，一般采取如下两种措施来实现这些功能：

一种是利用PLC的主CPU，再加上一定的硬件支持环境，通过开发比较完善的软件来完成，如一般的模拟量I/O的处理以及简单的控制；另一种是硬件、软件一起开发，形成带有自己CPU的模块，并在模块系统软件支持下，通过执行控制程序来完成任务，即利用所谓智能模块来实现控制。

此时，智能模块的工作和PLC主CPU的工作可以并行进行，他可以不管PLC主CPU的状态而独立地连续工作。

这种智能模块与通用I/O模块的主要区别是：

他自身不仅带有微处理器芯片，而且自身带有存储器和系统程序。

该模块通过系统总线与CPU模块相连，并可在CPU模块协调管理下独立进行工作，提高处理速度，便于用户编程。

2.6通信模块

通信模块是用来使CPU与外部设备或其他PLC或上位计算器进行开关量I/O、模拟量I/O、各种寄存器数值、用户程序和诊断信息的串行通信，时操作人员可以通过外部设备或上位计算机监控PLC的工作状态，为PLC输入程序，改变PLC的工作方式或某些参数，或者将PLC的程序或状态送到外部设备或上位计算机。

2.7编程器

PLC的特点是其程序是可变的，既能方便地加载程序，也能方便地修改程序。

因此，一般PLC都配有专用的程序写入器，即编程器。

编程器的作用是输入、修改、检查程序：

显示定时器/计数器的当前值和设定值、PLC的工作状态、编程错误码；监视线圈和触点的状态；在程序运行中，修改定时器/计数器的设定值和其他一些常数等。

三、PLC的工作原理

3.1PLC的扫描

用户程序通过编程器输入并存放在PLC的用户存储器中。

当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理工作，即每一时刻只执行一个操作。

由于CPU的运行处理速度很高，使得外部出现的结构从宏观上看好像是同时完成的。

这种按分时原则、顺序执行程序的各种操作的过程称为CPU对程序的扫描。

执行一次扫描的时间称为扫描周期。

当PLC投入运行时，它首先执行系统程序和CPU自检等工作，然后开始顺序执行用户程序。

PLC的用户程序由若干条指令（语句）组成，这些指令在存储器中是按步序号的顺序排列的。

用户程序的执行是按顺序扫描工作方式完成的。

在没有中断或跳转控制的情况下，CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。

每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再返回第一条指令开始信的一轮扫描，PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描周期。

3.2输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC用扫描方式，把所有输入端的外部输入信号的通/断（ON/OFF）状态一次写入到输入映像寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。

接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映像存储器与外界隔离，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像存储器的内容也不会随之改变。

输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入采样阶段才被读入。

换句话说，在输入采样阶段结束之后，无论输入信号如何变化，输入映像存储器的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入新的内容。

3.3程序执行阶段

在程序执行阶段，PLC逐条解释和执行程序。

若是梯形图程序，则按先上后下、先左后右的顺序进行扫描（执行）。

若遇到跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

在顺序执行程序时，所需要的输入状态由输入映像存储器读出，所需要的其他软元件的状态从元件映像存储器中读出，而将执行结果写入到元件映像存储器中。

对于每个软元件来说，元件映像存储器中所存的内容会随着程序执行的进程而变化。

3.4输出刷新阶段

当所有的用户程序执行完后，集中将元件映像存储器中的输出元件（即输出继电器）的状态转存到输出锁存储器中，经过输出模块隔离和功率放大，转换成被控设备所能接收的电压或电流信号后，再去驱动被控制的用户输出设备。

四、PLC的基本工作过程

在设计PLC控制系统时，应满足被控对象的