PLC的应用与发展.docx

1、PLC的应用与发展毕业设计（论文）任务书专业 班级 姓名一、课题名称： PLC的应用与发展二、课题应达到的要求： 本次论文主要阐述 PLC的应用与发展， 及近年来的发展趋势及其 原因。讲述了 PLC 的特点以及应用领域，和 PLC的发展趋势。三、主要工作内容：1.PLC 的特点；2.PLC 的应用领域；3.PLC 的应用实例；4.PLC 的国内外状况及发展趋势；5.PLC 的未来展望。四、主要参考文献：1尔桂花 . 新编信息、控制与系统系列教材 . 北京：清华大学出版社， 2002.102田瑞庭 . 可编程控制器应用技术 . 北京：机械工业出版社， 19943张万忠 . 可编程控制器应用技术

2、. 北京：化学工业出版社， 2001.124于庆广 . 可编程控制器原理及系统设计 . 北京：清华大学出版社， 20045林小峰 . 可编程控制器原理及应用 . 北京：高等教育出版社， 1994学 生（签名）年月日指 导 教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系 主 任（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目PLC的应用与发展一、 选题的背景和意义：作为通用工业控制计算机 ,30 年以来 , 可编程控制器从无到有 , 实现了工业控制领域接线逻辑 到存储逻辑的飞跃 ; 其功能从弱到强 , 实现了逻辑控制到数字控制的进步 ; 其应用领域从小到大 , 实现了单体设备简单控制到胜任运

3、动控制 , 过程控制及散控制等各种任务的跨越 . 今天的可编程 控制器正在成为工业控制领域的主流来自设备 , 在世界各地发挥着越来越大的作用。21 世纪以来 , 可编程控制器技术迅猛发展 , 各生产厂家不断推出许多功能强大的新型 PLC 产 品和各种特殊功能模块与通信联网器件 . 当今的 PLC作为集微机技术 ,自动化技术与通信技术于一 体的工业控制通用机 , 其应用几乎遍及工业生产的各个领域。一、 课题研究的主要内容：本次论文主要阐述 PLC的应用与发展，及近年来的发展趋势及其原因。主要有以下几点：1.PLC 的特点及其相关的基础知识概述；2.PLC 的应用领域和应用实例；3.PLC 应用中

4、需要注意的问题；4.PLC 的发展及国内外状况；5.PLC 的发展趋势及未来展望。一、 主要研究（设计）方法论述：本论文主要对 PLC 的应用与发展做论述。首先介绍 PLC 这一技术的起源和特点并简要介绍其相 关的知识，接下来对 PLC 的应用领域做一些具体的介绍，然后回顾我国及国外 PLC 技术的发展 状况最后介绍了 PLC 的发展趋势及其未来张望。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工作内容8.1 8.5选题，查找、分析资料、完成开题报告8.6 8.8查找、分析资料，初步确定论文的内容8.9 8.15查找、分析资料，初步填写论文报告完成初稿8.16 8.19查找、分析资料，修改论文报

5、告8.20 8.22确定论文报告，交指导老师审阅8.23 8.24完善论文报告8.25 8.30完成论文并定稿，答辩五、指导教师意见：指导教师签名：年月日六、系部意见：系主任签名：年月日摘要 0第 1 章 可编程控制器的概述 11.1可编程控制器的产生 11.2可编程控制器的定义 21.3可编程控制器的基本组成 31.3.1控制组件 31.3.2输入输出接口电路 51.3.3编程器 61.4可编程控制器的工作原理及主要技术指标 71.4.1可编程控制器的工作原理 71.4.2可编程控制器主要技术指标 81.5可编程控制器的分类、特点、 81.5.1可编程控制器的分类 81.5.2可编程控制器的

6、特点 91.6可编程控制器的软件介绍 10第 2 章 可编程控制器的应用 142.1可编程控制器的主要应用领域 142.2可编程控制器的应用实例简介 182.2.1中小型 PLC在大型自来水厂的成功应用 182.2.2PLC 在电动机中的应用 202.2.3PLC 在汽车行业应用简介 232.3可编程控制器应用中需要注意的问题 24第 3 章 可编程控制器的发展及其发展趋势 273.1可编程控制器的发展历程 273.2可编程控制器的国内外发展 293.2.1PLC 在国外的发展 293.2.2PLC 在我国的发展 293.3可编程控制器的发展趋势 313.3.1新一代可编程序控制器的技术现状

7、323.3.2PLC 的发展趋势 333.4可编程控制器的未来展望 35结论 35致谢词 36参考文献 36摘要21世纪，PLC会有更大的发展。 从技术上看， 计算机技术的新成果会更多的 应用于可编程控制器的设计和制造上， 会有运算速度更快、 存储容量更大、 智能 更强的品种出现； 从产品规模上看， 会进一步向超小型及超大型方向发展； 从产 品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的 通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求； 从市场上看， 各国各自生产多 品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌垄断国际市 场的局面， 会出现国际通用的编程语

8、言； 从网络的发展情况来看， 可编程控制器 和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方 向。目前的计算机集散控制系统 DCS(Distributed Control System )中已有大 量的可编程控制器应用。 伴随着计算机网络的发展， 可编程控制器作为自动化控 制网络和国际通用网络的重要组成部分， 将在工业及工业以外的众多领域发挥越 来越大的作用。目前 PLC技术在社会生产中已有了广泛的应用， 如在大型自来水厂的应用和 电动机及汽车行业中都有 PLC 技术的应用。关键词： PLC技术； 应用； 发展Abstract:In the 21st century, PL

9、C will have a greater development. From a technical point of view, computer technology, new achievements will be more used in the design and manufacture of programmable logic controller, the operation will be faster, bigger storage capacity, more intelligent species occur; from the product point of

10、view the scale of will further the development of ultra-small and large direction; from the complementary perspective of products, product variety will be more rich, more complete specifications, the perfect man-machine interface, a comprehensive communications equipment will be better adapted to a

11、variety of industrial control occasion demands; from the market point of view, countries produce more varieties of products, each situation will intensify as the breaking of international competition, there will be a few brands monopoly situation in the international market, there will be internatio

12、nal common programming language; from the network development point of view, programmable controllers and other industrial control computer network constitutes a large control system is programmable controller technology development direction. Current Distributed Control System DCS (Distributed Cont

13、rol System) in the already large number of programmable controller applications. With the development of computer networks, programmable controllers, as automation and control networks and international general an important part of the network will be many outside the industry and industry play an i

14、ncreasingly larger role.The current PLC technology in the social production have a wide range of applications, such as the application of large water works and electrical and automotive industries has PLC technology.Key words: PLC technology; application; development.第 1 章 可编程控制器的概述1.1可编程控制器的产生随着计算机

15、控制技术的不断发展， 可编程控制器的应用已广泛普及， 成为自 动化技术的重要组成。可编程控制器最先出现在美国， 1968 年，美国的汽车制 造公司通用汽车公司 （GM） 提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提 出新一代控制器应具备以下十大条件：（1）编程简单，可在现场修改程序；（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（即用美国的电网电压） ；（8）输出为交流 115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀；（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；

16、（10）用户程序存储器容量至少能扩展到 4KB 。条件提出后，立即引起了开发热潮。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC） 研制出了世界上第一台可编程序控制器， 并应用于通用汽车公司的生产线上。 当 时叫可编程逻辑控制器 PLC（Programmable Logic Controller ），目的是用来取代 继电器，以执行逻辑判断、 计时、计数等顺序控制功能。 紧接着，美国 MODICON 公司也开发出同名的控制器， 1971 年，日本从美国引进了这项新技术，很快研 制成了日本第一台可编程控制器。 1973 年，西欧国家也研制出他们的第一台可 编程控制器。随着半导体技术，尤其是微处理器和微

17、型计算机技术的发展，到 70 年代中 期以后，特别是进入 80 年代以来， PLC 已广泛地使用 16位甚至 32 位微处理器 作为中央处理器， 输入输出模块和外围电路也都采用了中、 大规模甚至超大规模 的集成电路，使 PLC 在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。 这时的 PLC 已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、 PID 调节和数据 通信功能，称之为可编程序控制器（ Programmable Controller ）更为合适，简称 为 PC，但为了与个人计算机（ Persona1 Computer）的简称 PC 相区别，一般仍 将它简称为 PLC（Programma

18、ble Logic Controller）。PLC 是微机技术与传统的继电器 -接触器控制技术相结合的产物，其基本设 计思想是把计算机功能完善、灵活、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，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实 际应用对象， 将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。 继电器控制 系统已有上百年历史， 它是用弱电信号控制强电系统的控制方法， 在复杂的继电 器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。在 工艺要求发生变化的情况下， 控制柜内的元件和接线需要作相应的变动， 改造工 期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一

19、台新的控制柜。而 PLC 克服了继电 器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活 性差的缺点，充分利用微处理器的优点， 并将控制器和被控对象方便的连接起来。 由于 PLC 是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机 中的一类。对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备， 改变程序即可改变生产工艺， 因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器， 可以使得设计和调试变得简单容 易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看， 在制造阶段不需要根据用户的订货 要求专门设计控制器， 适合批量生产。 由于这些特点， 可编程控制器问世以后很 快受到工业控制界的欢迎， 并得

20、到迅速的发展。 目前，可编程控制器已成为工厂 自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。我国从 1974 年也开始研制可编程序控制器， 1977 年开始工业应用。目前它 已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业 等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。 掌握可编程序控制器的 工作原理， 具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力， 已经成为现 代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。1.2可编程控制器的定义国际电工委员会 (IEC)曾于 1982年 11月颁发了可编程控制器标准草案第一 稿，1985年 1月又发表了第二稿， 1987年 2月颁发了第三

21、稿。该草案中对可编 程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而 设计。它采用了可编程序的存储器， 用来在其内部存储和执行逻辑运算、 顺序控 制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备， 都按易于与 工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 ”定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统” ，是一种计算机。 它是“专为在工业环境下应用而设计” 的工业计算机， 是一种用程序来改变控制 功能的工业控制计算机， 除了能完成各种各样的控制功能外， 还有与其他计

22、算机 通信联网的功能。这种工业计算机采用“面向用户的指令” ，因此编程方便。它能完成逻辑运 算、顺序控制、定时计数和算术操作， 它还具有“数字量和模拟量输入输出控制” 的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体” ，易于“扩充”。定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境， 它须具有很强的抗干扰 能力、广泛的适应能力和应用范围。 这也是区别于一般微机控制系统的一个重要 特征。应该强调的是， 可编程控制器与以往所讲的顺序控制器在 “可编程” 方面有 质的区别。PLC 引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件， 并用规定的 指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。可

23、编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置， 自研制成功开始使用以来，它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。1.3可编程控制器的基本组成1.3.1控制组件可编程控制器主要由 CPU、存储器、基本 I/O 接口电路、外设接口、编程装 置、电源等组成。可编程控制器的结构多种多样， 但其组成的一般原理基本相同， 都是以微处 理器为核心的结构，如图 1-1 所示。编程装置将用户程序送入可编程控制器，在 可编程控制器运行状态下， 输入单元接收到外部元件发出的输入信号， 可编程控 制器执行程序，并根据程序运行后的结果，由输出单元驱动外部设备。1.CPU 单元CPU是可编程控制器的控

24、制中枢， 相当于人的大脑。 CPU一般由控制电路、 运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成的芯片上。 CPU 通过 地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。 CPU 的 功能有：它在系统监控程序的控制下工作， 通过扫描方式， 将外部输入信号的状 态写入输入映象寄存区域， PLC 进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令， 按指令规定的任务进行数据的传送、 逻辑运算、算术运算等， 然后将结果送到输 出映像寄存区域。CPU 常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。通用 型微处理器常见的如 Intel 公司的 8086、80186、到 Pentium

25、 系列芯片，单片机型 的微处理器如 Intel 公司的 MCS-96 系列单片机，位片式微处理器如 AMD 2900 系列的微处理器。小型 PLC 的 CPU多采用单片机或专用 CPU，中型 PLC的 CPU 大多采用 16 位微处理器或单片机，大型 PLC 的 CPU 多用高速位片式处理器， 具有高速处理能力。2. 存储器可编程控制器的存储器由只读存储器 ROM 、随机存储器 RAM 和可电擦写 的存储器 EEPROM 三大部分构成，主要用于存放系统程序、用户程序及工作数 据。只读存储器 ROM 用以存放系统程序， 可编程控制器在生产过程中将系统程 序固化在 ROM 中，用户是不可改变的。用

26、户程序和中间运算数据存放的随机存 储器 RAM 中，RAM 存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器， 可用锂电池做备用电源。 它存储的内容是易失的， 掉电后内容丢失； 当系统掉电 时，用户程序可以保存在只读存储器 EEPROM 或由高能电池支持的 RAM 中。 EEPROM 兼有 ROM 的非易失性和 RAM 的随机存取优点， 用来存放需要长期保 存的重要数据。3. I/O 单元及 I/O 扩展接口（1） I/O 单元PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路（如行程开关、按钮、传感器等） 提供的符合 PLC 输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至 PLC 内部电 路。输

27、入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力， 输入响应时间 一般在 0.115ms 之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量 I/O 单元、数 字量 I/O 单元两大类。根据输入单元形式的不同， 可分为基本 I/O 单元、扩展 I/O 单元两大类。（2）I/O 扩展接口可编程控制器利用 I/O 扩展接口使 I/O 扩展单元与 PLC 的基本单元实现连 接，当基本 I/O 单元的输入或输出点数不够使用时，可以用 I/O 扩展单元来扩充 开关量 I/O 点数和增加模拟量的 I/O 端子。4. 外设接口外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、 文本显示器， 并能通 过外设接口组成

28、PLC 的控制网络。 PLC 通过 PC/PPI 电缆或使用 MPI 卡通过 RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。5. 电源电源单元的作用是把外部电源（ 220V 的交流电源）转换成内部工作电压。 外部连接的电源，通过 PLC 内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流 /直流 供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源 （直流 5 伏、正负 12 伏、24 伏）， 并为外部输入元件（如接近开关）提供 24V 直流电源（仅供输入端点使用） ，而 驱动 PLC 负载的电源由用户提供。1.3.2输入输出接口电路输入输出接口电路实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信

29、号的接口部 件。输入输出接口电路要有良好的电隔离和滤波作用。1. 输入接口电路由于生产过程中使用的各种开关、按钮、传感器等输入器件直接接到 PLC 输入接口电路上， 为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号， 输入接 口电路必须有很强的抗干扰能力。如图 1-2 所示，输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：（1）利用光电耦合器提高抗干扰能力。 光电耦合器工作原理是： 发光二极 管有驱动电流流过时，导通发光，光敏三极管接收到光线，由截止变为导通，将 输入信号送入 PLC 内部。光电耦合器中的发光二极管是电流驱动元件，要有足 够的能量才能驱动。 而干扰信号虽然有的电压值很高， 但能量较小，

30、不能使发光 二极管导通发光，所以不能进入 PLC 内，实现了电隔离。（2）利用滤波电路提高抗干扰能力。 最常用的滤波电路是电阻电容滤波， 如图 1-2 中的 R1、C 。图 1-2 中，S 为输入开关，当 S 闭合时， LED 点亮，显示输入开关 S 处于 接通状态。光电耦合器导通，将高电平经滤波器送到 PLC 内部电路中。当 CPU 在循环的输入阶段锁入该信号时，将该输入点对应的映像寄存器状态置 1；当 S断开时，则对应的映像寄存器状态置 0。根据常用输入电路电压类型及电路形式不同， 可以分为干接点式、 直流输入 式和交流输入式。输入电路的电源可由外部提供，有的也可由 PLC 内部提供。2.

31、输出接口电路 根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为三种：（1）小型继电器输出形式，如图 1-3 所示。这种输出形式既可驱动交流负 载，又可驱动直流负载。它的优点是适用电压范围比较宽，导通压降小，承受瞬 时过电压和过电流的能力强。缺点是动作速度较慢，动作次数（寿命）有一定的 限制。建议在输出量变化不频繁时优先选用。图 1-3 所示电路工作原理是： 当内部电路的状态为 1 时，使继电器 K 的线圈 通电，产生电磁吸力，触点闭合，则负载得电，同时点亮 LED ，表示该路输出 点有输出。当内部电路的状态为 0 时，使继电器 K 的线圈无电流，触点断开， 则负载断电，同时 LED 熄灭，表示该路输出点无输出。（ 2）大功率晶体管或场效应管输出形式，如图 1-4 所示。这种输出形式只 可驱动直流负载。它的优点是可靠性强，执行速度快，寿命长。缺点是过载能力 差。适合在直流供电、输出量变化快的场合选用。图 1-4 所示电路工作原理是：当内部电路的状态为 1 时，光电耦合器 T1 导 通，使大功率晶体管 VT 饱和导通，则负载得电，同时点亮 LED ，表示该路输出 点有输出。当内部电路的状态为 0 时，光电耦合器 T1 断开，大功率晶体管 VT 截止，则负载失电， LED 熄灭