第一篇：PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實踐經(jīng)驗

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實踐經(jīng)驗

2009-08-25 01:03 P.M.引言

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，而PLC技術(shù)是解決上述問題的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。下面就PLC工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計中的問題進行探討。2 PLC系統(tǒng)設(shè)備選型

PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程。不同型號的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲杏嗔慷焕速M資源的機型（小、中、大形機器）。并且結(jié)合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機型。

目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，國外知名品牌有德國的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國的GE;韓國的LG等。國產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個方面入手。

2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模

依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝流程和復雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小?？煞譃榇?、中、小三種規(guī)模。

小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機或者小規(guī)模生產(chǎn)過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關(guān)量為主，并且I/O點數(shù)小于128 點。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。

中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是復雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點數(shù)在128——512 點之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。

大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)控制，I/O點數(shù)在512點以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)、智能控制、數(shù)據(jù)庫、中斷控制、函數(shù)運算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場總線結(jié)合實現(xiàn)工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制。

2.2 確定PLC I/O 點的類型

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費資源的機型（小、中、大型機器）。

根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動/停止應(yīng)采用晶體管輸出。

2.3 確定PLC編程工具

（1）一般的手持編程器編程。手持編程器只能用商家規(guī)定語句表中的語句表（STL）編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，具有體積小、價格低、易于現(xiàn)場調(diào)試等優(yōu)點。這主要用于微型PLC的編程。

（2）圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖（LAD）編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。

（3）計算機加PLC軟件包編程。這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PLC 開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

硬件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。

（1）PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。

PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。

（2）PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變

頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動作，并且響應(yīng)時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應(yīng)首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。

如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。

當PLC掃描頻率為10次/min 以下時，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動負載。

對于兩個重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。

對于常見的AC220V交流開關(guān)類負載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動，避免PLC的DO接點直接驅(qū)動，盡管PLC手冊標稱具有AC220V交流開關(guān)類負載驅(qū)動能力。

（3）PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來了許多干擾問題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮的問題。一般采用以下幾種方式:

隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器，并將中性點經(jīng)電容接地。

屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場屏蔽作用，防止空間輻射干擾。

布線:強電動力線路、弱電信號線分開走線，并且要有一定的間隔;模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。

3.2 PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在進行硬件設(shè)計的同時可以著手軟件的設(shè)計工作。軟件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問題，程序的編寫是軟件設(shè)計的具體表現(xiàn)。在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計思想是關(guān)鍵，優(yōu)秀的軟件設(shè)計便于工程技術(shù)人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護。

（1）PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計思想。由于生產(chǎn)過程控制要求的復雜程度不同，可將程序按結(jié)構(gòu)形式分為基本程序和模塊化程序。

基本程序:既可以作為獨立程序控制簡單的生產(chǎn)工藝過程，也可以作為組合模塊結(jié)構(gòu)中的單元程序;依據(jù)計算機程序的設(shè)計思想，基本程序的結(jié)構(gòu)方式只有

三種:順序結(jié)構(gòu)、條件分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。

模塊化程序:把一個總的控制目標程序分成多個具有明確子任務(wù)的程序模塊，分別編寫和調(diào)試，最后組合成一個完成總?cè)蝿?wù)的完整程序。這種方法叫做模塊化程序設(shè)計。我們建議經(jīng)常采用這種程序設(shè)計思想，因為各模塊具有相對獨立性，相互連接關(guān)系簡單，程序易于調(diào)試修改。特別是用于復雜控制要求的生產(chǎn)過程。

（2）PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計要點。PLC控制系統(tǒng)I/O分配，依據(jù)生產(chǎn)流水線從前至后，I/O點數(shù)由小到大;盡可能把一個系統(tǒng)、設(shè)備或部件的I/O信號集中編址，以利于維護。定時器、計數(shù)器要統(tǒng)一編號，不可重復使用同一編號，以確保PLC工作運行的可靠性。

程序中大量使用的內(nèi)部繼電器或者中間標志位（不是I/O位），也要統(tǒng)一編號，進行分配。

在地址分配完成后，應(yīng)列出I/O分配表和內(nèi)部繼電器或者中間標志位分配表。

彼此有關(guān)的輸出器件，如電機的正/反轉(zhuǎn)等，其輸出地址應(yīng)連續(xù)安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3）PLC控制系統(tǒng)編程技巧。PLC程序設(shè)計的原則是邏輯關(guān)系簡單明了，易于編程輸入，少占內(nèi)存，減少掃描時間，這是PLC 編程必須遵循的原則。下面介紹幾點技巧。

PLC各種觸點可以多次重復使用，無需用復雜的程序來減少觸點使用次數(shù)。同一個繼電器線圈在同一個程序中使用兩次稱為雙線圈輸出，雙線圈輸出容易引起誤動作，在程序中盡量要避免線圈重復使用。如果必須是雙線圈輸出，可以采用置位和復位操作（以S7-300為例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

如果要使PLC多個輸出為固定值 1（常閉），可以采用字傳送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同時都為1，可以使用一條指令將十六進制的數(shù)據(jù)0A9H直接傳送QW2即可。

對于非重要設(shè)備，可以通過硬件上多個觸點串聯(lián)后再接入PLC輸入端，或者通過PLC編程來減少I/O點數(shù)，節(jié)約資源。例如:我們使用一個按鈕來控制設(shè)備的啟動/停止，就可以采用二分頻來實現(xiàn)。

模塊化編程思想的應(yīng)用:我們可以把正反自鎖互鎖轉(zhuǎn)程序封裝成為一個模塊，正反轉(zhuǎn)點動封裝成為一個模塊，在PLC程序中我們可以重復調(diào)用該模塊，不但減少編程量，而且減少內(nèi)存占用量,有利于大型PLC 程序的編制。PLC控制系統(tǒng)程序的調(diào)試

PLC控制系統(tǒng)程序的調(diào)試一般包括I/O端子測試和系統(tǒng)調(diào)試兩部分內(nèi)容，良好的調(diào)試步驟有利于加速總裝調(diào)試的過程。

4.1 I/O端子測試

用手動開關(guān)暫時代替現(xiàn)場輸入信號，以手動方式逐一對PLC輸入端子進行檢查、驗證，PLC輸入端子的指示燈點亮，表示正常;反之，應(yīng)檢查接線或者是I/O點壞。

我們可以編寫一個小程序，在輸出電源良好的情況下，檢查所有PLC輸出端子指示燈是否全亮。PLC輸入端子的指示燈點亮，表示正常。反之，應(yīng)檢查接線或者是I/O點壞。

4.2 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按控制要求將電源、外部電路與輸入輸出端子連接好，然后裝載程序于PLC中，運行PLC進行調(diào)試。將PLC與現(xiàn)場設(shè)備連接。在正式調(diào)試前全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、I/O連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下即可送電。

把PLC控制單元的工作方式設(shè)置為“RUN”開始運行。反復調(diào)試消除可能出現(xiàn)的各種問題。在調(diào)試過程中也可以根據(jù)實際需求對硬件作適當修改以配合軟件的調(diào)試。應(yīng)保持足夠長的運行時間使問題充分暴露并加以糾正。調(diào)試中多數(shù)是控制程序問題。一般分以下幾步進行:

（1）對每一個現(xiàn)場信號和控制量做單獨測試;

（2）檢查硬件/修改程序;

（3）對現(xiàn)場信號和控制量做綜合測試;

（4）帶設(shè)備調(diào)試;

（5）調(diào)試結(jié)束。結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個步驟有序的系統(tǒng)工程，要想做到熟練自如，需要反復設(shè)計和實踐。本文是PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，在實際應(yīng)用中具有良好的效果

第二篇：基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計

實 訓（習）報 告

課程名稱：專 業(yè) 綜 合 實 訓

專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化

班 級：

學 號：

姓 名：

指導教師： 成 績：

完成日期：

目 錄

1、PLC簡介.........................................................................................................1 1.1、可編程控制器的產(chǎn)生..................................................................................1 1.2、PLC的發(fā)展..................................................................................................3 1.3、PLC的未來展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特點..................................................................................................4 1.5、PLC的組成..................................................................................................5 1.5.1、中央處理單元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存儲器.......................................................................................................6 1.5.3、輸入/輸出模塊..........................................................................................8 1.5.4、擴展模塊...................................................................................................9 1.5.5、編程器.......................................................................................................9 1.5.6、電源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、掃描技術(shù).................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時間.............................................................................13 1.7、梯形圖程序設(shè)計........................................................................................13

2、方案的論證...................................................................................................15 2.1、工藝過程分析............................................................................................15 2.2、PLC型號的選擇........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計.....................................................................17 3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路............................................................................17 3.2、輸入/輸出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖............................................................................18

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計.............................................................19 4.1、程序流程圖................................................................................................19 4.2、梯形圖........................................................................................................20 4.3、系統(tǒng)程序的具體分析................................................................................21

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表................................................22

5、總結(jié)...............................................................................錯誤！未定義書簽。致

謝.............................................................................................................24 參考文獻.............................................................................................................25

摘要

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本文采用PLC進行主控制，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當?shù)奈恢谩?/p>

關(guān)鍵詞： 水位控制、歐姆龍PLC

1、PLC簡介

1.1、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器是二十世紀七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強了PLC過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。

可編程控制器(Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名成員，簡稱PC。為了與個人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。

可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器—接觸器控制難以滿足市場要求，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)

品多樣性的需求，公開對外招標，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

這十項指標就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計算機，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴充功能”的原則來設(shè)計。

用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性等有點，用程序代替硬接線，并且具有計算機功能靈活、通用性能強等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計，重新接線的工作，此種控制器借鑒計算機的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。

PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進步，PLC迅速發(fā)展。PLC進入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人和CAC/CAM）種躍居首位。

我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。

1.2、PLC的發(fā)展

雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上 以計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴大。

進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

1.3、PLC的未來展望

21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

1.4、PLC的特點 可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。

1.5、PLC的組成

PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。

圖1.1 典型PLC組成框圖

1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

進一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

1.5.2、存儲器

存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。

1、PLC常用存儲器類型

（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存

儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。

（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。

2、PLC存儲空間分配

各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：

（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)

（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲區(qū)

系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC性能。

系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。

（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字（16個bit）。整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。

（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC斷電時，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當PLC

斷電時，數(shù)據(jù)被清零。

用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機的RAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。

1.5.3、輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給

執(zhí)行機構(gòu)。

1.5.4、擴展模塊

當一個PLC中心單元的I/O點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

1.5.5、編程器

它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。

目前編程器主要有以下三種類型：

1.便攜式編程器(也叫簡易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC及其兼容機的編程器。

便于攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。

圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。

使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。

用于IBM—PC及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)

時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。

監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。

現(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入／輸出點數(shù)可達16K，而很多小型機僅有10來點，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。

用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：

用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。

當已運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時，PLC可以隨時進行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質(zhì)量與可靠性。

1.5.6、電源

PLC中的電源一般有三類：

1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運放使用；

2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；

3、鋰電池及其充電電源。

考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。

目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點的數(shù)量將 PLC分為三大類：

小型機：256點以下（無模擬量）；

中型機：256 ~ 2048點（64 ~ 128路模擬量）；

大型機：2048點以上（128 ~ 512路模擬量）。

具體實現(xiàn)時，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實際應(yīng)用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

1.6、PLC的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC

與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1.6.1、掃描技術(shù)

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如圖2.2所示：

圖1.2 PLC 掃描周期

1、輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

3、輸出刷新階段：當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。

1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時間

為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。

1.7、梯形圖程序設(shè)計

梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。

指令是用英文名稱的縮寫字母來表達PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡單價廉。

通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：

1、梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形

呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。

2、梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。

3、梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。

4、梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。

5、繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制。

6、PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條指令，一條指令為一個步序。

當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。

2方案的論證

2.1、工藝過程分析

水塔水位控制系統(tǒng)過程分析：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時S4,S3,S2,S1均為ON。當系統(tǒng)啟動時，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥Y打開(10.02通電)，開始往水池里進水，如果進水超過4S，而水池液位沒有超過水池下限位（傳感器S4仍為ON），說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說明系統(tǒng)在正常的工作。此時只有水池下限位有水，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關(guān)閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。

2.2、PLC型號的選擇

輸入:系統(tǒng)啟動按鈕一個,系統(tǒng)停止按鈕一個,液位傳感器四個分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個輸入點。

輸出:Y閥,故障指示燈 ,水泵M。輸出共有3個，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個輸出點。可以選OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。

2.3、工作控制方式

采用工控機作為上位機、PLC系統(tǒng)作為下位機的兩級控制模式。PLC控制系統(tǒng)是該程控系統(tǒng)的核心，工控機作為監(jiān)控機械手的運行狀態(tài)使用。

1、上位機：計算機作為上位機，用于完成狀態(tài)顯示、打印輸出、向PLC發(fā)送分類控制信號等功能，從而實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。同時，計算機還是圖象處理的核心。

2、下位機：PLC作為下位機，用來完成狀態(tài)判別、輸出控制等工作。它直接控制電磁閥、繼電器，從而實現(xiàn)對各執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價格適中、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器歐姆龍CPM2A型PLC來實現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)工藝的控制要求的。歐姆龍PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器，配有豐富的指令系統(tǒng)，易于用戶編程，具有豐富的特殊模塊和通信能力，可以滿足生產(chǎn)自動化的多級要求。本系統(tǒng)采用CPM2A是一種功能完善的緊湊型PLC，大程序容量和存儲單位。另外CPU單元帶RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信協(xié)議可實現(xiàn)程序傳送，數(shù)據(jù)通信等功能。

歐姆龍公司C系列的小型機CPM2A型PLC 20點輸入/輸出，配有CX-Programmer軟件用于控制部分編程時使用。

3、通信方式：CPM2A CPU支持多樣的通信協(xié)議：點到點（Point-to-Point）接口（PPI）、多點接口（Multi-Point）（MPI）。這些都基于系統(tǒng)內(nèi)通信結(jié)構(gòu)模型，都是異步、基于字符的協(xié)議。其中PPI方式是非常簡單方便的通信協(xié)議，只需要一根RS-232C線進行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。因此，本系統(tǒng)選擇PPI方式，簡單且能滿足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和計算機互聯(lián)。

上位機與下位機之間通過RS-232連接構(gòu)成HOST LINK協(xié)議進行通信。RS-232又稱為EIA-232C或RS-232C，是最通用的一種串行通訊標準。它是一種點到點的通信方式，只能連接兩個通信設(shè)備。19200波特率時，最大距離為75米；9600波特率時，最大距離為900米。計算機的串口即為標準的RS-232接口。使用RS-232轉(zhuǎn)換器可以免掉一個RS-422串行接口板。

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計

水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示

圖3.1 水塔水位自動控制示意圖

3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路

圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)電路圖

3.2、輸入/輸出分配

水塔水位控制系統(tǒng)I/O分配表見表3.1。

表3.1 水塔水位自動控制系統(tǒng)I/O分配表

輸入

操作功能 啟動按鈕 停止按鈕 液位傳感器s4 液位傳感器s3 液位傳感器s2 液位傳感器s1

地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Y閥

輸出

操作功能 故障指示燈 水泵M

地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖

水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3 所示：

圖3.3 水塔水位控制系統(tǒng)接線圖

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計

4.1、程序流程圖

水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設(shè)計要求控制流程圖如圖5.1：

圖4.1 水塔液位自動控制系統(tǒng)流程圖

4.2、梯形圖

PLC控制程序用CX-Programmer編程軟件開發(fā)。CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程﹑調(diào)試的工具程序，其運行在Windows操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強大的編程、調(diào)試功能?？蓪崿F(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長于大型程序的編寫，彌補了手編程器編程效率低的不足[1]。CX-Programmer編程軟件支持模塊化設(shè)計，在程序編寫時可以直接將編寫好的程序通過RS-232C傳送到PLC來控制現(xiàn)場設(shè)備。根據(jù)程序流程圖設(shè)計的梯形圖如5.2所示：

圖4.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖

4.3、系統(tǒng)程序的具體分析

PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中易出現(xiàn)的觸點競爭和時序失配的問題。

PLC執(zhí)行用戶程序是從梯形圖左母線開始由上至下，由左向右逐個掃描每個梯級的每個元素，進行運算，此時CPU只是與映象區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號。當CPU執(zhí)行到END指令時，表示程序段結(jié)束，則此次掃描用戶程序結(jié)束。PLC控制程序分析

實現(xiàn)功能：當按下00000系統(tǒng)啟動按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運行停止。

實現(xiàn)功能：當水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進水(Y為ON),當S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。

實現(xiàn)功能：當Y打開進水（Y為ON）定時器開始定時，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進水，出現(xiàn)故障。

實現(xiàn)功能：當S4為OFF時（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界時S2為ON，電機M運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時電機M停止。

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表

水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：

圖4.3 水塔水位控制系統(tǒng)的指令表

總結(jié)

五個星期的PLC實訓很快結(jié)束了，在這短暫的實訓時間里，經(jīng)過老師、同學的指導，我獲益匪淺，學習了不少關(guān)于自己專業(yè)方面的知識。

在完成項目期間，我們組的分工明確，有負責編程的，有負責報告找資料，有負責畫電路圖的……雖說分工明確，但在完成項目過程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個學員學到更多的專業(yè)知識，使每個組員更上一個層次。實訓期間，我主要負責編程、報告及找資料，但這并不是說我在其他組員做他們?nèi)蝿?wù)時置之不理，與我無關(guān)。我在旁邊和組員一起，參與其中的討論分析，并會不時幫助他們完成任務(wù)。而同樣我在做我的任務(wù)時，他們也會經(jīng)常幫我解決一些我無法解決的問題。這樣，我們組在完成這兩個項目還是比較順利的。

我做的這個題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計。在此時對以前學習的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設(shè)計的材料搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進一步的提高。同時在對搜集的材料進行整核，結(jié)合所學理論知識，以及實際應(yīng)用操作的情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。

通過這次設(shè)計實踐。讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運用中，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學習PLC軟件時，由于我對一些細節(jié)的不加重視，當我把自己想出來的一些認為是對的程序運用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因為我沒有把理論和實踐相結(jié)合，缺乏動手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。

如今設(shè)計是做完了，可是我的學習之路還沒有完，這次實訓讓不僅學習了不少與自己專業(yè)相關(guān)的知識，而且還懂得了團隊的力量，并且讓自己更相信一分努力一分收獲，積極的學習態(tài)度在以后的學習、工作中是永遠缺少不了的！并明白人這一輩子不能僅僅局限于那一點點滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。

致

謝

本文是在指導老師悉心指導下完成的。從論文的選題到相關(guān)材料的收集，從論文框架的設(shè)計到具體內(nèi)容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著指導老師的心血。在此，學生表示最誠摯的謝意。在老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、積極的人生觀、學術(shù)上孜孜追求的精神以及對學生無微不至的關(guān)懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對我以后的學習和生活產(chǎn)生重要影響。

在完成整個論文期間，對各位老師、同學、朋友、親人辛勤勞動以及他們在治學和人品上給予我的深刻影響，我同樣銘記在心，并表示由衷的感謝。

在此，我向所有在學業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學、朋友和親人致以最真誠的謝意。

最后，感謝各位專家、學者在百忙之中審閱我的拙作。

參考文獻

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第三篇：基于plc機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

基于plc機械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計 課題背景及研究意義

機械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發(fā)展。機械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視?？傊?，機械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經(jīng)成為工廠自動化的標準配置之一。

由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設(shè)計的機械手就是通過PLC來實現(xiàn)自動化控制的。通過此次設(shè)計可以更進一步學習PLC的相關(guān)知識，了解世界先進水平，盡可能多的應(yīng)用于實踐。

組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計通過組態(tài)軟件對機械手進行監(jiān)控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。機械手

2.1 機械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機械手的分類

機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用 機械手有2~3個自由度。

機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。

機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。

2.3機械手的特點

機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：

1.機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。

2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調(diào)重復易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。

4.可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。

5.宇宙及海洋的開發(fā)。

6.軍事工程及生物醫(yī)學方面的研究和試驗。

2.4 機械手的構(gòu)成

機械手簡述：機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。

1.執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。

2.傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作。動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制 機械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實現(xiàn)了從繼電器控制到計算機控制的轉(zhuǎn)變，計算機控制方式具有以下兩個特點：

(1)硬件上至少有一個微處理器；

(2)通過軟件實現(xiàn)控制思想。

目前，工業(yè)自動化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業(yè)控制計算機（IPC）；

(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。

3.2 PLC與工業(yè)控制計算機（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型

1.各自技術(shù)發(fā)展的起源

計算機是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。

集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計算機；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個集散系統(tǒng)。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點 在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計算機、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。

3.不同點由于PLC和計算機屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區(qū)別仍然存在。

PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計算機結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機。

總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現(xiàn)場環(huán)境和經(jīng)濟性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。

本章小結(jié)

本章主要介紹了機械手的來源、研究背景及研究意義，機械手的分類、特點。由于機械手是在搬運中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機械手類型。此機械手易于操作，性 能可靠。機械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機械手。

第四篇：基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。

本論文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。由變頻器、PLC、PID調(diào)節(jié)器和組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動機泵組由三臺水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動機泵組的速度和切換，使系統(tǒng)運行在最合理狀態(tài)，保證按需供水。

本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力凋節(jié)。再經(jīng)過PID運算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 ；恒壓供水；PID調(diào)節(jié)；PLC Water Supply Control System of Constant Pressure

Based on PLC

With the rapid development of social economy； it demands the better of water supply' s quality and reliability of water supply system.Meanwhile energy resources are seriously lack.So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well，with help of advanced technique of automation，control and communication.At the same time this system can adapt different water supply fields.According to the requirement of China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC.It is consist of the variable frequency and speed regulation，PLC，PID control system for the control system.It controls the outcome of the pumps.The generator pumps are consist of parallel three pumps，and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid.According to the water supply of constant pressure’s outcome water press and flux，the control system control the variable frequency and speed regulation，parallel pumps’ speed and cut over，cause the system move in the best rational situation，assure according to wants supply water.This design has many merits such as save energy.In this paper，the control principle of VVVF providing-water system is introduced，we use PLC to carry on logic control and use inverter to modulate pressure．Through PID control principle.we realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System．The result indicates that the system has the stable pressure，simple structure，and reliable work．

Key words：variable frequency and speed regulation；water supply of constant pressure；PID control system；PLC

目 錄

論文總頁數(shù)：53頁 引言 錯誤！未定義書簽。

1.1 課題背景及意義

錯誤！未定義書簽。

1.2 供水技術(shù)及其發(fā)展 錯誤！未定義書簽。

1.3 恒壓供水系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 錯誤！未定義書簽。1.4 可編程控制器的發(fā)展及應(yīng)用 2 恒壓供水系統(tǒng)介紹

錯誤！未定義書簽。

1.5 本文主要內(nèi)容 錯誤！未定義書簽。

錯誤！未定義書簽。

錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。2.1 當前恒壓供水方案比較 2.2 恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 2.3 變頻器介紹

錯誤！未定義書簽。

2.3.1變頻器的基本結(jié)構(gòu).....................................錯誤！未定義書簽。2.3.2 變頻器的分類及工作原理........................錯誤！未定義書簽。2.3.3 變頻器的操作方式及使用........................錯誤！未定義書簽。2.3.4 變頻器調(diào)速原理........................................錯誤！未定義書簽。2.4 可編程控制器 錯誤！未定義書簽。

2.4.1 可編程控制器的定義................................錯誤！未定義書簽。2.4.2 可編程控制器的組成................................錯誤！未定義書簽。2.5 供水系統(tǒng)中的水錘效應(yīng) 3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成

錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。

錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。3 變頻恒壓供水系統(tǒng)方案設(shè)計 錯誤！未定義書簽。

3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)運行流程 3.4 泵站的設(shè)置及系統(tǒng)控制要求 3.3 水泵切換條件分析 錯誤！未定義書簽。3.5 控制系統(tǒng)地址分配 錯誤！未定義書簽。4 變頻恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計 錯誤！未定義書簽。

4.1 PLC及其擴展模塊 錯誤！未定義書簽。4.2 變頻器

錯誤！未定義書簽。

錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。4.3 水泵機組 錯誤！未定義書簽。4.4 壓力傳感器 4.5 液位變送器

4.6 泵自動/手動控制設(shè)計 錯誤！未定義書簽。5 變頻恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計 錯誤！未定義書簽。

5.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 錯誤！未定義書簽。5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 錯誤！未定義書簽。

5.2.1系統(tǒng)初始化模塊.........................................錯誤！未定義書簽。5.2.2 增、減泵判斷和相應(yīng)操作模塊................錯誤！未定義書簽。5.2.3 水泵的軟啟動模塊....................................錯誤！未定義書簽。5.2.4 各水泵變頻運行控制模塊........................錯誤！未定義書簽。5.2.5 各水泵工頻運行控制模塊........................錯誤！未定義書簽。5.2.6 報警及故障處理模塊................................錯誤！未定義書簽。5.3 系統(tǒng)程序編制 錯誤！未定義書簽。6 系統(tǒng)仿真 錯誤！未定義書簽。

6.1 數(shù)字PID控制技術(shù) 錯誤！未定義書簽。6.2 控制系統(tǒng)數(shù)學模型 錯誤！未定義書簽。6.3 PID參數(shù)整定 錯誤！未定義書簽。結(jié)

論 錯誤！未定義書簽。參考文獻 錯誤！未定義書簽。致

謝 錯誤！未定義書簽。聲

明 錯誤！未定義書簽。附

錄 錯誤！未定義書簽。

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本論文為本人朋友（均為2011屆）的大學本科畢業(yè)設(shè)計最終版，通過了指導老師和評閱老師的審核。格式正確，論文詳實！上傳了部分的初衷是防止出現(xiàn)雷同，完整版本請聯(lián)系本人：1456427153，若本人不在線，請留言！

第五篇：PLC課程設(shè)計基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計

電科班

一、摘要

隨著改革的不斷深入,社會主義市場經(jīng)濟的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進行亮化工程。企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品,均采用廣告手法之一:霓虹燈廣告屏來實現(xiàn)這一目的.當我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告均可以見到,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多中彩色的燈管,另一種為光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語或宣傳畫來達到宣傳的效果。這些燈的亮滅,閃爍時間及流動方向等均可以通過PLC來達到控制的要求。

隨著P

LC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。

PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。

PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：

(一)合理的結(jié)構(gòu)型式，(二)

安裝方式的選擇，(三)相應(yīng)的功能要求，(四)響應(yīng)速度要求，(五)系統(tǒng)可靠性的要求，(六)機型盡量統(tǒng)一。

二

.控制系統(tǒng)介紹及控制要求

本控制系統(tǒng)只要是用于控制霓虹燈和邊框流水燈的按順序的閃爍。它能讓你在不用人控制的情況下，進行燈的自動閃爍，達到宣傳的目的。如圖1，八個字能按順序地進行亮滅，并且邊框的燈能同時地隔位閃爍。

1.霓虹燈廣告屏示意圖

利用s7-200控制由8根燈管，24只流水燈，每4只燈為一組廣告牌。，如下圖所示：

圖1

2.控制要求：

（1）該廣告屏中間8根燈管亮滅的時序為：第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮，時間間隔為1s，全亮后，顯示10s，再反過來從8→7→……→1按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s；再從第8根開始亮，順序點亮7→6→……→1，時間間隔1s，顯示5s，再從1→2→……→8按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s，然后重復運行，周而復始。

（2）24只流水燈，4個一組分成6組，從Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s時間間隔依次向前移動，且點亮時每相隔1燈為亮，即從Ⅰ“、”亮→Ⅱ“、”亮，同時Ⅰ“、”滅→Ⅲ““、”亮，同時Ⅱ“、”滅……，如此移動一段時間（如30s）后，再反過來移動一段時間：Ⅵ“、”亮

→Ⅴ“、”亮，同時Ⅵ“、”滅，……如此循環(huán)往復。

（3）系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制，有起動和停止按鈕。

（4）起動時，燈管和流水燈同時起動，關(guān)閉時，可同時也可分別關(guān)閉。

（5）要求有移位指令的應(yīng)用

（6）在控制要求1中，若要求將全亮后顯示10s改為以0.5s間隔同時閃爍5s，試修改程序。

三.工作原理

1.I/O分配

根據(jù)控制要求，PLC控制霓虹燈廣告顯示屏的輸入，輸出地址如下表所示，其中SB1為啟動開關(guān),SB2為停止開關(guān),SB3為單步連續(xù)選擇開關(guān)SB4為不進按鈕開關(guān).Q0.0～Q0.7控制霓虹燈用的發(fā)光管模擬顯示，Q1.0～Q2.1控制6組流水燈泡。如表1

輸入接點

輸入開關(guān)名稱

I0.0

啟動按鈕SB1

I0.1

停止按鈕SB2

I0.3

單步/連續(xù)開關(guān)SB3

I0.4

步進按鈕開關(guān)SB4

輸出接點

輸出名稱

Q0.0

燈管1

Q0.1

燈管2

Q0.2

燈管3

Q0.3

燈管4

Q0.4

燈管5

Q0.5

燈管6

Q0.6

燈管7

Q0.7

燈管8

Q1.0

L1.L3流水燈

Q1.1

L2.L4流水燈

Q1.2

L5.L7流水燈

Q1.3

L6.L8流水燈

Q1.4

L9.L11流水燈

Q1.5

L10.L12流水燈

Q1.6

L13.L15流水燈

Q1.7

L14.L16流水燈

Q2.0

L17.L19流水燈

Q2.1

L18.L20流水燈

Q2.2

L21.L23流水燈

Q2.3

L22.L24流水燈

2.PlC型號的選擇

由于共由20個端口輸出，并且用是交流點的，所以我選擇用FX2N-48MR-001.FX2N-48MR-001的主要的技術(shù)參數(shù)：輸入繼電器的24點，輸出繼電器由24點。電源電壓為AC100-240V

50/60Hz。

3.硬件接線圖

圖

4．時序圖

5.流程圖

6.梯形圖及程序

0.1啟動

LD?????I0.1

EU

MOVB???16#1,?MB0

MOVW???16#FF,?VW0

S??????M1.0,?1

MOVB???16#81,?VB2

I0.2總停止

LD?????I0.2

MOVB???16#0,?MB0

MOVW???16#0,?VW0

R??????M1.0,?2

MOVB???16#0,?VB2

8路燈管單獨停止

LD?????I0.2

MOVB???16#0,?MB0

MOVW???16#0,?VW0

24l路循環(huán)燈管單獨停

LD?????I0.3

R??????M1.0,?2

MOVB???16#0,?VB2

8路燈管控制,Q0----7（QB0）為8路燈管輸出控制點

LD?????SM0.0

LPS

A??????M0.0

LPS

A??????SM0.5

EU

RLW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF00,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.1

LPS

TON????T37,?100

A??????T37

A??????SM0.5

EU

RRW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.2

LPS

TON????T38,?20

A??????T38

A??????SM0.5

EU

RRW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF00,?VW0

EU

RLB????MB0,?1

LRD

A??????M0.3

LPS

TON????T39,?50

A??????T39

A??????SM0.5

EU

RLW????VW0,?1

LPP

AW=????16#FF,?VW0

TON????T40,?20

LPP

A??????T40

MOVB???16#1,?MB0

LD?????SM0.0

LPS

A??????SM0.5

MOVB???VB1,?QB0

LPP

AN?????SM0.5

A??????M0.1

AN?????T37

MOVB???16#0,?QB0

24路循環(huán)燈控制，由于2個燈同時亮，所以每2個共用一個輸出點。QB1單數(shù)燈管，QB2雙數(shù)燈管（雙數(shù)的燈管安裝順序與單數(shù)燈管相反，即Q1.0-----Q1.5對應(yīng)燈管1,3-------21,23，Q2.0-----Q2.5對應(yīng)燈管24.22-------4,2,這樣可以省掉一些程序）

LD?????SM0.0

LPS

A??????M1.0

LPS

A??????SM0.5

EU

RLB????VB1,?1

LRD

AN?????M1.1

TON????T42,?300

LRD

A??????T42

EU

S??????M1.1,?1

LRD

A??????M1.1

TON????T43,?300

LPP

A??????T43

EU

R??????M1.1,?1

LRD

AN?????M1.1

MOVB???VB1,?QB1

MOVB???16#0,?QB2

LPP

A??????M1.1

MOVB???VB1,?QB2

MOVB???16#0,?QB1

7.主電路

四、設(shè)計心得

本程序是用STL圖所寫的，在啟動按鈕按下以后，有兩步程序同時運行，一個是霓虹燈字的亮滅，一個是四周邊框流水燈的亮滅。霓虹燈字的亮滅：在按下啟動按鈕以后，八個字會按要求亮滅，主要是計時器控制的，在S20和S21中，S20是燈的正序亮反序滅，S21是燈的反序亮正序滅。流水燈的亮滅，狀態(tài)就比較多了，我是把每一中亮的情況都納入一個狀態(tài)的，所以有6中狀態(tài)，然后在循環(huán)，在30秒過后，會由正序的亮轉(zhuǎn)換成反序的亮。反序的亮30秒都又轉(zhuǎn)換成正序的兩，這個30秒我是用計數(shù)器控制的，因為每一個循環(huán)是6秒，那30秒就是5次，計到5次都才會進行正反序的轉(zhuǎn)換。

經(jīng)過這次的課程設(shè)計，使得我對PLC的掌握進一步的增強，加深了對PLC它們的理解，并對PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復雜程度。多在學習過程中不能想通的問題，在PLC調(diào)試過程中，終于得以解決?？梢钥闯鏊鼘碚摻虒W起到了必要的補充和額拓寬作用，對培養(yǎng)既具有扎實理論功底又具有相當實踐能力的人才必不可少。在這次的課程中，我發(fā)現(xiàn)PLC在工業(yè)控制中的作用很大，它能使人的控制轉(zhuǎn)變成電腦的控制，大大地降低了產(chǎn)品的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。

在此過程中我還發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。當時編完一個程后感覺是正確的。就是這樣還要仔細檢查自己的程序?？紤]到各種可能發(fā)生的情況。

經(jīng)過這次課程設(shè)計培養(yǎng)了我們的設(shè)計能力以及全面的考慮問題能力。學習的過程是痛苦的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動的。相信通過這次課程設(shè)計它對我以后的學習及工作都會產(chǎn)生積極的影響。

五、參考文獻

1．史國生主編

《電氣控制與可編程控制器技術(shù)》

北京:

化學工業(yè)出版社

2005.2

2．尹宏業(yè)主編

《PLC可編程控制器教程》

北京：航空工業(yè)出版社

1997

3．廖常初主編

《PLC編程及應(yīng)用

》

北京：機械工業(yè)出版社

2002

4．張萬忠主編

《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》

北京：

化學工業(yè)出版社

2002

5．張鳳珊主編

《電器控制及可編程控制器》

北京：中國輕工業(yè)出版社

2001