【正文】 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 1 緒 論 在 PLC 誕生之前，工業(yè)控制設(shè)備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝置。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，使用繼電器電路構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來(lái)。首先是復(fù)雜的系統(tǒng)使用成百上千個(gè)各種各樣的繼電器，成千上萬(wàn)根導(dǎo)線連接得密如蛛網(wǎng)。只要有一個(gè)繼電器、一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能正常工作，其次是這樣的系統(tǒng)維修及改造很不容易。而在 20 世紀(jì) 60~70年代，社會(huì)的進(jìn)步要求制造業(yè)生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本、高質(zhì)量的產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)需要，不斷地提出改善生產(chǎn)機(jī)械功能的要求。加上當(dāng)時(shí)電子技術(shù)已經(jīng)有了一定 的發(fā)展，于是人們開始尋求一種以存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯的新型工業(yè)控制設(shè)備。這就是 PLC，世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC是 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的 PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 20世紀(jì) 70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯 形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。因而人們稱可編程控制器是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20 世紀(jì) 70 年代中期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、極高的性價(jià) 比 等優(yōu)勢(shì)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，在世界第一臺(tái)可編程控制器的誕生地美國(guó)，權(quán)威情報(bào)機(jī)構(gòu) 1982年統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，大量應(yīng)用可編 程控制器的工業(yè)廠家占美國(guó)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)廠家總數(shù)的 82%，可編程控制器的應(yīng)用已位于眾多的工業(yè)自控設(shè)備之首。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套 更 加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 本課題來(lái)源于成都天興儀表（集團(tuán)）有限公司工模具中心承接天興山田車用部品有限公司的一設(shè)計(jì)任務(wù)。成都天興儀表（集團(tuán)）有限公司工模具中心是天興集團(tuán)下屬以工（模）具、量（刃）具、非標(biāo)準(zhǔn)件（以下簡(jiǎn)稱非標(biāo)）的設(shè)計(jì)與制造以及熱處理為主的子公司；成都天興山田車用部品有限公司系天興集團(tuán)與日本 山 田株式會(huì)社合資的又一子公司，主要從事汽車、摩托車零部件的開發(fā)和生產(chǎn)。 汽車轉(zhuǎn)向器是 山 田公司產(chǎn)品之一，生產(chǎn)過(guò)程中，較多產(chǎn)品鉚接后，轉(zhuǎn) 動(dòng)較緊，不靈活。為了保證產(chǎn)品的安全可靠性和出廠時(shí)的一致性，以及駕駛?cè)藛T對(duì)汽車操控的舒適性；同時(shí)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提出了用機(jī)器磨合的構(gòu)想。根據(jù)生產(chǎn)單位的要求，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我實(shí)習(xí)所在的工模具成立了以楊江龍工程師為組長(zhǎng) 的 設(shè)計(jì)小組，攻克采用 PLC 控制的汽車轉(zhuǎn)向器鉚點(diǎn)磨合機(jī)這一非標(biāo)設(shè)計(jì)課題。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 2 基礎(chǔ)知識(shí) 介紹 PLC 的硬件 PLC的定義 可編程控制器 (PROGRAMMOBLE CONTROLER) 簡(jiǎn)稱 PC ， 個(gè)人計(jì)算機(jī) (PERSONAL COMPUTER)也簡(jiǎn)稱 PC，為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做 PLC。在 1987年頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 作了如下定義： PLC 是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 及有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC的特點(diǎn) 總的說(shuō)來(lái) PLC 有如下幾個(gè)特 點(diǎn)： （ 1） 可靠性高，抗干 擾能力強(qiáng)： 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)代化大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的抗干擾性。 （ 2） 配套齊全，功能完善，適應(yīng)性強(qiáng) ： PLC 發(fā)展到今天，己形成了大、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(chǎng)合。除了邏輯處理功能外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 （ 3）易學(xué)易用，深受工程人員歡迎： PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于 為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相接近，只用 PLC 少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，改造容易： PLC 用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大大縮短了。同時(shí)，維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備通過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低。 PLC的應(yīng)用領(lǐng) 域 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類 ： （ 1） 開關(guān)量的邏輯控制 （ 2） 模擬量控制 （ 3） 運(yùn)動(dòng)控制 （ 4） 過(guò)程控制 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 世界各國(guó)生產(chǎn)的可編程控制器外觀各異，但作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM、 ROME）、輸入輸出器件（ I/O 接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。 PLC 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 3 圖 11 PLC 硬 件結(jié)構(gòu)框圖 、可編程控制器 的 分類 （ 1） 按硬件結(jié)構(gòu)分類 ： 單元式結(jié)構(gòu) 、 模塊式結(jié)構(gòu)（積木式） 、 ,疊裝式結(jié)構(gòu) （ 2） 按應(yīng)用規(guī)模及功能分類 ： 超小型 （ 64 點(diǎn)以下 ）、 小型 （ 64~128 點(diǎn) ）、 中型 （ 128~512 點(diǎn) ）、大型 （ 512~8192 點(diǎn) ）、 超大型 （ 8192 點(diǎn)以上 ） 可編程控制器還可以按功能分為低檔機(jī)、中檔機(jī)、及高檔機(jī)。 PLC 的軟件 PLC 軟件包含系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件兩大部分 系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件 除了 包 含系統(tǒng)的管理程序 外 ，還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標(biāo)準(zhǔn)程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完 成機(jī)內(nèi)運(yùn)行時(shí)間的分配、存儲(chǔ)空間的分配管理，及系統(tǒng)自檢等工作。用戶指令的解釋程序用以完成用戶指令變換為機(jī)器碼的工作。系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程控制器之前就己經(jīng)裝入機(jī)內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。 應(yīng)用軟件也叫用戶軟件。是用戶為達(dá)到某種控制目的，采用 PLC 廠家提供的編程語(yǔ)言自主編制的程序。應(yīng)用程序的編制需使用可編程控制器廠方提供的編程語(yǔ)言。至今為止還沒(méi)有一種能適合于各種可編程序控制器的通用編程語(yǔ)言。但由于各國(guó)可編程控制器的發(fā)展過(guò)程有類似之處，可編程控制器的編程語(yǔ)言及編程工 具都大體差不多。一般常見的有如下幾種編程語(yǔ)言表達(dá)方式。 成都大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 4 （ 1） 梯形圖（ ladder diagram） ： 梯形圖語(yǔ)言是一種以圖形符號(hào)在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語(yǔ)言，是從繼電器電路圖演變過(guò)來(lái)的。梯形圖中所描繪的圖形符號(hào)和繼電器電路圖中的符號(hào)十分相似。因而設(shè)繪梯形圖的一種思路可以將可編程控制器中參與邏輯組合的元件看成和繼電器一樣的器件，具有常開、常閉觸點(diǎn)及線圈，且線圈的得電與失電將導(dǎo)致觸點(diǎn)的相應(yīng)動(dòng)作。再用母線代替電源線，用 能量流 概念來(lái)代替繼電器中的電流概念，使用繪制繼電器電路圖類似的思路繪制梯形圖。 根據(jù)國(guó) 際電工委員會(huì)（ IEC） 1994 年 5 月在 PLC 標(biāo)準(zhǔn)中推薦的。另還有如下幾種編程語(yǔ)言，因本文采用梯形圖編寫程序，不一一表述 （ 2） 指令表（ Instruction list） （ 3） 順序圖（ Sequential chart） （ 4） 功能塊圖（ Function block diagram） （ 5） 結(jié)構(gòu)文本（ Structured text）