【正文】 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用及發(fā)展 系 部 ： 班 級(jí)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2021 年 11 月 9 日 1 目 錄 標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞 2 第一章 可編程序控制器概述（ PLC） 3 PLC 的定義 3 PLC 的產(chǎn)生 3 PLC 的結(jié)構(gòu)及分類 3 PLC 的工作原理 4 PLC 編程 7 第二章 PLC 的現(xiàn)狀 9 PLC 的來源 9 典型的 PLC 產(chǎn)品 10 PLC 在我國(guó)的應(yīng)用 10 PLC 發(fā)展的重點(diǎn) 11 第三章 PLC 技術(shù)的應(yīng)用 13 PLC 工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用 13 PLC 應(yīng)用中需要注意的問題 —— 工作環(huán)境和抗干擾 14 第四章 PLC 實(shí)際應(yīng)用舉例 17 接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制 使用 PLC 控制 17 復(fù)合聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)使用 PLC 控制 18 斷電延時(shí)型星角降壓?jiǎn)?dòng)能耗制動(dòng)控制 使用 PLC 控制 20 第五章 PLC 的發(fā)展趨勢(shì)和前景 22 PLC 在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 22 PLC 的前景 22 參考文獻(xiàn) 27 2 摘要 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(jī)的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)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。 一直以來，可編程序控制器簡(jiǎn)稱 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制方面發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。 PLC 主要能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安個(gè)可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動(dòng)化工業(yè)企業(yè)的需要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域有了翻天覆地的變化，而 PLC 不斷地采用新技術(shù)以及增 強(qiáng)系統(tǒng)的開放性，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 PLC將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，成為實(shí)現(xiàn)單機(jī)、車間、工廠自動(dòng)化的核心設(shè)備，其具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能由簡(jiǎn)單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制，成為自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱。特別是在機(jī)器人、 CAD/CAM方面有著廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。把 PC 中的技術(shù)，如視窗操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)等向 PLC 領(lǐng)域融合、滲透和集成的技術(shù)稱為 PLC 的商業(yè)技術(shù)。近年來 PC 在自動(dòng)化中的應(yīng)用領(lǐng)域也在擴(kuò)大 (如用計(jì)算機(jī)的 CNC 和 DCS 等 )，把 PC 技術(shù)作為一種補(bǔ)充技術(shù)用于PLC 中，集成起來，目的是嵌入應(yīng)用，是軟控制器，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)延伸，它只用廉價(jià)的芯片組就可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。 關(guān)鍵詞 ： （ PLC）； 2. 控制； ； 4. 發(fā)展； 5. 應(yīng)用； 3 第一章 可編程序控制器概述 定義 可編程序控制器又稱 PLC 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）于 1987 年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。 在草案中對(duì)可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。 PLC的產(chǎn)生 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。 傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 1968 年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller(PC)。 個(gè)人計(jì)算機(jī) (簡(jiǎn)稱 PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller(PLC)。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 30~40%。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC的組成及分類 4 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式 (模塊式 )兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這 些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 分類 ： 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256~1024 點(diǎn)之間。 I/O的處理方式除 了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠 生產(chǎn)管理自動(dòng)化 。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 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(yùn)行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn) (包括其常開或常閉觸點(diǎn) )在繼 5 電器控制線路的哪個(gè)位 置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 (2)PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除二者之間由于運(yùn)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(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于 I/O 響應(yīng)要求不高的場(chǎng)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。 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (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(gè)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(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖 信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中 6 對(duì)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(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (3)輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在 PLC 中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序 1 只用一次掃描周期，就可完成對(duì) %M4 的刷新； 程序 2 要用四次掃描周期，才能完成對(duì) %M4 的刷新。 這兩個(gè)例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描 周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 PLC的 I/O響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng) PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控 7 制， PLC 采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 (掃描技術(shù) )。 以上兩個(gè)主要原因，使得 PLC 得 I/O 響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描 周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。 所謂 I/O 響應(yīng)時(shí)間指從 PLC 的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。其最短的 I/O 響應(yīng)時(shí)間與最長(zhǎng)的I/O 響應(yīng)時(shí)間。 PLC的編程 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用 PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序 (也就是邏輯控制 )用來實(shí)現(xiàn)各種控 制。 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)： 梯形圖中接點(diǎn) (觸點(diǎn) )只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。 PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。 認(rèn)識(shí)梯形圖和繼電器控制原理圖符號(hào) 的區(qū)別 ： 8 繼電器控制原理圖中的元件符號(hào)，有常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)和線圈，為了區(qū)別它們，在有關(guān)符號(hào)邊上標(biāo)注如 KM、 KA、 KT 等以示不同的器件，但其觸頭的數(shù)量是受到限制。而 PLC 梯形圖中，也有常開、常閉觸點(diǎn)，在其邊上同樣可標(biāo)注 X、 Y、 M、 S、 T、 C 以示不同的軟器件。它最大的優(yōu)點(diǎn)是：同一標(biāo)記的觸點(diǎn)在不同的梯級(jí)中，可以反復(fù)的出現(xiàn)。而繼電器則無法達(dá)到這一目的。而線圈的使用是相同的，即不同的線圈只能出現(xiàn)一次。 編程元件的分類 ： 編程元件分為八大類， X 為輸入繼電器、 Y 為輸出繼電器、 M 為輔助繼電器、 S 為狀態(tài)繼電器 、 T 為定時(shí)器、 C 為計(jì)數(shù)器、 D 為數(shù)據(jù)寄存器和指針 (P、 I、 N)。關(guān)于各類元件的功用，各種版本的 PLC 書籍均有介紹，故在此不介紹，但一定要清楚各類元件的功能。 編程元件的指令由二部分組成 ： 如 LD(功能含意 )X000(元件地址 )，即 LD X000， LDI Y000...... 熟識(shí) PLC 基本指令 ： LD(取 )、 LDI(取反 )、 OUT(輸出 )指令； LD(取 )、 LDI(取反 )以電工的說法前者是常開、后者為常閉。這二條指令最常用于每條電路的第一個(gè)觸點(diǎn) (即左母線第一個(gè)觸點(diǎn) )，當(dāng)然它也可