【正文】 PLC在工業(yè)自動化中的應(yīng)用及發(fā)展系　　部：班 級：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 2012年11月9日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)能耗制動使用PLC控制 18 斷電延時型星角降壓啟動能耗制動控制使用PLC控制 20第五章 PLC的發(fā)展趨勢和前景 22 PLC在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展趨勢 22 PLC的前景 22參考文獻(xiàn) 27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，可編程序控制器簡稱PLC在工業(yè)自動化控制方面發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。PLC主要能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安個可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動化工業(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)時延伸，它只用廉價的芯片組就可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。關(guān)鍵詞：（PLC）； 2. 控制； ； 4. 發(fā)展； 5. 應(yīng)用；第一章 可編程序控制器概述 定義可編程序控制器又稱PLC 國際電工委員會（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器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、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)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動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或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國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)。個人計(jì)算機(jī)(簡稱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)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，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、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)成三級通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。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))在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 (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))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。 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(jì)算機(jī)的運(yùn)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。 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(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(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(diǎn)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(diǎn)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(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。 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%M4的刷新； 程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。 這兩個例子說明：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間對整個運(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、輸出刷新等所有時間的總和。 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 PLC的I/O響應(yīng)時間 為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，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(shí)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(jì)算機(jī)的運(yùn)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(jì)算機(jī)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。其最短的I/O響應(yīng)時間與最長的I/O響應(yīng)時間。 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)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，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)場控制要求，用PLC的程序語言編制的應(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)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，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)識梯形圖和繼電器控制原理圖符號的區(qū)別： 繼電器控制原理圖中的元件符號，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觸點(diǎn)(即左母線第一個觸點(diǎn))，當(dāng)然它也可能在電路塊與其它并聯(lián)中的第一個觸點(diǎn)中出現(xiàn)。 第二章 PLC的現(xiàn)狀 PLC的來源在制造工業(yè)(以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征)和過程工業(yè)(以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征)中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，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或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM(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，使得電氣控制功能實(shí)現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫Programmable Controller(PC)。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)生，PC的功能越來越強(qiáng)大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴(kuò)展。上世紀(jì)80年代，個人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡稱為PC，為了方便，也為了反映或可編程控制