【文章內(nèi)容簡介】 豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了 ， 因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā) 與應(yīng)用將 將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、 硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大 ；但是單片機對環(huán)境要求較高，不適合在惡略環(huán)境下工作。 單片機主要應(yīng)用于測試和控制領(lǐng)域，在國際上，多把單片機稱為微控制器 。 方案確定 單片機控制系統(tǒng)電路中需要加入 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換器，線路復(fù)雜，還要分配大量的中斷口地址。而且單片機控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時也需要高技術(shù)的人員才能修復(fù) ，所以在此也不易用單片機來實現(xiàn)。 由于 可編程控制器 PLC 具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在 30 萬小時以 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 30 頁 第 9 頁 上 ； 安裝，操作和維護(hù)也較容易；編程簡單， PLC 的基本指令不多，編程器使用比較方便 ，程序設(shè)計和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有很好的經(jīng)濟(jì) 效益。此外 PLC 內(nèi)部定時、計數(shù)資源豐富，可以方便地實現(xiàn)對送料小車的控制。 比較單片機和可編程控制器的特點得到如下結(jié)論： 1）因為體積小而且廉價．所以單片機方案適合大批量重復(fù)生產(chǎn)的民用消費品。特別是儀器儀表以及小型控制系統(tǒng)。 2 ） PLC 比單片機更適合于工作母機控制和工業(yè)過程控制。 3）對于單項工程或者重復(fù)數(shù)極少的項目 ，采用 PLC 方案是明智、快捷的途徑，成功率高、可靠性好。但成本較高。 4 ）對于量大的配套項目．采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點．但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。 5 在單片機方案和 PLC 方案都適用的前提下．若控制系統(tǒng)對于穩(wěn)定性和抗干擾性要求很高， 即使設(shè)計成本較高也應(yīng)采用 PLC 方案。 因此，最終 我 選擇了用可編程控制器 PLC 來實現(xiàn) 送料小車 系統(tǒng)的 控制 ，完成本次的 設(shè)計 題目。 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 30 頁 第 10 頁 第二章 可編程控制器的概述 可編程控制器（簡稱 PLC 或 PC）是隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的日益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在繼電器控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制裝置，是將微型計算機技術(shù)、自動化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域的一種高可靠性控制器，是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要支柱 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢 一種新型的控制裝置和先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，總是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要而產(chǎn)生的。 1968 年，美國通用汽車公司（ GM）為改造汽車生產(chǎn)設(shè)備的傳統(tǒng)控制方式，解決因汽車不斷改型而重新設(shè)計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，提出了著 名的十條技術(shù)指標(biāo)在社會上招標(biāo)，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用控制器，它應(yīng)具有以下特點（十條技術(shù)指標(biāo)）： 1. 編程方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2. 維修方便，最好是插件式； 3. 可靠性高于繼電器控制柜； 4. 體積小于繼電器控制柜； 5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 6. 在成本上可與繼電器控制競爭； 7. 輸入可以是交流 115V； 8. 輸出為交流 115V/2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥； 9. 在擴(kuò)展時，原有系統(tǒng)只要很小變更； 10. 用戶程序存儲容量至少能擴(kuò)展到 4K 字節(jié)。 于是可編程控制器應(yīng)運而生。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)上述要求成功研制世界第一臺可編程序控制器 PDP14，并在 GM 公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國 MODICON 公司也研制出 084 控制，從此，這項新技術(shù)迅速在世界各國得到推廣應(yīng)用。 1971 年，日本從美國引進(jìn)這項技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器 DSC18。1973 年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從 1974 年開始研制， 1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是 PLC 采用通訊微處理器之后，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運算了，功能得到更進(jìn)一步增強。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16 位和少數(shù) 32 位微處理器構(gòu)成的微機化 PLC，使 PLC 的功能增強，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。 PLC 的發(fā)展也是與計算機技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，正是這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程控制器的發(fā)展。 可編程控制器大致有以下幾個發(fā)展趨勢： 1. 系列化、模板（塊）化 2. 小型機功能強化 3. 中、大型機高速度、高功能、大容量 4. 低成本 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 30 頁 第 11 頁 5. 多功能 PLC 的定義 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義： “ PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模 擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！? 該定義強調(diào)了可編程控制器是數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，它是一種計算機，是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制計算 機。 PLC 的特點 PLC 的種類雖然千差萬別，但為了在工業(yè)環(huán)境中使用，它們都有許多共同的特點。 ，可靠性提高 、施工、調(diào)試周期短 PLC 的結(jié)構(gòu) 可編程控制器 其本質(zhì)是工業(yè)控制專用計算機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似。 PLC的硬件主要由中央處理單元（ CPU 模塊），存儲器，輸入 /輸出單元，電源組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 編程器 中央處理單元 （ CPU） 輸 入 單元 系統(tǒng)程序存儲器 用戶程序存儲器 輸 出 單元，電 路 電源 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 30 頁 第 12 頁 圖 21 PLC 結(jié)構(gòu)簡化框圖 一、 PLC 的硬件 1. 中央處理單元（ CPU 模塊） CPU 模塊是 PLC 的控制中樞，是核心部件，其性能決定了 PLC 的性能。 組成：由微處理器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲器的輸入、輸出接口電路相連。 常用芯片：通用微處理器、單片機、位片式微處理器。 作用：處理和運行用戶程序；進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運算；控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。 2. 存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 組成：由多個寄存器組成。將一個寄存器作為一個存儲單元，使用 N 個寄存器可構(gòu)成 N個存儲單元。 1 位寄存器只能存放一位 1 位數(shù)字。 常用存儲器類型： RAM(隨機存取存儲器 )、 ROM(只讀存儲器 )、 EPROM(可擦除 只讀存儲器 )、 EEPROM(可電擦除只讀存儲器 )。 作用：存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。 3. 輸入 /輸出單元 （ I/O 模塊） I/O 模塊是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU模塊的橋梁。 （ 1）輸入模塊 作用：用來接收和采集輸入信號（輸入信號有開關(guān)量輸入信號和模擬量信號兩類）。還需將這些各式各樣的電平信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能夠接收和處理的數(shù)字信號。 輸入類型：直流輸入，交流輸入，交直流輸入。 輸入接口采用光電耦合電路，目的是把 PLC 與現(xiàn)場電路隔離，提高 PLC 的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移，信號鎖存電路。各 PLC 生產(chǎn)廠 家都提供了多種形式的I/O 部件或模塊供用戶選用。 （ 2）輸出模 塊 作用：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)場的執(zhí)行部件能夠接收的信號。 輸出類型：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。 輸出接口電路也采用光電耦合，每一點輸出都有一個內(nèi)部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。 4．電源 作用：將交流電轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部所需的直流電源。 類型：目前大部分 PLC 采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。 二、 PLC 的軟件 PLC 的軟件分為兩大部分 ： 1． 系統(tǒng)監(jiān)控程序 用于控制可編程控制 器本身的運行。主要 有 管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。 由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀式存儲器 ROM 中，用戶不能訪問。 2. 用戶程序 用于控制被控裝置的運行。 用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的程序。由用戶啟動運行。通過編程器輸入到 PLC 的隨機存儲器 RAM 中，允許修改。 隨著 PLC 在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用發(fā)展，為了增強 PLC 的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。生 畢業(yè)設(shè)計用紙 共 30 頁 第 13 頁 產(chǎn)廠家開發(fā)了許多供用戶選用的特殊功能模塊。 （ 1） 模擬量輸入輸出模塊 （ 2） 高速計數(shù)器模塊 （ 3） PID 過程控制功能模塊 （ 4） 中斷輸入模塊與快速響應(yīng)模塊 （ 5） 運 動控制模塊 （ 6） 通信模塊 PLC 的主要功能 可編程控制器是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動化設(shè)備，可以在現(xiàn)場的輸入信號作用下，按照預(yù)先輸入的程序，控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，按照一定規(guī)律進(jìn)行動作。其主要功能有： /數(shù)和數(shù) /模轉(zhuǎn)換 PLC 的應(yīng)用 PLC 作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等 各個領(lǐng)域