【文章內容簡介】 化的數(shù)字量）去自動控制機械裝置進行動作，它與通過連續(xù)變化的模擬量進行的程序控制（即順序控制），有著截然不同的性質。 由于數(shù)控中的控制信息，而處理這些短信息離不開計算機，因此將通過計算機進行自動控制的技術，簡稱為數(shù)控。這里講的數(shù)控，特指用于機床加工中的數(shù)控（即機床數(shù)控）。除此之外，數(shù)控還廣泛應用于測量、理化試驗與分析、物質與信息的沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 3 傳輸、建筑以及科學管理等領域。 早期的數(shù)控機床的 NC 裝置由各種邏輯元件、記憶元件組成隨機邏輯電路，是固定接線的硬件結構，由硬件來實現(xiàn)數(shù)控功能，稱作硬件 數(shù)控，用這種技術實現(xiàn)的數(shù)控機床一般稱作為 NC 機床。 計算機數(shù)控（ Computer Numerical Control），簡稱 CNC?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)是采用微處理器或專用微機的數(shù)控系統(tǒng)，由事先存放在存儲器里的系統(tǒng)程序（軟件）來實現(xiàn)控制邏輯，實現(xiàn)部分或分部數(shù)控功能，并通過接口與外圍設備進行連接，稱為 CNC系統(tǒng)，這樣的機床一般稱為 CNC 機床。 機床數(shù)控是指通過加工程序編制工作，將其控制指令以數(shù)字信號的方式記錄在信息介質上，經輸入計算機處理后，對機床各種動作的順序、位移量和速 度實現(xiàn)自動控制的一門技術。其控制對象是專門針對機床和機床加工的，這里所說的機床不僅指金屬切削機床（臺車、銑、刨、鉆、磨、鏜等機床）。 數(shù)控機床是一種通過數(shù)字信息控制機床按給定的運動規(guī)律，進行自動加工的機電一體化新型加工裝備。 數(shù)控機床是數(shù)字控制技術與機床相結合的產物，機床數(shù)控技術是通過數(shù)控機床加工技術而實現(xiàn)的，應用數(shù)控技術的關鍵在于學好和用好數(shù)控機床。 一個國家的機床數(shù)控率，反映了這個國家機床工業(yè)和機械制造業(yè)水平的高低，同時也是衡量一個國家科技進步的重要標志之一。它對于實現(xiàn)生產過程自動化，促進 科技進步和加速現(xiàn)代化建設，都有著十分重大的意義。發(fā)達國家視數(shù)控技術為機械工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點，而大力推進和發(fā)展數(shù)控機床。 課題研究 任務 及 要求 本文針對 基于 PLC 的數(shù)字程序控制的模擬在 下位機建立一個 PLC 可編程控制器系統(tǒng)，完成設計內容及實現(xiàn)的技術指標如下： 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 4 課題研究內容 ，收集有關資料。 PLC 和組態(tài)軟件語言編程。 。 PLC 直線插補和圓弧插補的程序。 。 ，敘述清楚，有重點地說明研究過程和分析方法； 技術指標 PLC控制直線插補和圓弧插補 ； 課題的內容 安排 本論文共分 5章。第 1章概述，介紹 數(shù)字程序控制 的課題背景 ， 數(shù)字程序控制的發(fā)展現(xiàn)狀 以及本課題的研究內容和技術指標 ； 第 2章介紹了 PLC 可編程控制器及西門子 S7200 的特點、應用、優(yōu)點 ，以及 相關 的主要技術指標； 第 3章 介紹 本文的設計原理逐點比較法，直線插補，圓弧插補 等。 第 4章 具體介紹了 PLC 程序的設計核心內容，包括程序的設計思路和方法 等。第 5 章 具體介紹 了組態(tài)監(jiān)控軟件，紫金橋組態(tài)軟件的特點、優(yōu)點、應用及其模擬監(jiān)控。 最后 得出結論，并做了社會經濟效益分析。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 5 2 PLC可編程控制器 PLC可編程序控制器： PLC英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用一類可編程存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶指令， 數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型機械或生產過程。 PLC 可編程控制器的描述 PLC 發(fā)展歷程 工業(yè)生產過程中，大量開關量順序控制，它邏輯條件進行順序動作，并邏輯關系進行連鎖保護動作控制，及大量離散量數(shù)據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置要求，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控制裝置，首次采用程序化手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。 個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，方便，也反映可編程控制器功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn) 在 仍常常將 PLC簡稱 PC。 PLC 定義有許多種 ， 國際電工委員會（ IEC）對 PLC 定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序存貯器，用來其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并數(shù)字、模擬輸入和輸出，控制各種類型機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能原則設計。 上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快時期，年增長率一 直保持為 30～40%。這時期， PLC 處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領域，某些應用上取代了過程控制領域處于統(tǒng)治位沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 6 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 工業(yè)自動化控制特別是順序控制中位，可預見將來，是無法取代。 PLC 構成 從結構上分， 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、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以一定規(guī)則組合配置。 CPU 構成 CPU 是 PLC 核心，起神經中樞作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據，用掃描方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來狀態(tài)或數(shù)據，并存入規(guī)定寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路工作狀態(tài)和編程過程中語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定任務產生相應控制信號，去指揮有關控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián) 系數(shù)據、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據，是 PLC 不可缺少組成單元。 使用者看來，不必要詳細分析 CPU 內部電路，但對各部分工作機制應有足夠理解。 CPU 控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算中間結果，它也是控制器指揮下工作。 CPU 速度和內存容量是 PLC 重要參數(shù)，它們決定著 PLC 工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路接口，是輸入輸出部分（ I/O）完成。 I/O 模塊集成了 PLCI/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 7 信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開關量是指開和關（或 1和 0）兩種狀態(tài)信號，模擬量是指連續(xù)變化量。常用I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模 擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理基本配置能力，即受最大底板或機架槽數(shù)限制。 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊集成電路提供工作電源。同時，有還為輸入電路提供24V 工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用為 24VAC）。 底板或機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間連接，使各模塊構成一個整體。 PLC 系統(tǒng)其它設備 ：編程器是 PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制系統(tǒng)工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。 ：最簡單人機 界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 8 及。 ：用于永久性存儲用戶數(shù)據，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量電位器，打印機等。 PLC 通信聯(lián)網 依靠先進工業(yè)網絡技術可以迅速有效收集、傳送生產和管理數(shù)據。網絡自動化系統(tǒng)集成工程中重要性越來越顯著，有人提出 網絡就是控制器 觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成 一個統(tǒng)一整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有RS232 接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議接口。 PLC 通信，還未實現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準， PLC 各廠家均有采用。 一個自動化工程 (特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網絡非常重要。首先，網絡必須是開放，以方便不同設備集成及未來系統(tǒng)規(guī)模擴展；其次，針對不同網絡層次傳輸性能要求，選擇網絡形式，這必須較深入了解該網絡標準協(xié)議、機制前提下進行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用網絡標準。 PLC 的優(yōu)點 由于可以直接利用已有的配電網絡作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網絡的投資，降低了成本。 ，它的規(guī)模是其他任何網絡無法比擬的。PLC 可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯(lián)網的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。 PLC 能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設備廠家的不同而在~45Mbps 之間。遠遠高于撥號上網和 ISDN，比 ADSL 更快！足以支持現(xiàn)有網絡上的各種應用。更高速率的 PLC 產品正在研制之中。 PLC 屬于 即插即用 ，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網絡！ ，只要連接到房間內的任何電源插座上，就可立沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 9 即擁有 PLC 帶來的高速網絡享受！ PLC 特點 ，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網絡，同時可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動性方面可與 WLAN 媲美。 、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞 DVD 影片，它所提供的 14Mbps 帶寬可以為很多應用平臺提供保證。最新的電力線標準 HomePlug AV 傳輸速度已經達到了 200Mbps；為了確保 QoS， HomePlug AV 采用了時分多路訪問（ TDMA）與帶有沖突檢測機能的載體偵聽多路訪問（ CSMA）協(xié)議，兩者結合，能夠很好地傳輸流媒體。 ，無所不在的電力線網絡也是這種技術的優(yōu)勢。雖然無線網絡可以做到不破墻，但對于高層建筑來說，其必需布設 N 多個 AP 才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎的網絡，它的規(guī)模之大，是其他任何網絡無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把這種網絡接入服務滲透到每一處有電力線的地方。這一技術一旦全面進入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網普及帶來極大 的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現(xiàn)因特網接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。 。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網絡基礎設施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打洞，避免了對建筑物、公用設施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網技術， PLC 成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國內已開通電力寬帶上網的地方，其包月使用費用一般為 5080 元 /月左右，這樣的價格和很多地方的 ADSL 包月相持平。 。 PLC 作為利用電力線組網的一種接入技術，提供寬帶網絡 “ 最后一公里 ” 的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領域。它是利用電力線作為通信載體，使得 PLC 具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受 ~45Mbps 的高速網絡接入，來瀏覽網頁﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據、語音、視頻，以及電力于一體的 “ 四網合一 ” 。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計 (論文 ) 10 PLC 應用 目前， PLC 在國內外已廣泛應