【正文】 少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義。 PLC 國內(nèi)外發(fā)展 雖然 PLC 問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)。這個(gè)變革是由繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的飛躍。為了克服這些弊端，世界上各國研制出了可編程序控制器取代繼電器控制，其可靠性、抗干擾性等諸因素是繼電器無法比擬的。繼電接觸器控制系統(tǒng)基本上能夠滿足一些工作模式簡單而固定的工業(yè)場合的控制要求。早期的控制系統(tǒng)是用導(dǎo)線將各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按照系統(tǒng)要求的邏輯關(guān)系連結(jié)起來組成的，這就是 60 年代以前在工業(yè)控制領(lǐng)域廣為應(yīng)用的繼電接觸器控制系統(tǒng)。 由繼電器到 PLC 的變革 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動(dòng)化項(xiàng)目中，我們會(huì)遇到大量的開關(guān)量、脈沖量以及模擬量等控制裝置。 多年來，可編程序控制器從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了從接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，功能由弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了從邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。國際電工委員會(huì)（ LEC）于 1982 年 11 月和 1985 年 1 月對 PLC 定義為：可編程序控制器（ Programmable Logical Controller，簡稱 PLC）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)。此過程即實(shí)驗(yàn)研究過程。 （ 2）實(shí)驗(yàn)研究 利用德國 SL 公司提供的 MSM2102 軟件，搭建上述的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備并連接輸入、輸出信號(hào)。 共 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 研究方 法 本課題的研究主要采用系統(tǒng)研究和實(shí)驗(yàn)研究等方法。 （ 3）利用德國 SL公司提供的 MSM2102軟件搭建一個(gè)能存放 20個(gè)毛坯零件的高架立體倉庫，一個(gè)能三軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手、一個(gè)帶緊停按鈕的操作面板、若干個(gè)毛坯零件等組成的毛坯零件搬運(yùn)系統(tǒng)，連接輸入、輸出信號(hào)線，并設(shè)計(jì)控制流程圖。 研究內(nèi)容 （ 1）熟悉并掌握德國 SL 公司提供的 MSM2102 軟件和可編程控制器編程語言 STEP7。 研究內(nèi)容和研究方法 共 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 課題構(gòu)思 本課題要求在了解柔性制造系統(tǒng)（ FMS）中毛坯 零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用德國 SL 公司開發(fā)的 MSM2102 軟件在計(jì)算機(jī)上仿真構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手等組成的毛坯零件搬運(yùn)單元，采用德國西門子 S7 可編程控制器進(jìn)行控制，編制出相應(yīng)的 PLC 程序，然后對編制的程序進(jìn)行調(diào)試、模擬運(yùn)行。另一方面，對于我們職教師資項(xiàng)目的學(xué)生來說，還可以深入地體會(huì)到用項(xiàng)目教學(xué)法與模擬仿真方法相結(jié)合，構(gòu)建復(fù)雜工作環(huán)境的教學(xué)方法帶來的優(yōu)勢。在了解柔性制造系統(tǒng)（ FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用德國西門子S7 可編程控制器進(jìn)行控制 ，編制出相應(yīng)的 PLC 程序，然后進(jìn)行仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過程的模擬仿真。為了克服這些困難，目前國內(nèi)外部分學(xué)校已經(jīng)開始嘗試采用一種基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，通過計(jì)算機(jī)仿真軟件模擬其自動(dòng)控制過程。 然而，可編程控制器的特點(diǎn)決定了這些課程技術(shù)實(shí)踐性非常強(qiáng)，其程序的驗(yàn)證只有結(jié)合被控制對象才能實(shí)現(xiàn)，因此，在教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。因此，可編程控制技術(shù)也已成為機(jī)械制造專業(yè)方向非常重要的專業(yè)課。先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)與基礎(chǔ)科學(xué)、管理學(xué)和工程技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果、理論、方法有機(jī)結(jié)合產(chǎn)生的適應(yīng)未來制造的前沿技術(shù)的總稱，具有綜合性、系統(tǒng)性、創(chuàng)新性、可持續(xù)性等特征，成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理等學(xué)科于一體的新興 交叉學(xué)科。 共 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 緒論 選題背景 20 世紀(jì)后半期，隨著計(jì)算機(jī)、材料、自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)也獲得了蓬勃的發(fā)展，新的加工、制造概念和方法層出不窮，如 CNC、 CAD、 CAM、 FMS、 CIMS、 ERP、并行工程、敏捷制造等等。這些先進(jìn) 的 制造技術(shù)改變了傳統(tǒng)的制造模式，大大提高了企業(yè)的競爭能力。 可編程控制技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀 在先進(jìn)制造技術(shù)日益發(fā)展的情況下，可編程控制技術(shù)（ PLC）已經(jīng)成為先進(jìn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。同濟(jì)大學(xué)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)院機(jī)械工程及其自動(dòng)化專業(yè)也開設(shè)了相關(guān)的課程。而實(shí)物被控對象一般都有體積大、價(jià)格昂貴、維護(hù)困難的特點(diǎn)，所以大部分學(xué)校都因?yàn)槭苜Y金、場地、設(shè)備等因素的制 約，只購買一些簡單的實(shí)驗(yàn)箱或者功能單一的可編程控制器，或者只配備一套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 基于教學(xué)現(xiàn)狀的課題研究目的 基于上述我們在相關(guān)專業(yè)課程里遇到的實(shí)際操作困難，本課題利用德國 SL 公司開發(fā)的MSM2102 軟件，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建一套由高架立體倉庫和三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手等組成的毛坯零件搬運(yùn)單元。 一方面，通過這種模擬仿真不僅可以在教學(xué)過程中讓學(xué)生非常直觀地查看控制過程，更容易地理解編程的方法，而且還可以提高學(xué)生編程和調(diào)試的能力，以培養(yǎng)我們的工程研究與開發(fā)的能力。綜合上述因素提出了本課題。這樣一來，通過對實(shí)際項(xiàng)目的仿真模擬，操作者簡單形象地了解了 PLC 控制過程，掌握編程方法，培養(yǎng)了工程研究與開發(fā)能力。 （ 2）了解 柔性制造系統(tǒng)（ FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)。如圖所示： 圖 系統(tǒng)搭建界面 （ 4）用編程語言 STEP7 編制相應(yīng)的 PLC 控制程序，并利用仿真手段對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以得出最終控制程序。 （ 1）系統(tǒng)研究 利用系統(tǒng)研究的方法了解柔性制造系統(tǒng)（ FMS）中毛坯零件的倉儲(chǔ)、搬運(yùn)的特點(diǎn)，分析研究零件在倉儲(chǔ)、搬運(yùn)中將要碰到的技術(shù)問題，以幫助設(shè)計(jì)控制流程圖和編制 PLC 控制程序。用可編程控制器編程語言 STEP7 編制相應(yīng)的 PLC 控制程序，并利用仿真手段對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并最終得出控制程序。 共 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 可編程控制技術(shù) 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC），研制出世上第一臺(tái) PLC， 并在 GM 汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。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)算等操作的命令，并通過數(shù)字式模擬式的 輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。在半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)高速發(fā)展的今天， PLC 在模擬量的處理、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)等各方面的能力都已大幅度提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備并且應(yīng)用的越來越廣泛，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。如電機(jī)的啟動(dòng)與停止 ，電磁閥的開閉；工件的位置、速度、加速度等的測定；產(chǎn)品的計(jì)數(shù)以及溫度、壓力、流量等物理量的設(shè)定和控制等。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于掌握，價(jià)格便宜。 圖 三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)繼電器控制原理圖 但是繼電器接觸器控 制系統(tǒng)通用性和靈活性不夠，如果控制系統(tǒng)中某個(gè)繼電器出現(xiàn)故障，可 共 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 能會(huì)造成個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行不正常，檢修起來也很不方便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它給工業(yè)自動(dòng)化帶來了革命性的變革。 圖 三相異步電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制梯形圖 PLC 的特點(diǎn) PLC 的特點(diǎn)是： ① 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； ② 配套齊全，功能完善，適用性 強(qiáng)； ③ 操作簡單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎； ④ 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便、易于改造；⑤ 體積小、質(zhì)量輕、功耗低。其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段： （ 1）早期的 PLC(20 世紀(jì) 60 年代末一 70 年代中期 )一般稱為可編程邏輯控制器。其主要功能一般只用于單一工序的自動(dòng)控 制。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 ——梯形圖。其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。美國、日本、德 國等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元 (CPU)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 （ 3）近期的 PLC(20 世紀(jì) 80 年代中后期至今 )進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代中后期，由于超大規(guī)模集成電路 技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高?？缛?21 世紀(jì)后，就整體而言，不論是硬件還是系統(tǒng)軟件 (專用操作系統(tǒng)、編程語言 )，以至于聯(lián)網(wǎng)通信， PLC 正在向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，以謀求在 ERP、 MES 和 PCS 的 3 層體系結(jié)構(gòu)中立于不敗之地，更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)。 我國 可編程控制器的引進(jìn)，應(yīng)用，研制，生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列，杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列，大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列，蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模，并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。雖然我國在PLC 生產(chǎn)方面 還比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的?？梢灶A(yù)期，隨著我圍現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。大型 PLC 系統(tǒng)不少于 1 024 個(gè) IO 點(diǎn)，主要用于冶金自動(dòng)化生產(chǎn)線和電廠。中型 PLC系統(tǒng)有 256—1 023 個(gè) IO 點(diǎn)，主要用于冶金、電力、造紙、化工、加工 /組裝生產(chǎn)流水線、包裝流水線等領(lǐng)域。微型 PLC 系統(tǒng)的 IO 點(diǎn)少于 64 個(gè)，它主要用于單臺(tái)設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機(jī)械、數(shù)控機(jī)床、塑料加工機(jī)械、小型包裝機(jī)械上。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展， PLC 得到了迅速的發(fā)展，也在社會(huì)各領(lǐng)域的生產(chǎn)中得到了越來越多的應(yīng)用。并且還在向其它領(lǐng)域延伸。 （ 1）開關(guān)邏輯量控制 這是 PLC 最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。 （ 2）工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)中．存在一些連續(xù)變化的量 (即模擬量 )如：溫度，壓力，流量，液位，速度等。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。 （ 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算，函