【正文】 年 月 日 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 摘 要 可編程序控制器（ PLC）是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)控制裝置。 PLC 應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用；特別是在機(jī)車電氣控制系統(tǒng)中大量運(yùn)用。此舉措不僅方便操作而且在電氣系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有了顯著提高。但是，隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求在不斷提高，對(duì)于控制系統(tǒng)的可靠 性也提出了更高的要求，原有 “ 繼電器控制系統(tǒng) ”已不適應(yīng)需要，究其原因是： 動(dòng)作緩慢；壽命短、可靠性差；體積大、耗電多；設(shè)計(jì)制造周期長、程序修改費(fèi)時(shí)；不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)對(duì)話。雖然小型計(jì)算機(jī)已日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，但小型計(jì)算機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)，又顯然存在著 “ 大馬拉小車 ” 的情況，這是由于小型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)決定的：編程復(fù)雜，要求有較高 水平的編程人員和操作人員； 需要配套非標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，對(duì)環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件的要求過高； 功能過剩，機(jī)器資源未能充分利用；造價(jià)高昂。 1968 年美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的設(shè)想，從用戶的角度考慮，該公司對(duì)新一代控制器提了 10點(diǎn)要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標(biāo)。這時(shí)的 PLC 用固態(tài)（集成）電路來代替繼電器 邏輯電路，用存儲(chǔ)器電路中的存儲(chǔ)數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關(guān)系；用固態(tài)I/ O 電路來檢測(cè)按鈕和限位開關(guān)的信號(hào)，給出輸出以控制電機(jī)和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)。差不多同時(shí)，美國 MODICON 公司也研制出 084 控制器。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 2 頁 共 20 頁 第一代可編程控制器最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，功能上只有邏輯計(jì)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及順序控制等，而且只能進(jìn)行開關(guān)量控制。 后來，隨著電子科技之發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用之需要，其控制功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制的范疇， PLC 的功能也日益強(qiáng)大，在 PLC 中加入了模擬量、位置控制及網(wǎng)路等功能，其名稱也就改為可編程控制器（ Programmable Controller），稱PC。 自 1976 年以來，微處理器開始引入 PLC領(lǐng)域，大大加強(qiáng)了 PLC 的作用，使PLC 由簡單地代替繼電器電路，而發(fā)展為先 進(jìn)的控制裝置。 由于 PLC 同時(shí)提高了功能和柔性度，使其應(yīng)用迅速增長，并普及到許多其它離散零件制造工業(yè)領(lǐng)域。隨著 CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) )的發(fā)展， PLC當(dāng)前還被人們應(yīng)用于工廠通信網(wǎng)絡(luò)、柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人到大型分散型控制系統(tǒng)，之中，與其它智能控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起成為計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)中的重要組成部分，特別是單元級(jí)和工作站級(jí)。目前，歐美等西方國家都把軟 PLC 作為一個(gè)重點(diǎn)投資對(duì)象進(jìn)行研究開發(fā)。典型的軟PLC 應(yīng)用產(chǎn)品有： 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 3 頁 共 20 頁 （ 1） SOFTPLC 公司的 SoftPLC。支持用戶用梯形圖和C、 C++、 Java 等高級(jí)語言來編寫自己的程序。 （ 2） SIEMENS 公司的 SIMATIC WinAC。 （ 3） CJ International 公司的 ISaGRAF。 除了上述典型產(chǎn)品外，還有許多自動(dòng)化公司也推出了自己的產(chǎn)品，如Wellspring Solutions 公司的 OA2Control；德國 KW公司的 MULTIPROG； GEFANUC公司的 CIMPLICITY； Intellution 公司的 Paradym31； Rockwell automation 公司的 SoftlogixTM5Controller； BECKHOFF 公司的 TWinCAT 等等，它們?cè)诩夹g(shù)和應(yīng)用上都有各自的特點(diǎn)。目前國內(nèi)的一些工控方面的公司及研究機(jī)構(gòu)在這方面也開展了部分基礎(chǔ)技術(shù)研究工作，但起步較晚，現(xiàn)在還沒有一家公司或機(jī)構(gòu)可以推出比較完整的產(chǎn)品。我國自行開發(fā)的 DCS 系統(tǒng)，如上海自儀公司的 SUPMAX 800，選用法國 CJ International 公 司的符合 IEC611313的 IsaGraf 和美國的強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vxworks。李左章等對(duì)軟 PLC 技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果，其開發(fā)的數(shù)控內(nèi)嵌式 PLC 具有軟 PLC 的特點(diǎn)，但功能單一，不能作為獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，且無聯(lián)網(wǎng)通訊能力。游華云等研制了一種基于 RTLinux 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件 PLC，既可以作為一個(gè)獨(dú)立模塊和不同的 CNC 系統(tǒng)協(xié)同工作，也可以嵌入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，其實(shí)時(shí)性和可靠性己經(jīng)得到了驗(yàn)證。 大連理工大學(xué)在數(shù)控系統(tǒng)的軟 PLC 技術(shù)方面進(jìn)行了研究和開發(fā)，由現(xiàn)代制造研究所研制的 DIGIT 03MC等系列數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi) 置 PLC模塊已經(jīng)在相關(guān)工程項(xiàng)目中得到了實(shí)際的應(yīng)用。最后，通過實(shí)驗(yàn)室被控對(duì)象驗(yàn)證了方案的可行性。其中使用了十字鏈表作為 AOV 有向圖的存儲(chǔ)結(jié) 構(gòu)。仿真結(jié)果表明，開發(fā)的軟 PLC編譯系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)軟 PLC梯形圖與指令表程序的相互轉(zhuǎn)換，完成軟 PLC 程序的文法設(shè)計(jì)和語法分析，并對(duì)軟 PLC程序的運(yùn)行指令做出正確解釋，使 PC 機(jī)完成相應(yīng)的控制功能。 此外陜西科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、山東大學(xué)等學(xué)者也在 PLC 軟件技術(shù)上進(jìn)行了一些研究。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 5 頁 共 20 頁 3 電機(jī) 控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) PLC 的選擇及工作原理 3． 1． 1 PLC 的選擇 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司 CP1H 系列 PLC。 CP1H 系列 PLC 的特點(diǎn)是其內(nèi)置有四軸高速計(jì)數(shù)功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。圖 為一典型 PLC 結(jié)構(gòu) 簡圖。 CPU 的主要功能： ① 從存儲(chǔ)器中讀取指令 ② 執(zhí)行指令 ③ 順序取指令 ④ 處理中斷 2）存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 ROM 隨即存儲(chǔ)器 RAM 3）輸入輸出單元 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆畢業(yè)項(xiàng)目 第 6 頁 共 20 頁 輸出接口電路 通常 PLC 的輸入類型可以是交流、直流和交直流。圖 PLC 的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對(duì)外顯示，同時(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號(hào)進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位由 0 變?yōu)?1， 即輸入映像寄存器的對(duì)應(yīng)位由 0變?yōu)?1。圖 中當(dāng) PLC 方式開關(guān)置于 RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于 STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后 3 個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì)PLC 聯(lián)機(jī)或離線編程。 PLC 執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期， PLC 完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。但在運(yùn)行方式上， PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本區(qū)別 。 為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異， PLC 在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面做了特別的考慮。因?yàn)槔^電器控制中各類觸點(diǎn)的動(dòng)作 時(shí)間一般超過 100ms，因此只要 PLC運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期”小于 100ms，其運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制就沒有什么差別。即在一個(gè)掃描周期