电气自动化专业毕业论文四节传送带的PLC控制.doc

电气自动化专业毕业论文-四节传送带的PLC控制 摘要PLC可编程控制器作为一种工业控制微型计算机它以其编程方便操作简单尤其是它的高可性等优点在工业生产过程中得到了广泛的应用它应用大规模集成电路微型机技术和通讯技术的发展成果逐步形成了具有多种优点和微型中型大型超大型等各种规格的系列产品应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域随着社会的不断发展自动化程度越来越高传送带则成为自动化生产线上的的必须设备传送带的不断发展不断改进为自动化程度高速发展的今天在自动化生产线运输做出了不可磨灭的贡献 PLC在传送带控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能由于PLC具有逻辑运算计数和定时以及数据输入输出的功能在传送带运输过程中各种逻辑开关控制与PLC很好的结合很好的实现了对运输的控制 本文主要讨论研究利用日本三菱公司的C系列P型机对四节传送带的运输进行控制形成传送带控制系统关键词PLC 四节传送带Conveyor belt Abstract PLC ProgrammableLogicalController tookonekindmostimportanttheapplicationsituationmostindustriescontrolmicrocomputeritisconvenientoperationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoonredundantreliabilityobtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocessItappliesthelargescaleintegratedcircuittheminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievementgraduallyformedhadthemanykindsofmeritsandminiaturemediumlarge-scaleultralarge-scaleandsooneachkindofspecificationseriesproductappliedtomonitorsbetweenthecomputerfromthecontrolsystemmanycontrolsdomainAlongwithsocietysunceasingdevelopmentthebuildingismoreandmorehighbuttheelevatorbecamethehighlevelbuildingtohavetheequipmentAfterhumanitysmorethancenturiesunremittingendeavorstheelevatoralreadyfromthehandleswitchoperationelevatorthepush-buttoncontrolelevatordevelopstothepresentgroupcontrolelevatorhasmadetheindeliblecontributionforthehighleveltransportationPLCinthecontrolintheelevatortheapplicationmainlytomanifestinitslogicalswitchcontrolfunctionThisfunctionenablePLCtohavethelogicoperationcountswithfixedtimeaswellasthedatafeedsoutputfunctionRisesandfallsintheprocessintheelevatoreachlogicalswitchcontrolandPLCverygoodunionverygoodrealizationtofluctuationcontrolThisarticlemaindiscussionstudiesusingJapaneseOMRONCorporationsCseriesPmoldingmachinecarriesonthecontroltoTheelevatorfluctuationformstheelevatorcontrolsystemKeywordsPLC Conveyor belt 目 录第一章 绪 论 4§11 PLC控制系统与电器控制系统比较 4§12 国内外PLC产品介绍 4§13 本书的主要内容 6第二章 可编程控制器概述 7§ 21 PLC的介绍 7§ 22 可编程控制器的分类特点应用及发展 8§ 23 PLC的工作原理 12§ 24 PLC的硬件和软件组成 14第三章 三菱FX系列PLC的基本指令系统和编程方法 16§ 31 基本指令系统特点 16§ 32 编程语言的形式 16§ 33 编程器件 18§ 34 FX2N系列的基本逻辑指令 22§ 35 可编程控制器的编程方法 25§ 36 PLC的编程的八个步骤 27第四章 PLC控制四节传送带控制要求及设计思路 29§ 41 设计要求 29 § 42 设计思路及指令表 29第五章 结 论 41参考文献 42附表1 电机故障时的PLC指令语序表附表2 电机载重时的PLC指令语序表附图1 四节传送带系统PLC控制系统故障设置的梯形图附图1 四节传送带系统PLC控制系统载重设置的梯形图第一章 绪论11 PLC控制系统与电器控制系统比PLC控制系统与电器控制系统相比有许多相似之处也有许多不同不同之处主要在以下几个方面 1从控制方法上看电器控制系统控制逻辑采用硬件接线利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑其连线多且复杂体积大功耗大系统构成后想再改变或增加功能较为困难另外继电器的触点数量有限所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制而PLC采用了计算机技术其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中要改变控制逻辑只需改变程序因而很容易改变或增加系统功能系统连线少体积小功耗小而且PLC所谓软继电器实质上是存储器单元的状态所以软继电器的触点数量是无限的PLC系统的灵活性和可扩展性好 2从工作方式上看在继电器控制电路中当电源接通时电路中所有继电器都处于受制约状态即该吸合的继电器都同时吸合不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合这种工作方式称为并行工作方式而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序这种工作方式称为串行工作方式 3从控制速度上看继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制工作频率低机械触点还会出现抖动问题而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的速度快程序指令执行时间在微秒级且不会出现触点抖动问题 4从定时和计数控制上看电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响定时精度不高而PLC采用半导体集成电路作定时器时钟脉冲由晶体振荡器产生精度高定时范围宽用户可根据需要在程序中设定定时值修改方便不受环境的影响且PLC具有计数功能而电器控制系统一般不具备计数功能 5从可靠性和可维护性上看由于电器控制系统使用了大量的机械触点其存在机械磨损电弧烧伤等寿命短系统的连线多所以可靠性和可维护性较差而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成其寿命长可靠性高PLC还具有自诊断功能能查出自身的故障随时显示给操作人员并能动态地监视控制程序的执行情况为现场调试和维护提供了方便 世界上PLC产品可按地域分成三大流派一个流派是美国产品一个流派是欧洲产品一个流派是日本产品美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性而日本的PLC技术是由美国引进的对美国的PLC产品有一定的继承性但日本的主推产品定位在小型PLC上美国和欧洲以大中型PLC而名而日本则以小型PLC著称一美国PLC产品美国是PLC生产大国有100多家PLC厂商著名的有A-B公司通用电气GE公司莫迪康MODICON公司德州仪器TI公司西屋公司等其中A-B公司是美国最大的PLC制造商其产品约占美国PLC市场的一半A-B公司产品规格齐全种类丰富其主推的大中型PLC产品是PLC-5系列该系列为模块式结构CPU模块为PLC-510PLC-512PLC-515PLC-525时属于中型PLCIO点配置范围为2561024点当CPU模块为PLC-511PLC-520PLC-530PLC-540PLC-560PLC-540LPLC-560L时属于大型PLCIO点最多可配置到3072点该系列中PLC-5250功能最强最多可配置到4096个IO点具有强大的控制和信息管理功能大型机PLC-3最多可配置到8096个IO点A-B公司的小型PLC产品有SLC500系列等GE公司的代表产品是小型机GE-1GE-1JGE-1P等除GE-1J外均采用模块结构GEl用于开关量控制系统最多可配置到112个IO点GE-1J是更小型化的产品其IO点最多可配置到96点GE-1P是GE-1的增强型产品增加了部分功能指令数据操作指令功能模块ADDA等远程IO功能等其IO点最多可配置到168点中型机GE-它比GE-1P增加了中断故障诊断等功能最多可配置到400个IO点大型机GE-它比GE-增加了部分数据处理表格处理子程序控制等功能并具有较强的通信功能最多可配置到2048个IO点GE-P最多可配置到4000个IO点德州仪器TI公司的小型PLC新产品有510520和TI100等中型PLC新产品有TI3005TI等大型PLC产品有PM550530560565等系列除TI100和TI300无联网功能外其它PLC都可实现通信构成分布式控制系统莫迪康MODICON公司有M84系列PLC其中M84是小型机具有模拟量控制与上位机通信功能最多IO点为112点M484是中型机其运算功能较强可与上位机通信也可与多台联网最多可扩展IO点为512点M584是大型机其容量大数据处理和网络能力强最多可扩展IO点为8192M884增强型中型机它具有小型机的结构大型机的控制功能主机模块配置2个RS-232C接口可方便地进行组网通信二欧州PLC产品德国的西门子SIEMENS公司AEG公司法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名在中大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名西门子PLC主要产品是S5S7系列在S5系列中S5-90US-95U属于微型整体式PLCS5-100U是小型模块式PLC最多可配置到256个IO点S5-115U是中型PLC最多可配置到1024个IO点S5-115UH是中型机它是由两台SS115U组成的双机冗余系统S5-155U为大型机最多可配置到4096个IO点模拟量可达300多路SS155H是大型机它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品其性能价格比高其中S7-200系列属于微型PLCS7-300系列属于于中小型PLCS7-400系列属于于中高性能的大型PLC三日本PLC产品日本的小型PLC最具特色在小型机领域中颇具盛名某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制日本的小型机就可以解决在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机所以格外受用户欢迎日本有许多PLC制造商如三菱欧姆龙松下富士日立东芝等在世界小型PLC市场上日本产品约占有70的份额三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品其小型机F1F2系列是F系列的升级产品早期在我国的销量也不小F1F2系列加强了指令系统增加了特殊功能单元和通信功能比F系列有了更强的控制能力继F1F2系列之后20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列在容量速度特殊功能网络功能等方面都有了全面的加强FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机它配有各种通信适配器和特殊功能单元FX2N几年推出的高功能整体式小型机它是FX2的换代产品各种功能都有了全面的提升近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC如FXOSFX1SFX0NFX1N及系列等产品三菱公司的大中型机有A系列QnA系列Q系列具有丰富的网络功能IO点数可达8192点其中Q系列具有超小的体积丰富的机型灵活的安装方式双CPU协同处理多存储器远程口令等特点是三菱公司现有PLC中最高性能的PLC欧姆龙OMRON公司的PLC产品大中小微型规格齐全微型机以SP系列为代表其体积极小速度极快小型机有P型H型CPM1A系列CPM2A系列CPM2CCQM1等P型机现已被性价比更高的CPM1A系列所取代CPM2A2CCQM1系列内置RS-232C接口和实时时钟并具有软PID功能CQM1H是CQM1的升级产品中型机有C200HC200HSC200HXC200HGC200HECS1系列C200H是前些年畅销的高性能中型机配置齐全的IO模块和高功能模块具有较强的通信和网络功能C200HS是C200H的升级产品指令系统更丰富网络功能更强C200HXHGHE是C200HS的升级产品有1148个IO点其容量是C200HS的2倍速度是C200HS的375倍有品种齐全的通信模块是适应信息化的PLC产品CS1系列具有中型机的规模大型机的功能是一种极具推广价值的新机型大型机有C1000HC2000HCVCV500CV1000CV2000CVM1等C1000HC2000H可单机或双机热备运行安装带电插拔模块C2000H可在线更换IO模块CV系列中除CVM1外均可采用结构化编程易读易调试并具有更强大的通信功能松下公司的PLC产品中FPO为微型机FP1为整体式小型机FP3为中型机FP5FP10FP10SFP10的改进型FP20为大型机其中FP20是最新产品松下公司近几年PLC产品的主要特点是指令系统功能强有的机型还提供可以用FP-BASIC语言编程的CPU及多种智能模块为复杂系统的开发提供了软件手段FP系列各种PLC都配置通信机制由于它们使用的应用层通信协议具有一致性这给构成多级PLC网络和开发PLC网络应用程序带来方便四我国PLC产品我国有许多厂家科研院所从事PLC的研制与开发如中国科学院自动化研究所的PLC-0088北京联想计算机集团公司的GK-40上海机床电器厂的CKY-40上海起重电器厂的CF-40MRER苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A原机电部北京机械工业自动化研究所的MPC-00l20KB-2040杭州机床电器厂的DKK02天津中环自动化仪表公司的DJK-S-8486480上海自立电子设备厂的KKI系列上海香岛机电制造有限公司的ACMY-S80ACMY-S256无锡华光电子工业有限公司合资的SR-10SR-2021等从1982年以来先后有天津厦门大连上海等地相关企业与国外著名PLC制造厂商进行合资或引进技术生产线等这将促进我国的PLC技术在赶超世界先进水平的道路上快速发展Programmable Controller简称PC但由于PC容易和个人计算机Personal Computer混淆故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置专为在工业现场应用而设采用可编程序的存储器用以在其内部存储执行逻辑运算顺序控制定时计数和算术运算等操作指令并通过数字式或模拟式的输入输出接口控制各种类型的机械或生产过程PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂可靠性低功耗高通用性和灵活性差的缺点充分利用了微处理器的优点又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯特别是PLC的程序编制不需要专门的计算机编程语言知识而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式使用户程序编制形象直观方便易学调试与查错也都很方便用户在购到所需的PLC后只需按说明书的提示做少量的接线和简易的用户程序的编制工作就可灵活方便地将PLC应用于生产实践一PLC 的由来在60 年代汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装随着生产的发展汽车型号更新的周期愈来愈短这样继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装十分费时费工费料甚至阻碍了更新周期的缩短为了改变这一现状美国通用汽车公司在1969 年公开招标要求用新的控制装置取代继电器控制装置并提出了十项招标指标即1编程方便现场可修改程序2维修方便采用模块化结构3可靠性高于继电器控制装置4体积小于继电器控制装置5数据可直接送入管理计算机6成本可与继电器控制装置竞争7 输入可以是交流115V8输出为交流115V 2A 以上能直接驱动电磁阀接触器等9在扩展时原系统只要很小变更10用户程序存储器容量至少能扩展到4K1969 年美国数字设备公司DEC 研制出第一台PLC在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功这种新型的工业控制装置以其简单易懂操作方便可靠性高通用灵活体积小使用寿命长等一系列优点很快地在美国其他工业领域推广应用到1971 年已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视1971 日本从美国引进了这项新技术很快研制出了日本第一台PLC1973年西欧国家也研制出它们的第一台PLC我国从1974 年开始研制于1977年开始工业应用二PLC 的定义 PLC 问世以来尽管时间不长但发展迅速为了使其生产和发展标准化美国电气制造商协会NEMANational Electrical Manufactory Association 经过四年的调查工作于1984 年首先将其正式命名为PCProgrammable Controller并给PC 作了如下定义PC 是一个数字式的电子装置它使用了可编程序的记忆体储存指令用来执行诸如逻辑顺序计时计数与演算等功能并通过数字或类似的输入输出模块以控制各种机械或工作程序一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着亦被视为PC但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器以后国际电工委员会IEC又先后颁布了PLC 标准的草案第一稿第二稿并在1987 年2 月通过了对它的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统专为在工业环境应用而设计的它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序执行逻辑运算顺序控制定时计数与算术操作等面向用户的指令并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程可编程控制器及其有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体易于扩充其功能的原则设计总之可编程控制器是一台计算机它是专为工业环境应用而设计制造的计算机它具有丰富的输入输出接口并且具有较强的驱动能力但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用配置其软件需根据控制要求进行设计编制22可编程控制器的分类特点应用及发展一 可编程控制器的分类PLC产品种类繁多其规格和性能也各不相同对PLC的分类通常根据其结构形式的不同功能的差异和IO点数的多少等进行大致分类1按结构形式分类根据PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类1整体式PLC整体式PLC是将电源CPUIO接口等部件都集中装在一个机箱内具有结构紧凑体积小价格低的特点小型PLC一般采用这种整体式结构整体式PLC由不同IO点数的基本单元又称主机和扩展单元组成基本单元内有CPUIO接口与IO扩展单元相连的扩展口以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等扩展单元内只有IO和电源等没有CPU基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接整体式PLC一般还可配备特殊功能单元如模拟量单元位置控制单元等使其功能得以扩展2模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块如CPU模块IO模块电源模块有的含在CPU模块中以及各种功能模块模块式PLC由框架或基板和各种模块组成模块装在框架或基板的插座上这种模块式PLC的特点是配置灵活可根据需要选配不同规模的系统而且装配方便便于扩展和维修大中型PLC一般采用模块式结构还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来构成所谓叠装式PLC叠装式PLC其CPU电源IO接口等也是各自独立的模块但它们之间是靠电缆进行联接并且各模块可以一层层地叠装这样不但系统可以灵活配置还可做得体积小巧2按功能分类根据PLC所具有的功能不同可将PLC分为低档中档高档三类1低档PLC具有逻辑运算定时计数移位以及自诊断监控等基本功能还可有少量模拟量输入输出算术运算数据传送和比较通信等功能主要用于逻辑控制顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统2中档PLC除具有低档PLC的功能外还具有较强的模拟量输入输出算术运算数据传送和比较数制转换远程IO子程序通信联网等功能有些还可增设中断控制PID控制等功能适用于复杂控制系统3高档PLC除具有中档机的功能外还增加了带符号算术运算矩阵运算位逻辑运算平方根运算及其它特殊功能函数的运算制表及表格传送功能等高档PLC机具有更强的通信联网功能可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统实现工厂自动化3按IO点数分类根据PLC的IO点数的多少可将PLC分为小型中型和大型三类1小型PLCIO点数为256点以下的为小型PLC其中IO点数小于64点的为超小型或微型PLC2中型PLCIO点数为256点以上2048点以下的为中型PLC3大型PLCIO点数为2048以上的为大型PLC其中IO点数超过8192点的为超大型PLC在实际中一般PLC功能的强弱与其IO点数的多少是相互关联的即PLC的功能越强其可配置的IO点数越多因此通常我们所说的小型中型大型PLC除指其IO点数不同外同时也表示其对应功能为低档中档高档1 可编程控制器的特点1编程简单使用方便梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言其符号与继电器电路原理图相似有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言并用来编制用户程序梯形图语言形象直观易学易懂2控制灵活程序可变具有很好的柔性可编程序控制器产品采用模块化形式配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用用户能灵活方便地进行系统配置组成不同功能不同规模的系统可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器时间继电器计数器等器件硬件配置确定后可以通过修改用户程序不用改变硬件方便快速地适应工艺条件的变化具有很好的柔性3功能强扩充方便性能价格比高可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件有很强的逻辑判断数据处理PID调节和数据通信功能可以实现非常复杂的控制功能如果元件不够只要加上需要的扩展单元即可扩充非常方便与相同功能的继电器系统相比具有很高的性能价格比4控制系统设计及施工的工作量少维修方便可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多故可以省下大量的配线减少大量的安装接线时间开关柜体积缩小节省大量的费用可编程序控制器有较强的带负载能力可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器一般可用接线端子连接外部接线可编程序控制器的故障率很低且有完善的自诊断和显示功能便于迅速地排除故障5可靠性高抗干扰能力强可编程序控制器是为现场工作设计的采取了一系列硬件和软件抗干扰措施硬件措施如屏蔽滤波电源调整与保护隔离后备电池等例如西门子公司S7-200系列PLC内部EEPROM中储存用户原程序和预设值在一个较长时间段190小时所有中间数据可以通过一个超级电容器保持如果选配电池模块可以确保停电后中间数据能保存200天软件措施如故障检测信息保护和恢复警戒时钟加强对程序的检测和校验从而提高了系统抗干扰能力平均无故障时间达到数万小时以上可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一6体积小重量轻能耗低是机电一体化特有的产品2 可编程控制器PLC与个人计算机PC的主要差异1PLC工作环境要求比PC低PLC抗干扰能力强2PLC编程比PC简单易学3PLC设计调试周期短4PC应用领域与PLC不同5PLC的输入输出响应速度慢一般ms级而PC的响应速度快为微秒级6PLC维护比PC容易3 PLC与继电器控制的区别PLC与继电器控制的区别主要体现在组成器件不同PLC中是软继电器触点数量不同PLC编程中无触点数的限制实施控制的方法不同PLC是主要软件编程控制而继电器控制依靠硬件连线完成三 可编程控制器的应用目前可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门随着其性能价格比的不断提高应用范围还在不断扩大主要有以下几个方面1 逻辑控制可编程序控制器具有与或非等逻辑运算的能力可以实现逻辑运算用触点和电路的串并联代替继电器进行组合逻辑控制定时控制与顺序逻辑控制数字量逻辑控制可以用于单台设备也可以用于自动生产线其应用领域最为普及包括微电子家电行业也有广泛的应用2 运动控制 可编程序控制器使用专用的运动控制模块或灵活运用指令使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起随着变频器电动机起动器的普遍使用可编程序控制器可以与变频器结合运动控制功能更为强大并广泛地用于各种机械如金属切削机床装配机械机器人电梯等场合3 过程控制可编程序控制器可以接收温度压力流量等连续变化的模拟量通过模拟量I0模块实现模拟量 Analog 和数字量 Digital 之间的AD转换和DA转换并对被控模拟量实行闭环PID比例-积分-微分控制现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能此功能已经广泛地应用于工业生产加热炉锅炉等设备以及轻工化工机械冶金电力建材等行业 4 数据处理可编程序控制器具有数学运算数据传送转换排序和查表位操作等功能可以完成数据的采集分析和处理这些数据可以是运算的中间参考值也可以通过通信功能传送到别的智能装置或者将它们保存打印数据处理一般用于大型控制系统如无人柔性制造系统也可以用于过程控制系统如造纸冶金食品工业中的一些大型控制系统5 构建网络控制可编程序控制器的通信包括主机与远程I0之间的通信多台可编程序控制器之间的通信可编程序控制器和其他智能控制设备 如计算机变频器 之间的通信可编程序控制器与其他智能控制设备一起可以组成集中管理分散控制的分布式控制系统当然并非所有的可编程序控制器都具有上述功能用户应根据系统的需要选择可编程序控制器这样既能完成控制任务又可节省资金四 可编程控制器的发展1 向高集成高性能高速度大容量发展微处理器技术存储技术的发展十分迅猛功能更强大价格更便宜研发的微处理器针对性更强这为可编程序控制器的发展提供了良好的环境大型可编程序控制器大多采用多CPU结构不断地向高性能高速度和大容量方向发展在模拟量控制方面除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块某些可编程序控制器还具有模糊控制自适应参数自整定功能使调试时间减少控制精度提高2 向普及化方向发展由于微型可编程序控制器的价格便宜体积小重量轻能耗低很适合于单机自动化它的外部接线简单容易实现或组成控制系统等优点在很多控制领域中得到广泛应用3 向模块化智能化发展可编程序控制器采用模块化的结构方便了使用和维护智能IO模块主要有模拟量IO高速计数输人中断输入机械运动控制热电偶输入热电阻输入条形码阅读器多路BCD码输人输出模糊控制器PID回路控制通信等模块智能IO模块本身就是一个小的微型计算机系统有很强的信息处理能力和控制功能有的模块甚至可以自成系统单独工作它们可以完成可编程序控制器的主CPU难以兼顾的功能简化了某些控制领域的系统设计和编程提高了可编程序控制器的适应性和可靠性4 向软件化发展编程软件可以对可编程序控制器控制系统的硬件组态即设置硬件的结构和参数例如设置各框架各个插槽上模块的型号模块的参数各串行通信接口的参数等在屏幕上可以直接生成和编辑梯形图指令表功能块图和顺序功能图程序并可以实现不同编程语言的相互转换可编程序控制器编程软件有调试和监控功能可以在梯形图中显示触点的通断和线圈的通电情况查找复杂电路的故障非常方便历史数据可以存盘或打印通过网络或Modem卡还可以实现远程编程和传送个人计算机PC的价格便宜有很强的数学运算数据处理通信和人机交互的功能目前已有多家厂商推出了在PC上运行的可实现可编程序控制器功能的软件包如亚控公司的KingPLC软PLC"在很多方面比传统的硬PLC"有优势有的场合软PLC"可能是理想的选择5 向通信网络化发展伴随科技发展很多工业控制产品都加设了智能控制和通信功能如变频器软启动器等可以和现代的可编程序控制器通信联网实现更强大的控制功能通过双绞线同轴电缆或光纤联网信息可以传送到几十公里远的地方通过Modem和互联网可以与世界上其他地方的计算机装置通信相当多的大中型控制系统都采用上位计算机加可编程序控制器的方案通过串行通信接口或网络通信模块实现上位计算机与可编程序控制器交换数据信息组态软件引发的上位计算机编程革命很容易实现两者的通信降低了系统集成的难度节约了大量的设计时间提高了系统的可靠性国际上比较著名的组态软件有IntouchFix等国内也涌现出了组态王力控等一批组态软件有的可编程序控制器厂商也推出了自己的组态软件23 PLC的工作原理1扫描工作原理 当PLC运行时是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的需要执行众多的操作但CPU不可能同时去执行多个操作它只能按分时操作串行工作方式每一次执行一个操作按顺序逐个执行由于CPU的运算处理速度很快所以从宏观上来看PLC外部出现的结果似乎是同时并行完成的这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式 用扫描工作方式执行用户程序时扫描是从第一条程序开始在无中断或跳转控制的情况下按程序存储顺序的先后逐条执行用户程序直到程序结束然后再从头开始扫描执行周而复始重复运行PLC的扫描工作方式与电器控制的工作原理明显不同电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式如果某个继电器的线圈通电或断电那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上都会立即同时动作而PLC采用扫描工作方式串行工作方式如果某个软继电器的线圈被接通或断开其所有的触点不会立即动作必须等扫描到该时才会动作但由于PLC的扫描速度快通常PLC与电器控制装置在IO的处理结果上并没有什么差别PLC扫描工作过程PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外在每次扫描工作过程中还要完成内部处理通信服务工作整个扫描工作过程包括内部处理通信服务输入采样程序执行输出刷新五个阶段整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期扫描周期与CPU运行速度PLC硬件配置及用户程序长短有关典型值为1100ms在内部处理阶段进行PLC自检检查内部硬件是否正常对监视定时器WDT复位以及完成其它一些内部处理工作在通信服务阶段PLC与其它智能装置实现通信响应编程器键入的命令更新编程器的显示内容等当PLC处于停止STOP状态时只完成内部处理和通信服务工作当PLC处于运行RUN状态时除完成内部处理和通信服务工作外还要完成输入采样程序执行输出刷新工作PLC的扫描工作方式简单直观便于程序的设计并为可靠运行提供了保障当PLC扫描到的指令被执行后其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环PLC执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段即输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段 1输入采样阶段在输入采样阶段PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样并存入输入映象寄存器中此时输入映象寄存器被刷新接着进入程序处理阶段在程序执行阶段或其它阶段即使输入状态发生变化输入映象寄存器的内容也不会改变输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到2程序执行阶段在程序执行阶段PLC对程序按顺序进行扫描执行若程序用梯形图来表示则总是按先上后下先左后右的顺序进行当遇到程序跳转指令时则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转当指令中涉及到输入输出状态时PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出根据用户程序进行运算运算的结果再存入元件映象寄存器中对于元件映象寄存器来说其内容会随程序执行的过程而变化3输出刷新阶段当所有程序执行完毕后进入输出处理阶段在这一阶段里PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态输出继电器状态转存到输出锁存器中并通过一定方式输出驱动外部负载因此PLC在一个扫描周期内对输入状态的采样只在输入采样阶段进行当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样这方式称为集中采样即在一个扫描周期内集中一段时间对输入状态进行采样在用户程序中如果对输出结果多次赋值则最后一次有效在一个扫描周期内只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出对输出接口进行刷新在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中这种方式称为集中输出对于小型PLC其IO点数较少用户程序较短一般采用集中采样集中输出的工作方式虽然在一定程度上降低了系统的响应速度但使PLC工作时大多数时间与外部输入输出设备隔离从根本上提高了系统的抗干扰能力增强了系统的可靠性而对于大中型PLC其IO点数较多控制功能强用户程序较长为提高系统响应速度可以采用定期采样定期输出方式或中断输入输出方式以及采用智能IO接口等多种方式从上述分析可知当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应需要一段时间这种现象称为PLC输入输出响应滞后对一般的工业控制这种滞后是完全允许的应该注意的是这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成更主要是PLC输入接口的滤波环节带来的输入延迟以及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟同时还与程序设计有关滞后时间是设计PLC应用系统时应注意把握的一个参数可编程控制器的种类很多用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的PLC可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面 1 输入输出点数可编程控制器的IO点数指外部输入输出端子数量的总和它是描述的PLC大小的一个重要的参数 2 存储容量PLC的存储器由系统程序存储器用户程序存储器和数据存储器三部分组成PLC存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和表征系统提供给用户的可用资源是系统性能的一项重要技术指标 3 扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作完成1次扫描所需的时间叫做扫描周期影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和PLC产品的类型PLC中CPU的类型机器字长等直接影响PLC运算精度和运行速度 4 指令系统指令系统是指PLC所有指令的总和可编程控制器的编程指令越多软件功能就越强但掌握应用也相对较复杂用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器 5 通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与其他设备之间的通信通信主要涉及通信模块通信接口通信协议和通信指令等内容PLC的组网和通信能力也已成为PLC产品水平的重要衡量指标之一 厂家的产品手册上还提供PLC的负载能力外形尺寸重量保护等级适用的安装和使用环境如温度湿度等性能指标参数供用户参考 24PLC的硬件和软件组成P