PLC控制系统研究.doc

网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： PLC控制系统研究 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日内容摘要页眉为论文题目（小五，黑体，居中）阅后删除此文本框并更改页眉。字体要求：宋体，小四号，行距为固定值22磅。阅后删除此文本框及内容，按原格式加入你自己的内容。内容摘要是毕业论文（设计）的内容不加注释和评论的简短陈述，具有独立性和自含性。包括课题来源，主要设计，实验方法，本人的主要成果，约含200个字符的中文摘要。关键词：写作规范；排版格式；毕业论文字体要求：宋体，小四号。关键字之间用分号隔开。阅后删除此文本框及内容，按原格式加入你自己的内容。目 录内容摘要I1 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 发展现状及趋势11.2.1 发展现状11.2.2 发展趋势11.3 本文的主要内容22 PLC简介32.1 PLC的定义和特点32.2 PLC控制系统的构成42.3 PLC工作原理62.4 PLC主要生产厂家73 PLC控制系统应用研究93.1 PLC控制系统设计原则及步骤93.2 PLC控制系统应用举例94 结 论10参考文献11附 录121 绪论1.1 课题的背景及意义 结合可编程控制器、可编程控制器的某种实际应用，简要介绍论文选题的内容及研究意义，说明该研究论题具有良好的应用价值和现实意义。1.2 发展现状及趋势1.2.1 发展现状 简要介绍论文选题的发展现状。1.2.2 发展趋势 简要介绍论文选题的发展趋势。1.3 本文的主要内容本文研究的是PLC控制系统。全文共分为_章，各章内容简介如下：第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二章_；第三章_；本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。2 PLC简介2.1 PLC的定义和特点根据1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的操作指令，并通过数字式或模拟式的输入/输入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。可编程控制器具有如下特点：1）可靠性高，抗干扰能力强PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。为确保一些极其重要用户使用在极其苛刻条件下，部分PLC厂商采用硬件或软件冗余措施，使PLC的平均无故障工作时间更长。同时，现有PLC通常都带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息，提供用户使用。这样，整个系统具有极高的可靠性。2）配套齐全，功能完善，适用性强随着科学技术的进步和电子技术的发展，PLC厂商也大力发展PLC硬件和软件技术，形成了大、中、小各种规模的系列化产品，用于各种规模的工业控制场合。不仅完善了逻辑处理功能，而且还有完善的数据运算能力，用于各种数字控制领域控制。同时，随着PLC的功能单元大量完善，PLC可用于位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制场合中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，接口简单，编程语言易于为工程技术人员接受，其梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.2 PLC控制系统的构成PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。对于整个PLC控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等）、执行装置（接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等）。其系统结构如图2.1。图2.1 PLC的系统结构（1）中央处理器中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、调用系统程序对用户程序进行编辑或编译并把相应的操作数转存到内存中去、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。（2）存储器根据存储器存储内容的不同，把存储器分为：系统程序存储器：用来存放系统程序的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。（3）输入/输出（I/O）单元输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。（4）电源部分不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。（5）通信端口PLC的CPU模块上至少有一个通信端口。通过这个通信端口，PLC可以直接和编程器或上位机相连。（6）编程器几乎每个PLC厂家都有自己的编程器。用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等。2.3 PLC工作原理当PLC投入运行后，整个PLC其工作过程一般分为三个阶段：即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC的扫描工作过程如图2.2所示。图2.2 PLC的扫描工作过程1) 输入采样阶段 在PLC上电自检后进入输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有现场设备的输入状态和模拟量数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的锁存器单元内。2) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到遇到结束。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。在输入采样、输出刷新的这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.4 PLC主要生产厂家从20世纪70年代初开始,在30多年的时间里，PLC的生产已发展成一个巨大的产业，曾出现PLC生产厂家众多、PLC品种繁多，而且与个人计算机（PC)相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的，在硬件方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用，在软件方面，各厂家的PLC编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致，形成了互不兼容的现状。纵观生产PLC的众多厂家中较有影响力的、在我国市场占有较大份额的公司及其产品主要情况如下：1）美国A-B公司。主推PLC-5系列大型PLC，其CPU模块主要有PLC-5/10、5/11、5/12、5/15、5/20、5/25、5/30、5/40、5/60、5/250等。小型PLC主要是SLC-500。2）德国西门子（SIEMENS）公司。主要优势在大型机S5-115U、S5-135U、S5-155U；其中机型S-100U也是很好的产品。历史上SIEMENS的产品素以优良的品质和高昂的价格著称，为了改变其形象，占领新的市场份额，近年来该公司相继推出了小型机S7-200和S7-300，已经给该公司带来了新的声誉。3）美国的GE FANUC公司。其有优势的产品是90系列PLC：90-70、90-30、90-20和分布式I/O系统Genius I/O等。4）日本OMRON公司。其产品主要有3个系列：属于Micro机种的SP系列SP10、SP16、SP20；低档机P系列C20P、C28P、C40P、C60P和C20板式机；较P系列处理速度提高一个量级，有的还与上位机有通信联网能力的H系列机，如C20H、C28H、C40H、C60H、C200H、C1000H、C2000H。到了20世纪90年代初期，OMRON公司又推出了全新的模块式CMQ1机。5）日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI）。主要是F系列和A系列两个系列。F系列是整体式结构的小型机，较新的产品有F1、F2、FXO、FXON、FX2、FX2C，其中主推FX2。A系列是模块组合式中大型PLC，又分3个小系列，主要包括A1N、A2N（S1）A3N；A1S（S1）、A2S（S1）、A2AS（S1）、A（S1）、A3A。3 PLC控制系统应用研究3.1 PLC控制系统设计原则及步骤介绍PLC控制系统设计原则及步骤。3.2 PLC控制系统应用举例结合具体的PLC控制系统，分析其原理，并列出程序。4 结 论总结本次论文所做工作，取得的成果，指出还有哪些不足和需要改进的地方、课题的未来发展方向等等。结论是整篇论文工作的总结。结论是在理论分析和设计结果的基础上，经过分析、归纳的过程而形成的总观点。结论必须完整、准确。参考文献1 张万山，王小四.空气质量的研究.环境学报，2000，34(6):13-17.2 张完善.有色金属材料.第二版.大连：金属工业出版社，1998.89-90.3 张完善，刘六，等.第五届科学管理国际会议论文集.北京：管理工程出版社，2001.18-19.4 张完善，刘六.校园环境与学风建设.城市日报，2002年3月5日，第2版.5 Borko H, Bernier C L.Indexing concepts and methods.New York: Academic Pr.,1978.说明：1.同学需按此格式（字体为五号、宋体），把论文中引用的他人的文章或书籍，标记下来，参考文献要求至少四篇以上。