毕业设计（论文）-PLC在工厂的应用及其未来发展.doc

（另用标准论格式文封面纸打印装订）长春汽车工业高等专科学校继续教育学院 毕业论文（设计）中文题目：PLC在工厂的应用及其未来发展英文题目：The application of PLC in the factory and its future development毕业专业： 电气自动化 学生姓名：学生证号指导教师： 二零一 贰 年 四月独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名： 签字日期： 2012 年 4月 1 日学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解 长春汽车工业高等专科学校 有关保留、使用论文的规定。特授权 长春汽车工业高等专科学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。（保密的论文在解密后适用本授权说明）论文作者签名： 导师签名：签字日期： 2012 年 4月 1 日 签字日期： 年 月 日中文摘要摘 要随着汽车工业的飞速发展，人民对工业制品的需求也越来越大，如汽车、轮胎、变频器。为了满足市场需求，加大工业制品的生产速度越来越必要了，随着科技的发展，PLC被广泛的应用到整个工业的生产当中，在整个工业生产中占着越来越重要的地位。 本文首先对PLC进行了简单的介绍，其次介绍了PLC在整个工业生产中的应用和占有的地位，以及其在未来工业应用中的发展趋势。关键词：PLC,工厂应用，发展趋势。英文摘要ABSTRACTWith the rapid development of automobile industry, the people of industrial products is also increasing demand, such as automobiles, tires, frequency converter In order to meet the market demand, increase industrial products production speed is more and more necessary, with the development of science and technology, PLC is widely applied to the industrial production, in the industry occupies a more and more important position.This paper firstly PLC were introduced, followed by the introduction of the PLC in the industrial application and occupy an important position, as well as their future industrial application development trend.Key word: PLC,application, development trend.目录目 录第1章 绪论11.1课题的研究背景11.2国内外的发展状况及前景展望21.2.1国内外的发展状况2第2章 PLC简介52.1 PLC的简单介绍52.1.1 PLC的基本结构52.1.2的工作原理72.1.3 PLC一般应用的举例72.1.4 PLC在工业中的应用的举例92.1.5梯形图112.1.6PLC指令-定时器指令和计数器指令122.1.7 编程软件的应用122.1.8 程序设计训练162.1.9 PLC的高级模块17第3章 PLC在工厂里的广泛应用213.1PLC在工厂里的应用21第四章PLC在未来工厂的发展趋势224.1 PLC的最新发展趋势224.1.1 开放和基于工业PLC控制234.1.2 Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术254.1.3 过程控制应用284.1.4冗余特性304.1.5运动控制314.1.6 硬件与软件344.1.7 驾御现场设备级控制I4.1.8 替代嵌入式控制器I4.1.9 PLC将会成为过程控制领域内的日用品II致 谢III第1章 绪论第1章 绪论1.1课题的研究背景 自1969年世界第一台可编程控制器在美国DEC公司诞生以来，PLC走过了30年的发展历程，在世界各地得到了广泛的应用，随着计算机技术，信号处理技术，控制技术，网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC的软硬件水平也发生了质与量的变化，今天的PLC不在局限于逻辑控制，在运动控制，过程控制等领域也发挥着十分重要的作用，PLC技术朝智能化方向的不断发展，推动了相应制造术的不断发展，将工业，农业，国防等领域的控制水平提高到了一个新的高度。PLC在工业自动化中现已经成了必不可少的一部分，它的应用较为广泛，因它的使用简单，稳定性好，功能比较强大，价格也为适中，他比一般的工控系统的成本相比要低的多，编程也较为方便，它可以用于温度、逻辑、湿度、压力、比量、运算、人机等很多种控制系统中，现代工业中80%都使用PLC控制的，长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。1.2国内外的发展状况及前景展望1.2.1国内外的发展状况国内研究概况 软PLC大约在1996年以后才被介绍到国内来。目前国内的一些工控方面的公司及研究机构在这方面也开展了部分基础技术研究工作，但起步较晚，现在还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。国内有一些著名的自动化软件公司（如北京亚控自动化软件科技有限公司）正在研究开发具有自主版权的中文软PLC产品，另外也有一些自动化工程公司开始代理销售这些商用化的软PLC产品。我国自行开发的DCS系统，如上海自仪公司的SUPMAX- 800，选用法国CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。 吕涌等开发的面向DCS控制组态软件中包含一些软PLC功能，它只是DCS系统的一部分，不能独立运行。李左章等对软PLC技术进行了大量的研究，取得了一定的成果，其开发的数控内嵌式PLC具有软PLC的特点，但功能单一，不能作为独立系统运行，且无联网通讯能力。 罗华丽等提出了一种基于开放式数控系统的嵌入式软件PLC子系统的实现方法，给出了一个软件PLC的结构模型，并对PLC的梯形图程序编程环境、梯形图程序与语言程序的相互转换、PLC 程序执行等软件部件的设计和开发进行了研究。游华云等研制了一种基于RT-Linux实时操作系统的软件PLC，既可以作为一个独立模块和不同的CNC系统协同工作，也可以嵌入到数控系统内部运行在同一台计算机上，其实时性和可靠性己经得到了验证。 黄延延等采用软件组建的设计思想，将整个软件划分为几个具有独立功能的软件模块，模块之间定义规范的接口，并基本实现了各模块的功能，但整个系统的性能没有介绍。 大连理工大学在数控系统的软PLC技术方面进行了研究和开发，由现代制造研究所研制的DIGIT- 03MC等系列数控系统的内置PLC模块已经在相关工程项目中得到了实际的应用。陈佳等在理解软PLC系统的功能、组成和编程方法基础上，基于IEC61131-3国际标准的编程规则，采用面向对象的思想，设计出了一套完整易用的数据结构，给出了一种基于工业PC的软PLC设计方案并在VC 6.0环境下实现。最后，通过实验室被控对象验证了方案的可行性。 朱兆斌等人详述了软PLC中梯形图编辑界面的实现以及在梯形图向指令表转化过程中采用的方法：将梯形图映射为AOV有向图，通过AOV的拓扑排序来实现最终的转化。其中使用了十字链表作为AOV有向图的存储结构。 王新华等配合在PC 机上运行的自行研制的软PLC编辑开发系统，设计开发了软PLC编译系统。仿真结果表明，开发的软PLC编译系统能实现软PLC梯形图与指令表程序的相互转换，完成软PLC程序的文法设计和语法分析，并对软PLC程序的运行指令做出正确解释，使PC机完成相应的控制功能。 白艳艳等基于SERCOS的开放式数控系统为硬件平台，构建了软PLC的体系结构，将PLC 的扫描执行转化为编译执行，提高了PLC的速度。 此外陕西科技大学、武汉理工大学、山东大学等学者也在PLC软件技术上进行了一些研究。从总的研究情况来看，目前国内软PLC的技术与国外相比，技术水平相差很大。国外研究概况在欧美等国家，软PLC已开始投入工业使用，而且市场份额每年都在增加，根据ARC的调查和估计，1997年全球的软PLC市场有3千6百万美元，到2000年软PLC的市场达到了1亿4千5百万美元，2001年差不多又增长了一倍。目前，欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用软PLC产品，而且软PLC的市场需求量也在不断的增长。典型的软PLC 应用产品有： （1）SOFTPLC公司的SoftPLC。SoftPLC是基于PC的开放式控制软件，具有开放的控制平台，用户能够根据自己的需求来选择硬件。支持用户用梯形图和C、C+、Java等高级语言来编写自己的程序。此外，SoftPLC内嵌Web 和FTP 服务器，用户可进行远程维护和监控。（2）SIEMENS公司的SIMATIC WinAC。SIMATIC WinAC是基于Windows平台的控制软件，具有可视化人机界面，它将控制、数据处理、通信等技术集于一体，采用了Ventru Com司提供的实时操作系统作为Windows NT的扩展，具有“硬实时”的特性。 （3）CJ International公司的ISaGRAF。ISaGRAF能够在多种操作系统下运行，具有良好的网络通讯能力，包括数据传输、远程监控和维护、在线调试、应用程序下载以及支持运行于多个目标机上的控制程序间的通讯。 除了上述典型产品外，还有许多自动化公司也推出了自己的产品，如Wellspring Solutions 公司的OA2Control；德国KW公司的MULTIPROG；GE-FANUC公司的CIMPLICITY；Intellution公司的Paradym-31；Rockwell automation公司的SoftlogixTM5Controller；BECKHOFF公司的TWinCAT等等，它们在技术和应用上都有各自的特点。1.2.2前景展望 虽然软PLC具有很大的发展潜力，但作为一项新的技术，目前还有以下问题需要解决：作为软PLC首选的操作系统Windows NT，受其响应时间限制，它并不能满足硬实时；软PLC的控制任务应具有不低于NT系统进程的优先级，这样，在操作系统发生蓝屏（The blue-screen of death）等情况下还能进行控制；可靠性还有待加强，即能在高温、振动、多灰尘等恶劣环境下正常工作。因此，在今后若干年内，软PLC的发展将着重在以下几个方面： （1）进一步提高系统的开放性。现在的软PLC产品大部分是基于Windows 系统，并不支持其他操作系统的应用程序；在没有开放式硬件和软件的支持下，并不能保证产品的开放性；不允许用户更改底层控制算法；不严格遵守一些适用的国际标准等。 （2）进一步增强系统的可靠性与实时性。增强系统可靠性与实时性的关键在于提高操作系统的实时性。现有的实时操作系统能够基本满足工业控制的需要，随着一些实时性更高的操作系统的不断出现，必将会大大增强软PLC系统的实时性与可靠性。 （3）进一步提高网络通讯能力和与第三方软件的整合性。随着网络科技的发展，良好的通讯能力已成为现代工业控制所必备的功能，远程控制、远程诊断、网络数据处理等功能都将得到加强。控制软件间的协同工作能力是衡量开放式控制系统性能的重要指标。进一步加强各种控制软件间的数据交换能力是提高控制系统性能的重要手段。 （4）进一步加强和改善企业整合能力。工厂控制与企业管理的整合是工业控制领域的一种趋势。软PLC控制系统可以通过以太网或TCP/IP连接到企业信息系统，与其进行数据交换，将设备运行状况，产品质量等与控制过程相关的详细信息。37第2章 国内外车灯自适应系统的工作原理与控制方法 第2章 PLC简介2.1 PLC的简单介绍PLC是可编程控制器(rogrammable Logic Controller) 的英文缩写。上世纪60年代末，美国通用汽车公司为了汽车工业发展的需要，提出需要这样一种控制设备，即（）它的继电控制系统设计周期短，更加容易，接线简单，成本低。（）它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。（）系统通用性强。1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，实现了上述的控制功能，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC。20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得PLC功能日益增强，可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等。所以现在的PLC 的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称PC，但为了不和个人计算机混淆，故仍习惯用PLC 作为可编程控制器的缩写。目前PLC已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（即PLC、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。2.1.1 PLC的基本结构目前PLC 生产厂家很多，较出名的有三菱、西门子、欧姆龙、松下等，产品结构也各不相同，但其基本组成部分大致如下图所示。由图可以看出，PLC 采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入、输出接口电路等。 如果PLC看作一个系统，该系统由输入变量 PLC 输出变量组成.输入变量：外部的各种开关信号、模拟信号以及传感器检测的各种信号等，它们经PLC外部端子（即输入I/O接口）输入到内部寄存器中。输出变量：输入变量经PLC运算处理后送到输出端子（即输出I/O接口），成为PLC 的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。按照PLC中I/O 接口数的多少，可把PLC 分类为超小型机 （64点以内）、小型机（64-256）、中型机（256-2048）和大型机（2048以上）。2.1.2的工作原理PLC采用的是循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按照先后顺序存放在PLC中，工作时CPU从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。PLC的工作过程可分为五个阶段：自诊断、与计算机或编程器等通信、读入现场信号、执行用户程序、输出结果。这五个阶段称为一个扫描周期。PLC的工作过程如下图所示。采用循环扫描的工作方式，是PLC 区别于微机和其他控制设备的最大特点。2.1.3 PLC一般应用的举例(1) 电动机正反转控制（）如何将继电控制线路转换为梯形图 a)首先，确定需要/O（包括输入和输出）接口数，列出I/O分配表： 输入 SB1：X0 输出 K0： Y0 SB2：X1 K1： Y1 SB3：X2 用于自锁、互锁的那些触点，因为不占用外部接线端子，而是由内部“软开关”代替，故不占用I/O点。（b)接下来，画出梯形图（B）写出程序（注：这里用松下PLC助记符） ST X1 OR Y1 OR Y0 AN/ X0 AN/ X0 AN/ Y0 AN/ Y1 OT Y1 OT Y0 ED ST X2（C）将上面程序输入PLC，进行PLC和外围设备的接线，如下图PLC 电动机控制外部接线图2、其他几种常用PLC典型案例：（1）十字路口交通灯控制（2）温室自动调节系统（3）电梯自动控制 . 等等2.1.4 PLC在工业中的应用的举例(1)PLC实现多台风机、水泵组成的自动恒压调节系统 根据控制对象的参数的变化自动调节电机的出力、电机投入/退出，达到自动恒压控制的目的，特别是PLC与变频器的结合应用，可实现一台变频器拖动多台电动机变频运行，达到高效节能、节约一次投入和自动控制的目的。 以下是一套锅炉风压自动调节系统，利用PLC和变频器各一台，便可对3台风机进行自动调节，实现风压自动调整和节能运行。（） 系统工作原理 控制系统主要有PLC、变频器、PID调节器、时间延时器、压力变送器等部份。控制系统无论风机打开多少，总保持供汽管道压力的基本恒定。控制的核心单元根据通风总管的实际压力由压力传感器检测，变成模拟输入反馈信号，经A/D转换后与PLC给定压力比较，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过PID运算后，送到PLC输入接口，PLC输出一个05V的模拟信号到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软起动。PLC通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过I/O端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的电机台数，并完成电机的起停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使通风系统的工作压力稳定，进而达到恒压供汽的目的，从而提高风机的运行效率和能源利用率。（）PLC控制原理 系统启动时,风机1启运进入变频状态运行,电机转速从0开始随频率的上升而不断上升,当变频率达到50HZ时而这时压力变送器的检测的压力值还没有达到所给定的压力值,则时间继电器延时数秒后,PLC发出指令，风机1通过接触器切换到工频运行,切换后的变频器从50HZ降至0HZ,风机2通过接触器进入变频运行状态.压力变送器不断进行采样,当风机2达到工频,风压还不能达到给定的压力值,则启动风机3进入变频运行状态。当压力传感器所测的压力低于下限压力时,不断的切换电机进入运行中(切换电机顺序为1#2#，2#3#），直到系统平稳的运行。该过程可通过以下电机状态变化来表示。 3台电机运行状态变化：（1# 变频）-（1#工频、2#变频）-（1#工频、2#工频、 3#变频）。当三台风机(1#工频，2#工频，3#变)都投入运行时,而实际的压力处于上限压力或之上,此时风机1变频运行频率低至0HZ,在延时一段时间后,PLC使风机1停止运行,变频器频率就从0迅速上升.如果此后的压力还是处于上限压力,则延时一段时间后PLC使风机2停止,这样的调节,有效的减少风机的频繁的启停,使风机平稳的过渡。 当出现缺相、过流、过压等情况，PLC将根据对输入信号的判断，在输出接口上输出报警信号，并根据需要去动作跳闸，如果发生变频器故障，则PLC将把自动方式切换到手动操作方式。同样，也可利用PLC 根据供水母管压力的变化对多台水泵的出力和投入台数进行自动调节，实现恒压自动供水系统。2）其他工业应用实例 .数控机床.自动包装机.继电保护系统.材料分拣系统.其他工业控制系统，等等。2.1.5梯形图梯形图是一种图形语言，它沿用了继电接触器控制的术语和图形符号，具有直观、形象等特征，易被电气技术人员掌握。如下图所示。梯形图中常用的符号如下： 动合触点： 动断触点： 继电器线圈： 利用梯形图编程需要注意的事项： （1）梯形图中左、右两条线称为母线； （2）触点始于左母线， 不能直接同右母线相连 （3）线圈接于右母线，不能直接同左母线相连(4）同一编号接点的使用不受个数限制 （5）同一编号线圈在同一程序中只能使用 一次 （6）程序的编写必须符合顺序执行的原则：从左向右、从上到下。2.1.6PLC指令-定时器指令和计数器指令（1）定时器指令 定时器是PLC内部提供的不同延时的触点，供用户在编程时选用或设定。它的作用相当于继电器控制中的时间继电器。具体地说，定时器在接收到触发信号时，根据其内部时钟脉冲的积累，当预置值减为0时，其动合触点接通，动断触点断开。FP1系列PLC为用户提供了100个定时器，编号为T0-T99。 （A）指令功能 TMR：以0.01S为计时单位延时接通定时器TMX ：以0. 1S为计时单位延时接通定时器 TMY：以1S为计时单位延时接通定时器（B）指令应用举例说明：当X0接通时，定时器延时3S后，其接点T0接通，Y0接通2.1.7 编程软件的应用利用各种型号的PLC所提供的专用微机编程软件，用户可以在微机上很方便地实现程序的输入、编辑、检查和PLC 的运行监控等功能。在以前，是需要人工编程，即，把指令写为助记符，再转换机器码，通过PLC 上的键盘输入PLC内部存储器。现在利用编程软件，只需在微机的编程软件的界面上输入梯形图，而不需集中任何编程语言和任何指令，操作非常简单易学。用微机进行PLC 软件的编程后，可用数据线将程序送入PLC 运行。一、编程基本规则(1) 输入输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用。(2) 避免在同一程序中出现编号相同的两个线圈。(3) 串联触点的使用不受次数限制。(4)并联触点的使用不受次数限制。(5)两个及两个以上线圈可并联输出。(6)输出线圈、定时器、计数器如果需要同左母线相联，应在前面串入程序中未被使用的内部继电器的动断触点。（）在具有并联关系的梯形图中，串联触点多的电路应放在上边，如下图所示。（a）电路安排不当 (b)电路安排得当（）在具有串联关系的梯形图中，并联触点多的电路应放在左边，如下图所示。（a）电路安排不当（b)电路安排得当第4章 汽车车灯自适应系统的总体方案(3）对于结构比较复杂的梯形图，可重复使用触点来简化电路，如下图所示 （a）复杂电路 （b）重新排列电路(4)对于桥式电路，不能直接进行变换，应对电路进行变换，如下图所示 (a) (b)2.1.8 程序设计训练通过电动机Y-起动控制实例，完成对PLC的程序设计和接线调试1、确定控制要求 按下启动按钮SB1，KM和KMY接通，电动机起动，2S后 KMY断开，KM 闭合，即完成Y-起动。按下停止按钮SB2，电动机停止运行2、确定I/O 接口分配表输入：SB1 X0 输出：KM Y0 SB2 X1 KMY Y1 KM Y23、确定I/O接口接线图根据控制要求确定的I/O接口接线图，如下图所示。 4、程序设计 根据控制要求和确定的I/O分配表，画出梯形图，如下图所示。并输入专用编程软件，生成程序。5、将程序传送给PLC6、接线调试 根据I/O接口进行接线，接通电源，按动启动按钮SB1，观察X0X1Y0Y1Y2的变化情况，也可通过编程软件的监控功能查看程序的执行情况。检查程序的功能正常后，按下停止按钮SB2。7、保存程序： 将调试好的程序存盘保存。2.1.9 PLC的高级模块PLC除了主控模块外还可以配接各种高级模块。主模块实现基本控制功能，高级模块则可实现某种特殊功能。 下面介绍松下FP0系列几种高级模块：A/D模块、D/A模块、A /D与D/A模块和通信模块。当需要对模拟量进行测量及控制时，可配接A/D、D/A模块或A /D与D/A混合模块，下面以/D与D/A混合模块为例，介绍模拟量的输入和输出。与FP0配接的A/D与D/A混合模块的型号为A21，模块外形结构如下图所示。 其中（1）为模拟模式切换 开关 改变1、2、3、5为一组， 改变4为另一组，可改变不同 模式，如选择直流电流输入， 则1、2、3切换开关右侧键选 择都投入，4退出。 （2）为模拟I/O 端子， 说明如下表。 （一）模拟I/O通道编址 A21共有3个模拟I/O单元可以使用。分别为第一、第二、第三扩展单元。起模块位置和地址的对应关系如下图。二）模拟量的输入 (a)A21模块有2个模拟量输入通道：CH0、 CH1。 其占用I/O通道分别为： CH0-WX2（模拟量输入通道） CH1-WX3 （模拟量输入通道） (b)F0（A/D）指令用于从I/O单元读取数据，并把 数据传送至目的寄存器中。 编程格式： F0 MV，WX2，DT0（C）A/D输入的转换特性 i)输入为直流电流0-20mA,A/D转换对应表如下：输入电流（mA）转换值K0.002.55005.010007.5150010.0200012.5250015.0300017.5350020.04000ii) 输入为直流电压-10V+10V，A/D转换对应表如输入电压(v)转换值K-10.0-200-7.5-1500-5.0-1000-2.5-5000.002.55005.010007.5150010.02000二）模拟量的输出 (a)A21模块有个模拟量输出通道：CH、 其占用I/O通道为： CH2-W2（模拟量输出通道） (b)FP0对D/A模块写入数据，每一个扫描周期只进行一次。编程格式： F0 MV，WX2，DT0（）D/A转换特性i)输出为直流电压-10V+10V 转换对应表输入值输出电压(v)输入值输出电压（v）-2000-10.05002.5-1500-7.510005.0-1000-5.015007.5-500-2.520010.000.0ii)输出为直流电流0 转换对应表输入值K输出电流（mA)输入值K输出电流(m)00.0250012.55002.5300015.010005.0350017.515007.5400020.0200010.0PLC通信方式: PLC有3种通信方式,即与微机间、与外围设备间、与上位PLC(大中型)之间。若PLC主机带有RS232串行通信口，用户可以利用RS232口直接与PC机的串口相连。若PLC主机只带有RS422串行通信口，则必须配备一个RS422/RS232转换器（即适配器）。而且RS422口与适配器之间必须用其专用电缆。第3章 PLC在工厂里的广泛应用3.1 PLC在工厂里的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第四章PLC在未来工厂的发展趋势4.1 PLC的最新发展趋势自适应车灯照明控制系统根据速度和方向盘转角信息使前照灯光照射线随着车辆进行方向做水平方向偏转，根据车辆的俯仰以及高速路上坡度的情况做垂直方向的调整，同时根据光电传感器对外界环境光线的强弱以及光线实时变化的情况自动控制前照灯的开关和照射模式，为驾驶员在弯道、前后载荷发生变化使汽车车身倾斜时、会车以及外界光线不足时提供最佳的照明效果。光线调整角度的大小由车辆的速度、转向盘转角和车辆的前后倾角及坡度等构成的综合因素决定。此外车灯的安装定位、车辆底盘的调校、避振系统的类型和特性、转向机构的灵敏程度和空转角度以及轴距的长度等都会对自适应前照灯系统的效果产生影响。它的控制模型是由水平和垂直两个方向的模型组成的，建立自适应前照灯控制系统的数学模型可以表达车辆行驶状态以及外界环境之间的关系，使系统输出正确的合理光线偏角，得到最佳的照明效果，为驾驶员良好的视野范围。第5章 系统的硬件设计4.1.1 开放和基于工业PLC控制PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用 户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短系统投放到市场的周期，降低系统投资费用，提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。关于工业PC控制系统的实时响应问题已经得到很好的解决，也许其主要的东西仍然隐藏在技术背后，但缺乏相应的跟踪记录。对于PLC来讲，坚固性是其主要特点之一，这已经有相当多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC，他们正在对PLC作不同的技术测试工作。在利用一种新技术时，工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险，同时需要考虑对其商务活动能够带来多少机会和收益。但工业用户不完全相信开放式控制系统所带来的好处。随着技术的进一步发展，他们开始逐渐淡化这些思想观念。工业用户正在平衡采用新技术所存在的风险和给他们的商务活动所带来的收益，以便为今后的决策提供有效的保障。工业PC技术提供了许多功能，能够增强PLC的功能特性，包括内藏视频和高速浮点数字协处理器。尽管Microsoft公司没有进一步提升该项功能特性的计划，但新的Windows CE 3.0完全能够更好地满足过程控制的需要。不久前，Siemens公司公布了一套新的基于开放式控制系统的软件产品，即3.0版本的SIMATIC WinAC(Windows自动化中心)。WinAC是基于Windows NT，与SIMATIC S7 PLC兼容的适合于工业PC的控制系统解决方案。WinAC 3.0提供了具有较高集成度的Profibus现场总线局域网的连接性能，以及远程程序设计。此外，它还为现场控制设备本地化集成提供了一种新的DeviceNet I/O设备驱动程序，用于连接所安装的DeviceNet I/O设备。Steeplechase软件公司也已推出了一套支持硬实时过程控制的嵌入式Windows NT操作系统接口部件。该部件进一步结合了Steeplechase公司采用SBS技术并运行于Windows NT环境的工业Compact PCI的硬实时控制软件。现在，Steeplechase公司的可视化逻辑控制器已经升级到5.0版。该控制器适合于Windows NT 4.0和Windows 2000两种操作系统，它的实时引擎能够直接与普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。5.0版本的控制器利用了一种增强型OPC服务器驱动程序，因而比以前的版本具有更快的运行速度。其他一些特点还包括新OI网络特性，以及能够让工业用户自己设计出丰富多彩的动态图形画面等。Transysoft公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工业控制组态软件包，即ISaGRAF PRO，它是基于IEC 61131-3国际标准，并独立于任何硬件平台的软逻辑自动化控制软件包。在一个网络化过程控制系统环境中，该软件包能够应用于多种组态和分布式控制系统的开发，它包含了一套开发工具、应用程序工作平台，以及相应的“虚拟机器”运行时目标。该运行时目标能够运行于各种各样的硬件平台。CTC自动化工程公司已经发布了一套新的控制软件包MachineLogic PCLC（工业PC逻辑控制器），该软件可以让工业PC扮演PLC的角色，且仍然保持着工业PC的功能特性。该软件能够完成一台PLC所确定的控制任务，并且与程序执行时间一样快，均在1 ms以内；还能够同时处理多任务工作，但不能同时超过16个控制任务。一种具有优先级和多任务处理内核的机制保持着对每一件控制任务的跟踪，确保控制任务能够取得最高的优先权。该软件能够运行全部5种IEC 61131-3标准程序设计语言和PID控制程序，支持两种类型的I/O控制设备。一种是像Profibus和DeviceNet等这样的现场总线I/O设备；另一种是像ISA和PC/104这样的工业PC I/O模板。另外，该软件还提供了对控制系统的在线编辑组态功能。程序可以在Windows 95/98和Windows NT下开发并运行，但也能够在RTXDOS下执行。SoftPLC公司也提供了一种工控软件产品Tealware，有人非常形象地把这种软件产品称作穿着工业PC衣服的PLC。那些安装在支架上的控制系统已经有了小型PLC的形状系数，但SoftPLC公司的控制软件已经被嵌入到CPU中。Tealware软件能够满足各种类型工业用户的需要，从小型、单机系统到大型、分散多控制工作站应用。其特点包括全系列I/O模件、内藏Ethernet和工业串行通信接口。最近，Tealware软件已经升级到2.3版本。其中，控制软件提供了事实上无限的梯形图逻辑控制步序，同时允许有超过百万字的数据表；许多OI/SCADA应用接口；内藏Java引擎和FTP服务器用于远程维护与管理；支持用户自己编写的C、C+、Java程序和设备驱动程序；适合于嵌入式Web服务器用；程序设计的在线运行模式；坚固的I/O模件支持能力和许多其他标准PLC功能；可以运行所输入的，或者是经过转换的A-B公司的PLC-PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序4.1.2 Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗？也许最终结果是这样的，但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题，人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。打个比方，这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此，协议就是设备之间相互通信的语言。另一方面，前进的步伐已经迈出，我们只有迎着困难而上，为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。实际上，在一些意想不到的地方，Web服务器正在显露