磨床电气的PLC改造设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 书 分类号： 密 级： 毕业设计 (论文 ) 磨床电气的 PLC 改造 THE PLC OF THE GRINDING MACHINA ELECTRICITY REFORMATION 学生姓名 刘鸿羽 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 王树臣 2008 年 6 月 2 日 徐州工程学院毕业设计（论文） i 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文 档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州 工程学院毕业设计（论文） I 摘要 由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技 术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理及用 PLC 进行改造设计的方法和设计步骤，并给出 PLC 编程程序梯形图。改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用 PLC 控制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流 ，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化。PLC 控制的特点使原机床控制大大的简单化 ,并且维修方便 ,易于检查。节省大量的继电器元件 ,使机床的工作效率更高。该项技术还可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制改造中。 关键词 可编程序控制器；平面磨床；改造 徐州 工程学院毕业设计（论文） II Abstract Because many grinder ages are remote in the manufacturing division, its work could not achieve the modern production by far the request . So it is necessary to carry on technological transformation to the old-fashioned regular motor control system and replace normal regulations by programmable preface controller of after electric appliances with attain grinding machine of automation control. This text introduced comes with the programmable controller to the surface grinding machine control system to make the modernized transformation, narrated the old style formation surface grinding machines principle of work briefly and carries on the transformation design with PLC the method and the design procedure, and gives PLC the programming procedure trapezoidal chart . After the reformation of grinding machine work safety credibility, he systems operation situation is good, the grinding precision is higher； Using the PLC control grinder movement, realized the grinder to start, the stop, the breakdown to stop, the emergency stop function, might cut grinders control mode nimbly according to the moveme nt request； Provides the overload, the underloading, breaks and the voltage is not balanced protects； The scene demonstration running status, realizes the intellectualized monitoring. Because and attracts the work piece the different nimble adjustment magnet chuck electric current, and demonstration value size. Thus has realized the grinder movement automation. The PLC controls characteristic causes the original machine tool control big simplification, and services conveniently, easy to inspect. Saves the massive relay element, causes engine beds working efficiency to be higher. This technology may also promote applies in other auxiliary engine equipment or in other domain automated control transformation. Keywords Programmable logic controller Flat surface grinding machine Reformation 徐州 工程学院毕业设计（论文） 1 目 录 1 绪论 . 1 2 磨床的概述 . 3 2.1磨床的介绍 . 3 2.2世界平面磨床发展趋势 . 3 3 可编程控制器的概况 . 5 3.1PLC 的产生和特点及其发展动向 . 5 3.1.1 PLC 的产生 . 5 3.1.2 PLC 的定义 . 5 3.1.3 PLC 的特点 . 6 3.1.4 PLC 的发展趋势 . 7 3.2PLC 的系统结构和基本工作原理 . 8 3.2.1 PLC 的系统 结构 . 8 3.2.2 PLC 的系统结构和基本工作原理 . 9 3.2.3 PLC 的主要功能 . 10 3.2.4 PLC 的应用设计步骤 . 11 3.3PLC 的选型原则 . 12 4 系统的总体设计 . 15 4.1改造平面磨床的步骤 . 15 4.1.1 改造方案的确定 . 15 4.1.2 改造的技术准备 . 15 4.1.3 改造的实施 . 16 4.1.4 验收及后期工作 . 17 4.1.5 用 PLC 改造继电 -接触式控制系统的步骤 . 18 4.2控制线路控制改造要求 . 18 4.3原设备电器的工作原理 . 19 4.3.1 平面磨床主要结构和运动形式 . 19 4.3.2 电气控制线路分析 . 20 4.4分析控制对象，进行系统的硬件设计 . 23 4.5系统的软件设计 . 24 5 性能测试与分析 . 27 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 . 错误 !未定义书签。 中文翻 译： . 错误 !未定义书签。 外文翻译： . 错误 !未定义书签。 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 徐州 工程学院毕业设计（论文） 2 徐州 工程学院毕业设计（论文） 3 徐州 工程学院毕业设计（论文） 1 1 绪论 课题背景： 现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要求，制造业的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发 展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识 技术 产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。但新机床购置费用高，且生产准备周期长。因此对原有机床的现代化改造显得尤为重要。 PLC 改造老机床的优点： 节省资金，减少投资额，交货期短 机床的 PLC 改 造可大大减少资金的投入，同购置新机床相比，一般可节省 60 % 80 % 的费用，改造费用低。特别是大型、特殊设备尤为明显。一般大型机床改造，只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床 60 % 的价格。可以充分利用现有地基，不必像购入新设备那样重筑地基。 性能稳定可靠 因原机床各基础件经过长期失效，几乎不会产生应力变形而影响精度，且各部件已经长期磨损，使改造后的机床性能稳定可靠，质量好，可作为新设备继续长期使用。 可充分体现企业自身的意愿 企业与改造人员可依照 实际需要和机床长期使用的情况，在改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进意见，有权选择机械零部件、数控系统、电器设备等的规格、型号、性能等。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将机床改造成具有当今水平的设备。 更有利于使用和维护 由于改造前机床已使用多年，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短、见效快。改造的机床一经安装好，就可实现全负荷运转。 可以采用最新的控制技术，提高生产效率。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自 动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。机床经改造后，即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高 3 7 倍。对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。提高产品质量，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使装配方便灵活。因此 ,继电器本身固有的缺陷，给磨床的安全和经济运行带来了不利影响 ,用 PLC 对磨床的徐州 工程学院毕业设计（论文） 2 继电器式控制系统进行改造已是大势所趋。所以我们就以平面磨床改造来介绍一下。 徐州 工程学院毕业设计（论文） 3 2 磨床的概述 2.1 磨床的介绍 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削 加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。 磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。 随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。 磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨 床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。 2.2 世界平面磨床发展趋势 当今平磨的发展趋势是转向成形、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线表面磨削加工。可以说，平磨是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。我国平磨制造厂应跳出传统的平面磨削的思维，转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上进一步发展，以形成我们自己特色的技术和产品 .据不完全统计，不久前在美国芝加哥举行的国际制造技术展览会（ IMTS）上有 20 多家平磨专业生产厂的 60 多台平面磨床以平磨实物形式参展，包括了欧、美、日及我国的主要平磨制造厂。有关专家分析了此次参展的平面 磨床的主要特点并预测今后平面磨床的发展趋势。 1.现代平面磨床的主要特点 (1)从规格上看，以小型平磨为主。台面宽 200mm 以下的几乎占 50%，小规格机床的运输及布展比较方便；国外平磨不分普通、精密、高精度的精度等级，相对小规格机床，精度容易做得很高；在国际市场上，中、小规格平磨的潜在需求很大。 (2)从控制上看， 70%以上的为数控型，有单轴、双轴及三轴数控，最多达五轴控制，尤其是 400 以上的大规格机型，全为数控型。由于技术水平的发展导致功能变化，平磨已从传统的平面磨向成形磨转变，常规控制已难以实现功能的要 求。数控平磨已形成一个市场潮流。 (3)从功能上看， 50%以上的平磨不仅仅用于水平平面加工，而且转向成形、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线等表面磨削加工，如 ELB、 BLM 公司以平磨为基础变化而成的五轴联动磨削中心，可实现非平面型复杂曲面的磨削； Unison、 Trutech 公司的柔性磨徐州 工程学院毕业设计（论文） 4 削系统，可实现成形、无心、外圆、工具、轮廓等磨削工艺；还有裕福、 Parker 公司等的快速抖动磨等，反映出平磨是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。 2.发展呈现四大变化 (1)高速、复合、高精度、高刚性仍是金切机床的发展主调， 但又有新的变化。复合，已从原来的为复合而复合转为从实用高效考虑为主，如车、铣复合，车、铣、钻的复合，铣床和电火花的复合；从功能上看，复合型机床的针对性很强，针对某类零件考虑；从精度上看，定位精度 2 m，重复定位精度 1 m 的机床已比比皆是；从主轴转速来看，8.2kW 主轴达 60000r/min， 13kW 达 42000r/min，高速已不是小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。 (2)模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青。横向系列、纵向系列、全系列、跨系列的模块化设计 ，无论是大隈、牧野等为代表的日本机床，还是 Haas、 Cincinnati等为代表的美国机床，外形上看好象完全一样，但功能则完全不同，所构成的模块很多则是通用的。 (3)全自动的概念已发生变化。传统的全自动机床是用一只气动或液动的机械手实现工件的自动上、下料，而现在采用真正意义的多关节串联式机器人，来实现工件的上、下料，包括完工零件的堆放。 (4)环保要求越来越高。在展出的展品中，绝大部分的机床产品都采用全封闭的罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。 3.根本在于设计创新 (1)平磨是磨床类机床中发展潜力最大 的机床。 在完成传统的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、台面、磨头等大件为基础，可以演变成外圆、曲线、工具、无心等磨床，如 k.o.lee 公司的 C1020N2 外圆磨床和 B6062PC2工具磨的基础就是平磨。我国应在完成平磨规格系列的完善后，跳出传统的平面磨削的思维转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上去进一步发展，形成具有我们自己特色的技术和产品。 (2)模块化设计将是贯穿产品设计全过程的一条主线，无论是机床技术发展的潮流还是市场竞争的要求。 徐州 工程学院毕业设计（论文） 5 3 可编程控制器的概况 3.1 PLC 的产生和特点及其发展动向 3.1.1 PLC 的产生 20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统 .由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难以实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置 .为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求， 1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （ 1）编程方便，可现场修改程序 （ 2）维修方便，采用插件式结构 （ 3）可靠性高于继电器控制装置 （ 4）体积小于继电器控制盘 （ 5）数据可直接送入管理计算机 （ 6）成本可与继电器控制盘竞争 （ 7）输入可以是交流 150V 以上 （ 8）输出为交流 115V，可直接驱动接触器，电磁阀等 （ 9）扩展时原系统改变最小 （ 10 用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。 3.1.2 PLC 的定义 美国国际电工委员会（ IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的 面徐州 工程学院毕业设计（论文） 6 向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了 PLC 应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序 运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 3.1.3 PLC 的特点 （ 1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。 I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调节电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。 PLC 的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传 递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在 PLC 的电源电路和输入 /输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、 watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（ WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证 CPU 可靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （ 2）控制系统结构简单，通用性 强 徐州 工程学院毕业设计（论文） 7 PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 （ 3）编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备， PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 （ 4）功能完善 PLC 的输出 /输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入 /输出。在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。 （ 5）设计、施工、调试的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结 构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 （ 6）体积小，维护操作方便 PLC 体积小，质量轻，便于安装。 PLC 的输入 /输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 （ 7）易于实现网络化 PLC 可连成功能很强的网络系统。 （ 8）可实现三电一体化 PLC 将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和 要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 3.1.4 PLC 的发展趋势 PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 （ 1）向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使 PLC 结构更为紧凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。 PLC 的功能不断增加，将原来大、中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。 徐州 工程学院毕业设计（论文） 8 （ 2）向大容量、高速度方向发展 大型 PLC 采用多微处理器系统，有的采用了 32 位微处理器，可同 时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 （ 3）智能型 I/O 模块的发展 智能型 I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的 CPU与 PLC的主 CPU并行工作，占用主 CPU 的时间很少，有利于提高 PLC 的扫描速度。 （ 4）基于 PLC 的编程软件取代编程器 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对 PLC 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、各串行通行接 口的参数等。 （ 5） PC 编程语言的标准化 与个人计算机相比， PLC 的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的 CPU 模块和 I/O 模块互不通用。 PLC 的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题， IEC 制定了可遍程序控制器标准。标准中共有 5 种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 （ 6） PLC 通信的易用化 PLC 的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息 ，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （ 7）组态软件与 PLC 的软件化 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。 （ 8） PLC 与现场总线相结合 现场总线 I/O 与 PLC 可以组成功能强大的、廉价的 DCS 系统。 （ 9）开发新型特殊功能模块 I/O 组件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) CPU 的处理速度进一步加快 目前， PLC 的处理速度与计算机相比还比较慢，将来会全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 进行处理、分时处理 或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 PLC 的处理速度达到纳秒级。 3.2 PLC 的系统结构和基本工作原理 3.2.1 PLC 的系统结构 徐州 工程学院毕业设计（论文） 9 目前 PLC 种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源、 I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 PLC 控制系统由输入量 PLC 输出量组成，外部的各 种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC的输入量，它们经 PLC 外部输入端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见， PLC 的基本结构有控制部分输入和输出组成。其中 PLC 各部分的作用如下： (1) 中央处理器 CPU 是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下： 诊断 PLC 电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入 PLC 的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 应各种外部设备的工作请求。 (2) 存储器 PLC 的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路 PLC 通过输入输出（ I/O）接口电路实现 与外围设备的连接。输入接口通过 PLC 的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成 CPU 所能接受和处理的数字信号。 (4) 电源 PLC 的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足 PLC的 CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 (5) 输入输出 I/O 扩展接口 若主机单元的 I/O 点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O 扩展单元与主机单元相连接。 3.2.2 PLC 的系统结构和基本工作原理 PLC 采用的是循环扫描工作方式。 对每个程序， CPU 从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用徐州 工程学院毕业设计（论文） 10 户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 输入刷新阶段 在输入刷新阶段， CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输出。 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 PLC 只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化 ，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行， PLC 在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一 些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。 3.2.3 PLC 的主要功能 （ 1）条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （ 2）定时 /记数控制功能 定时 /记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （ 3）数据处理功能 数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 徐州 工程学院毕业设计（论文） 11 （ 4）步进控制 功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （ 5） A/D 与 D/A 转换功能 A/D 与 D/A 转换功能是指通过 A/D、 D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。 （ 6）运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 （ 7）过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （ 8）扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。 （ 9）远程 I/O 功能 远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC 主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 （ 10）通信联网功能 通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、 PLC 与上位机的链接等，实现远程 I/O 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （ 11）监控功能 监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进 行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制 I/O 状态。 3.2.4 PLC 的应用设计步骤 PLC 控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，即程序设计上。 PLC 程序设计可遵循以下六步进行： 1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。 2）分配输入输出设备 即确定哪些外围设备是送信号到 PLC，哪些外围设备是接受来自 PLC 信号的。并将 PLC 的输入输出口与之进行分配。 3）设计 PLC 程序画出梯形图。梯 形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。 4）实现用计算机对 PLC 的梯形图的直接编程。 5）对程序进行调试（模拟和现场）。 徐州 工程学院毕业设计（论文） 12 6）保存已完成的程序。 显然，在建立一个 PLC 控制系统时，必须首先把系统需要的输入，输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，即可进行编程的第二步 -分配输入输出设备。在分配了 PLC 的输入输出点，内部辅助继电器，定时器，计数器之后，就可以设计 PLC 程序画出梯形图。在画梯形图时要注意每个从左边开始的逻辑行 必须终止于一个继电器线圈或定时器，计数器，与实际的电路图不一样。梯形图画好后便用编