PLC控制系统研究

网络高等教育网络高等教育 本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文 设文 设 计 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 PLC 控制系统研究 I 内容摘要 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 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 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 PLC 控制系统研究 II 目 录 内容摘要 I 1 绪论 1 1 1 课题的背景及意义 1 1 2 发展现状及趋势 1 1 2 1 发展现状 1 1 2 2 发展趋势 1 1 3 本文的主要内容 2 2 PLC 简介 3 2 1 PLC 的定义和特点 3 2 2 PLC 控制系统的构成 4 2 3 PLC 工作原理 6 2 4 PLC 主要生产厂家 7 3 PLC 控制系统应用研究 9 3 1 PLC 控制系统设计原则及步骤 9 3 2 PLC 控制系统应用举例 9 4 结 论 10 参考文献 11 附 录 12 PLC 控制系统研究 1 1 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 11 2 1 发展现状发展现状 简要介绍论文选题的发展现状 1 2 21 2 2 发展发展趋势趋势 简要介绍论文选题的发展趋势 PLC 控制系统研究 2 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 PLC 控制系统研究 3 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 PLC 控制系统研究 4 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 I I O O 扩扩展展 单单元元 I I O O 扩扩展展 接接口口 中中央央处处理理单单元元 C CP PU U 输输入入 接接口口 输输出出 接接口口 限限位位开开关关 手手动动开开关关 编编码码器器 数数字字开开关关 电电源源 外外部部 设设备备 接接口口 存存储储器器 系系统统 程程序序 用用户户 程程序序 数数 据据 编编程程器器 上上位位计计算算机机 图图形形监监控控系系统统 打打印印机机 E EP PR RO OM M写写入入器器 盒盒式式磁磁带带机机 条条码码判判读读机机 电电源源 电电磁磁阀阀 继继电电器器 指指示示灯灯 蜂蜂鸣鸣器器 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 PLC 控制系统研究 5 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 PLC 控制系统研究 6 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 PLC 控制系统研究 7 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 PLC 控制系统研究 8 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 PLC 控制系统研究 9 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 PLC 控制系统研究 10 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