PLC在电镀生产线上的应用

1、扬州市职业大学汽车与电气工程系毕业设计说明书(论文)作 者:李城 学 号： 教研室: 电气教研室专 业:电气自动化 题 目:PLC在电镀生产线上的应用 指导者： 王蕊 评阅者： 2012 年 5 月扬州市职业大学汽车与电气工程系毕业设计（论文）评语学生姓名： 李城 班级、学号： 09电气1班 题 目： PLC在电镀生产线上的应用 综合成绩： 指导者评语：该生能按时完成毕业设计（论文）任务书规定的工作，积极查阅有关文献资料，设计态度端正，能独立思考并解决有关技术问题，论文符合学校规定的格式，写作的规范化程度好。设计方案可行，有一定的创新性，如果再多参考一些外文资料，将会更加完善。建议成绩评定为良

2、好，可以提交答辩。 指导者(签字)： 2012年5月15日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会负责人(签字)： 2012年5月20日毕业设计说明书（论文）中文摘要 行车是用来在短距离内提升和移动物件的机械，是现代化工厂中用于物料输送的重要设备，电镀行车由于他的高危险性，应用它的场合更是频繁，行车对减轻工人体力劳动，提高劳动生产率起着重要的作用。本设计中的行车要实现左右，前后及上下的三维运动，并且要准确定位，具有远距离控制，能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一序列的工作。在设计中采用低压电器的控制方式，控制线路的设计方面力图做到布局合

3、理,排列均匀,原理图上有极限位置保护和必要的电气保护措施，重点分析了系统软硬件设计部分，并给出了系统硬件接线图、PLC控制I/O端口分配表以及整体程序流程图等，实现了电镀生产自动化，提高了生产效率，降低了劳动强度。在该生产线的控制系统中，采用了高可靠性，高稳定性，编程简单，易于使用，而且广泛应用于现代工业企业生产线过程控制中的控制器PLC。详细分析了输送系统设备保护控制电动机原理图、程序框图、PLC系统外部接线图。分层次详细阐述了整个高度自动化输送系统的目标及功能，使高度自动化输送系统的结构更加清晰，层次更加分明，具有非常强的实用性。关键词 PLC，电镀行车，电气控制系统，梯形图 目录1课题简

4、介11.1 概述11.2、课题的内容和工艺要求22方案比较32.1 与继电器控制系统的比较32.2 与微型计算机控制系统的比较42.3 与单片机控制系统的比较43 PLC的原理63.1 可编程控制器的等效电路63.1.1 存储程序控制与可编程序控制器63.1.2 可编程序控制器的等效电路73.2 PLC的扫描技术103.2.1扫描工作方式103.2.2 扫描工作过程113.2.3扫描周期的计算123.3 PLC的I/O响应时间123.3.1 改变信息刷新方式133.3.2 采用中断技术133.3.3 调整输入滤波器143.4梯形图语言特点143.5主要技术性能143.6 PLC的控制功能153

5、.7 PLC应用领域184 PLC在电镀生产线上的应用设计194.1工艺要求204.2控制流程204.2.1行车自动工作控制过程214.3拖动系统设计224.4 PLC的选型234.5 PLC输入/输出地址对照表244.6 电镀生产线PLC控制梯形图254.6.1电镀生产线PLC控制梯形图程序304.6.2梯形图程序355 不足与改进366 小结377致谢38参考文献391课题简介1.1 概述 一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以

6、使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。 电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。所谓程序控制，就是将控

7、制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。这样的系统称为存储程序控制系统。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内部的接线，而只需通过通过编程器中的某些程序语言内容。可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读

8、取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制任务的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。1.2、课题的内容和工艺要求（1）、内容：电镀生产线上有三个基本的槽位，分别是：清水槽、回收槽和电镀槽，工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成电镀全过程。在电镀生产线一侧，工人将代加工的零件装入吊篮，并发出信号，专用行车便提升并自动逐段进行。按工艺要求在需要停留的槽位停下，并自动下降，停留一定时间（各槽停留时间按事先工艺要求调定）后自动提升，如此完成电镀工艺规定的每一道工序，直至

9、生产线的末端自动返回原位，卸下处理好的零件，重新装料发出信号进入下一加工循环。（2）、设计要求：工件放入镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽中，然后放人回收液中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。如果在中途断电，工件将报废无需在进行下面的工序，所以可以通过点动操作返回，取下报废品。电镀工艺流程图如图1-1。280s清水槽回收液槽镀槽15s15s28s3030原位SQ6SQ5SQ4SQ3SQ2SQ11-1电镀工艺流程图2方案比较2.1 与继电器控制系统的比较 1.从控制逻辑上看，继电器采用硬件接

10、线逻辑即利用继电器的机械触点、线圈构成电路，利用触电的串、并联关系及延时继电器的动作实现其控制逻辑 。这种控制方式存在的问题是连线复杂，系统维护不便，功能不易改变，因此灵活性和扩展性很差。此外，系统功耗也较大；而PLC采用软线接线，与硬接线相比，虽沿用继电器触点线圈等概念，但实际上并不存在对应的物理实体，而仅仅是PLC内部的一些存储单元，其特点是连线少，体积小，软继电器的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性非常好。PLC中有中大规模集成电路组成，所以系统功耗也很小。 2.从控制速度看，继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，触点的开关动作一般为几十毫秒数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题

11、，故工作效率低；而PLC是由程序中的指令控制半导体电路来实现控制，一般一条用户指令的执行时间为us数量级，故速度快。PLC内部还有严格的同步控制，故不会出现抖动问题。 3.从可靠性看，继电控制器使用了大量的机械触点，机械触点开闭过程中，会产生电弧,使触点产生磨损，甚至损坏，因此寿命短，可靠性差；而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，故体积小，寿命长，可靠性高，而且PLC还配备自检和监督功能。 4.从适应性和通用性看，要实现某种控制时，继电器线路是通过许多真正的硬继电器和它们之间的连线达到的，控制功能包含在固定线路之中，功能专一，系统扩充必须变更硬接线，故灵活性较差；

12、而PLC采用软件编制程序来完成控制任务，编程时所用到的继电器为内部软继电器，外部只需在端子上接入相应的输入/输出信号即可。系统在I/O点数及内存容量允许范围内，可自由扩充，并可用编程器在线或离线修改程序，以适应系统控制要求的改变，因此，同PLC一台不改变硬件而仅改编软件，就可适应各种控制，故通用性强，另外，一般PLC都具有强制和仿真作用，故程序的设计、修改和调试都很安全方便，可大大缩短系统设计和投入运行的周期。 5.从工作方式看，继电器控制系统是并行的，而PLC是串行的，各软继电器处于周期性循环扫描中，受同一条件制约的继电器的动作顺序决定于扫描顺序，同它们在梯形图中位置有关。新一代PLC除具有

13、远程通信联网功能以及易于计算机接口实现群控外，还可通过附加高性能模块对模拟量进行处理，从而实现各种复杂的控制功能，这些对于布线逻辑的继电器控制系统是无法办到的。 6.从价格看，继电器控制逻辑使用机械开关，继电器和接触器价格较便宜，PLC采用大规模集成电路，价格相对较高。一般认为，在少于10个继电器的装置中，继电器系统比较经济；在需要10个以上的继电器的场合，使用PLC比较经济。 从上面的比较可知，PLC在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高，设计施工周期短，调试修改方便，且体积小，功耗低，使用维护方便，但价格高于继电器控制。2.2 与微型计算机控制系统的比较 PLC虽采用了计算机技术和微

14、处理器，但它与计算机相比又有明显的不同。 1.从应用范围看，微机除用在控制领域之外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等；PLC主要用于工业控制。 2.从工作环境看，微机对工作环境要求高，一般要在干扰小且具有一定温度要求的室内使用；而PLC是专为适应工业控制的恶劣环境而设计的，是应用工程现场的环境。 3.从编程语言看，微机具有丰富的程序设计语言，其语法关系复杂，要求使用者必须具有一定水平的计算机软硬件知识；而PLC采用面向控制过程的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为表达式，形象直观，编程操作简单，可在较短时间内掌握它的使用方法和编程技巧。 4.从工作方式看，微机一般采用等待命令方式，运算和响

15、应速度快；PLC采用循环扫描的工作方式，其输入/输出存在相应滞后，速度较慢，对于快速系统，PLC的使用受扫描速度的限制。另外，PLC一般采用模块化结构，可针对不同的对象和控制需要进行组合和扩展，比起微机来有很大的灵活性和很好的性价比，维修更方便。 5.从价格看，微机是通用机，功能完备，故价格较高；而PLC是专用机，功能较少，价格相对较低。 从以上几个方面比较，PLC是一种用于工业自动化控制的专用微机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握，价格也比一般的微机便宜。在同一系统中，一般PLC集中在功能控制方面，而微机作为上位机集中在信息处理和PLC网络的通信管理上，两者相辅相成。2.3 与

16、单片机控制系统的比较 1.从使用者学习掌握角度看，单片机的编程语言一般采用汇编语言或单片机C语言，这就要求设计人员具备一定的计算机硬件和软件知识，对于只熟悉机电控制的技术人员来说，需相当一段时间的学习才能掌握；PLC虽然本质上是一种微型计算机系统，但它提供给用户使用的机电控制人员所熟悉的梯形图语言，使用的仍然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触点的串、并联相对应，这就使得熟悉机电控制的工程技术人员一目了然。对于使用者来说，不必去关心微机的一些技术问题，只需用较短时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法，就能应用到工程现场。 2.从使用简单程度看，单片机用来实现自动控制时，一般要在输入/输出

17、接口上做大量的工作，例如，要考虑现场与单片机的连接、接口的扩展、输入输出信号的处理、接口工作方式等问题，除了要设计控制程序外，还要在单片机的外围做很多软、硬件方面的工作，系统的调试也比较麻烦；而PLC的I/O接口已经做好，输入接口与输入信号直接连线，非常方便，输出接口具有一定的驱动能力。3.从可靠性看，用单片机做工业控制突出的问题是抗干扰性能差，而PLC是专门应用于工程现场的自动控制装置，在系统软硬件上都采取了抗干扰措施，如光电耦合、自诊断，多个CPU并行操作等，故PLC系统可靠性较高。 PLC在数据采集等方面不如单片机。总之，PLC用于控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单片机的通用性

18、和适应性较强。总结：综上，通过PLC跟继电器系统、微机及单片机系统的分析比较可见，它各自都有自己的特点和不足。在工业自动化生产中常用的控制系统有：传统的继电器接触器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统这三种。但从使用性、经济性、可靠性出发，本设计选用了PLC。3 PLC的原理 PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是: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

19、产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLCPLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为:可编程式逻辑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

20、，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。可程式逻辑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。3.1 可编程控制器的等效电路 3.1.1 存储程序控制与可编程序控制器 随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，存储控制程序逐步替代接线程序控制，成为工业控制系统的主流发展方向。所谓程序控制，就是将控制逻辑程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。这样的系统称为存储程序控制系统。在存储程序控制系统中，控制程序的修改不需要改变控制器内

21、部的接线，而只需通过编程器中的某些程序语言内容。 可编程控制器就是一种存储程序控制器。其输入设备和输出设备与继电器控制系统相同，但它们直接连接到可编程控制器的输入端子和输出端子。如图3-1所示。在可编程控制器构成的控制系统中，实现一个控制任务，同样需要针对具体的控制对象，分析控制系统要求，确定所需用户的输出输入设备，然后运行相应的程序语言便指出相应的程序，利用编程器和其他设备写入可编程控制器的存储器中。每条程序语言确定一个顺序，运行时CPU一次读取查出其中的程序语句，对它们的内容解释并加以执行；执行结果用以输出设备，两支被控制对象工作。可编程控制器时通过软件实现控制逻辑的，能够使用不同控制人物

22、的需要，通用性强，使用灵活，可靠性强。 3.1.2 可编程序控制器的等效电路输入设备（开关、传感器）输出设备（接触器、电磁阀）PLC内部控制电路控制对象（电动机等）图3-1 PLC构成的存储程序控制系统 由图3-1可知，可编程控制器构成的存储程序控制系统。由如下三个部分组成。 输入设备：连接到可编程控制器的输入端，它们直接接收来自操作台命令或来自被控制对象的各种状态信息，产生输入控制信号送入可编程控制器。常用的输入设备包括控制开关和传感器。控制开关可以是按钮开关、限位开关、行程开关。光电开关、继电器和接触器的接点等。传感器包括各种数字式模拟式传感器，如光栅位移式传感器、磁尺、热电阻。热电偶等。

23、 可编程控制器内部控制电路：采用大规模集成电路制作的微处理和存储器，执行按照被控制对象的实际要求编制并存入程序存储器中的程序，完成控制任务。 输出设备：与可编程控制器的输出端相连。它们用来将可编程控制器的输出控制信号转换为驱动被控制对象的工作信号。常用的输出设备包括电磁开关、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器、状态指示部件等。 输入部分采集输入信号，输出部分就是系统的执行部分，这两部分与继电器控制系统相同。PLC内部控制电路是由编程实现的逻辑电路，用软件编程代替继电器等功能。对于使用者来说，在编制应用程序时，可以不考虑微处理器和存储器复杂构成及使用的计算机语言，而把PLC看成内部由许多“软继电器”

24、组成的控制器，用近似继电器控制电路图的编程语言进行编程。这样从功能上讲就可以把PLC的控制部分看做是由许多“软继电器”组成的等效电路，这些“软继电器”的线圈、常开接点、常闭接点一般用图3-2符号表示，PLC的等效电路如图3-3所示。 线圈 常开接点 常闭接点图3-2“软继电器”的线圈和接点 下面对PLC等效电路的各组部分作简要分析。用户输出设备（接触器、电磁阀等）输出接点用户输入设备负载电源输出公共端内部“软接线”（用程序实现）输入公共端限位开关COM输入继电器线圈继电器接点继电器线圈输入端按钮输入回路内部控制电路输出电路图3-3 PLC等效电路1.输入回路这一部分由外部输入电路、PLC输入接

25、线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子驱动输入继电器。一个输入对应一个等效电路中的输入继电器，它可提供任意个常开和而常闭接点，供PLC内部控制接通即表示传送给PLC一个接通的输入信号，因此习惯上经常将两者等价使用。输入回路的电源可用PLC电源部件提供的直流电压，也可由独立的交流电源供电。2.内部控制电路这部分电路是由用户程序形成的。它的作用是按照规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行运算、处理和判断，然后得到相应的输出。用户程序通常采用梯形图编写，梯形图在形式上类似与继电器控制原理图，两者在电路结构及线圈与节点的控制关系上大致相同。3.输出回路 输出部分由于内部控制电

26、路隔离的输出继电器的外部常开触点、输出接线端子和外部电路组成，用来驱动外部负载。 PLC内部控制电路中有许多输出继电器。每个输出继电器除了有内部控制电路提供编程用的常开、常闭节点外，还为输出电路提供一个常开节点与输出接线端相连。驱动外部负载的电源由用户提供。在PLC的输出端子排上，由接输出电源用的公共端。 需要注意的是，PLC等效电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实际上是存储器针对每一位触发器。该触发器为“1”态，则相当与继电器接通；该触发器为“0”态，则相当于继电器断开。在PLC提供的所有继电器中，输入继电器用来反应输入设备的状态，也可以将其他看成是输入信号本身；输出继电器用来直接驱动

27、用户输出设备，而其他几电气与用户设备没有联系，在控制程序中仅起传导中将信号的作用，因此统称为内部继电器，如辅助继电器、页数继电器、计时器、计数器等。PLC的所有继电器统称PLC的元素。3.2 PLC的扫描技术 3.2.1扫描工作方式PLC靠执行用户程序来实现控制要求。为了便于程序执行，在存储器中设置输入映象寄存器区和输出映像寄存器区（或统称I/O映像区），分别存放执行程序之前的个输入状态和执行过程这个结果的状态。PLC对用户程序的执行是以喜欢扫描方式进行的。所谓扫描，只不过是一种现象的说法，用户描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。扫描从第0号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转

28、控制的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序执行程序，直到程序结束，即完成一个扫描周期，然后再从头开始执行用户程序，并周而复始的重复。由于CPU的运算处理速度很高，使得从外观上看，用户程序几乎是同时执行的。 PLC的扫描工作方式同传统的继电器控制系统明显不同。继电器控制装置采用硬逻辑并行的方式；在执行过程中，如果一个继电器的线圈通电，哪么该机电器的所有常开和常闭触点，无论处在控制线路的什么位置，都会立即动作：其常开触点闭合，常闭触点打开。而PLC采用循环扫描控制程序的工作方式；在PLC的工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭接点，并不一定都会立即

29、动作，只有CPU扫描到该节点时才会动作：其常开接点闭合，常闭接点打开。 3.2.2 扫描工作过程PLC开始运作时，首先清除I/O映像的内容，然后进行自诊断，自检CPU及I/O组件，确定正常后开始循环扫描。每个扫描过程分为三个阶段进行，即输入采样、重新执行、输出刷新。PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个工作周期（或扫描周期），如图3-4所示：输入采样程序执行输出刷新 图3-4 PLC工作周期的三个阶段1.输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态（“0”或“1”，表现在接线端上是否承受外加电压）读入输入映像寄存器区。这个过程成为对输入信号的采样

30、，或称输入刷新，接着转入程序执行阶段。在输入采样阶段结束后，即时输入信号状态发生改变，输入映像寄存器区中的状态也不会发生改变。2.程序执行阶段 在程序执行阶段，在PLC对程序按顺序进行扫描，又称程序处理阶段。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序对由节点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新输出映像寄存器区或系统RAM区对应位的状态。在程序执行阶段，只有输入映像寄存器区存放的输入采样值不会发生改变，其他各种元素在输出映像寄存器区或系统RAM存储器内的状态和数据都有可能随着程序的执行随时发生改变。值得注意的是，在程序的执行过程中，排在上面的逻辑行被刷新后的逻辑线圈

31、状态或数据，会对排在下面的凡是用到这些逻辑线圈的接点或数据的逻辑行起作用，而排在下面的逻辑行，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据，只有等到下一个扫描周期才可以会对排在上面的逻辑行起作用。起原因就是因为扫描是从上到下顺序进行的，前面执行的结果可能改变前面的扫描结果，只有到了下一个扫描周期再次扫描前面程序的时候才有可能起作用。如果程序中两个操作相互用不到对方的操作结果，哪么这两个操作的程序在整个用户程序中的相对位置是无关紧要的。3.输出刷新阶段当程序执行后，进入输出刷新阶段。此时，将输出映像寄存器区中所有输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出端驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。

32、 3.2.3扫描周期的计算 严格的来说，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及外设通信等时间。一般来说，同型号的PLC，其自诊断所需的时间相同，如三菱FX2系列机自诊断时间为0.96MS。通信时间的长度与链接等外设多少有关系，如果没有连接外设，则通信时间为0.输入采样与输出刷新时间取决于其I/O点数，而扫描用户程序所程序所用的时间则与扫描速度及用户程序长短有关。对于基本逻辑指令组成用户程序，二者的乘积即为扫描时间。如果程序中包含用户特殊指令，则还必须根据

33、用户手册查表计算执行这些特殊功能指令的时间。3.3 PLC的I/O响应时间 扫描操作是最基本的PLC操作，也是PLC区别与其他控制系统的典型的特征之一。它提供固定的逻辑判定顺序，按指令的次序求解逻辑运算，而且每个运算的结果，颗粒机用于后面的逻辑运算，消除了复杂电路的内部竞争，使用户在编辑的时候，看不考虑继电器动作延时，也用不着考虑这些继电器的触点数量。但PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，不会映像本次扫描的结果；导致输出信号变化滞后与输入信号变化，这就产生了PLC的输入输出响应滞后现象；最大滞后时间为2-3个扫描周期

34、。 产生输入输出响应滞后现象的原因除了PLC的扫描工作方式外，还与输入滤波器的滞后作用有关。为了提高PLC的抗干扰能力，在每个开关量的输入端都采用光电隔离和R-C滤波电路等技术，其中，R-C滤波电路的滤波常数一般为10-20ms。若PLC采用继电器输出方式，输出电路中的继电器触点的机械滞后作用，也是引起输入输出响应滞后现象的一个原因。PLC的这种滞后响应，在一般的工业控制系统是完全允许的，但不能适应要求I/O响应速度快的实时控制场合。为此，近期的大、中、小型PLC除了加快扫描速度，还在软硬件上采取一些措施，以提高I/O的响应速度。在硬件方面，可选用快速响应模块、高速计数模块等。 3.3.1 改

35、变信息刷新方式1、I/O立即刷新 一般来说，在输入采样阶段进行输入刷新，在输除刷新阶段刷新输出锁存电路；在程序执行节端，既不刷新输入，又不刷新输出。这种处理方式是导致输入输出滞后响应的主要原因。20世纪80年代中期以来，几乎所有的PLC都增加一种新的刷新方式：I/O立即刷新。这种新的刷新方式是通过在程序中增加I/O立即刷新指令完成的。用户可在程序的不同位置插入I/O立即刷新指令。这样，在PLC投入运行后，除了在输入采样和输出刷新阶段集中进行I/O立即刷新外，还在扫描到I/O时立即刷新新指令位置，对指令规定的输入输出范围，立即进行一次刷新：将指令规定的输入状态读入输入映像寄存器区，将指令规定的输

36、出按输出映像寄存器区中的状态刷新输出锁存电路。2、I/O直接刷新方式 为进一步提高I/O响应速度，有些PLC采用一种特殊的工作方式-I/O直接刷新方式（DIRECT MODE）与一般PLC不同，采用I/O直接刷新方式输入和刷新输出。由于不进行集中I/O刷新，其I/O响应时间缩短。 3.3.2 采用中断技术通过在用户程序中多处插入I/O立即刷新指令，使PLC可以读取脉冲宽度小于一个扫描周期的输入信号；输入信号脉冲宽度越窄，要求I/O立即刷新指令的间隔越小，这给用户编辑带来了方便。处理窄脉冲输入信号更有效、简便的方法是采用诊中断技术。 近期的PLC都有中断功能。PLC的中断系统包括多个中断请求源（

37、简称中断源）和相关的中断指令。中断操作流程图如图：中断服务子程序执行主程序继续执行主程序 3-5 中断操作流程图 3.3.3 调整输入滤波器无论采用I/O立即刷新指令，还是采用中断技术，R-C滤波时间常数大都是影响I/O响应速度提高的主要因素。设滤波常数为10ms，为使x10-x17共8个输入状态的变化及时用立即刷新指令REF读入，则在扫描到该程序之前，变化后的输入状态至需要持续10ms，才能被读入I/O映像区。为了进一步提高PLC的I/O响应速度，某些近期的PLC提供带有可调滤波器的高速开关量输入端。这些输入端采用常数很小的R-C滤波器和可用指令修改的数字式滤波器。如FX2系列PLC就提供X

38、7共8个这样的高速输入端，其R-C滤波器时间常数仅为50us，另外再加上指令修改的数字式滤波器。3.4梯形图语言特点3. 每个梯形图由多个梯级组成。4. 梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。 5. 继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 6. 每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。 7. 输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。3.5主要技术性能用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据

39、。一般的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指令占2个字。数据操作指令占24个字。3.6 PLC的控制功能PLC是一种一位处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此它的组成以一般的微型计算机基本相同，也是有硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备组成，如下图为PLC的硬件系统的机构框架图3.2：PLCEPROM写入器 打印机盒式磁带机编程器驱 动 受 控 元 件接 受 现 场 信 号I/O扩 展 单 元基本单元I/O扩 展 接 口输 入 部 件外 部 I/O 接 口存储器RAM（用户程序）EPROM(系统程序)

40、控制器运算器电源 微处理器(CPU)输 出 部 件 3-6 PLC的硬件系统结构框图1、微处理器（CPU）与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC工作过程都是在CPU的统一指挥下进行的。它的主要功能有以下几点：（1）接受从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；（2）用扫描方式接受输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；（3）监测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误；（4）执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能；（5）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输

41、出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2、存储器 PLC配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统程序，用户存储器用来存放用户编织出来控制程序。 系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。如FX2-24M的存储器容量为4K步，即指用用户程序存储器的容量。 PLC所配的用户存储器的容量 大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储容量在8K步以下，大型PLC的存储了容量可达到或超过256K步。3、输入输出(I/O)部件如上图1-1所示中的输入部件和输出部件也成为输入/输出单

42、元或输入/输出模块。实际生产过程中产生的输入信号多种多样信号电平各不相同，而PLC所能处理的信号只能是标准电平，因此必须通过输入模块将这些信号转换成CPU能够接受和处理的标准电平信号。同样外部执行元件如电磁阀、接触器、继电器等所需要的控制信号电平也千差万别，亦必须通过输出模块将CPU输出的标准电平信号转换成这些执行元件所能接收的控制的信号。所以，输入/输出模块实际上是CPU与现场输入输出设备之间的连接部件，起着PLC与被控制对象间传递输入输出信号的作用。PLC输入/输出模块的电路框图1-2所示。外 部 输 入 信 号隔离器滤波器输 入 状 态 寄 存 器滤波器信 号 接 收 回 路滤波器隔离器

43、隔离器3-7（a）输入接口隔离器保存器信 号 发 送 回 路输 出 状 态 寄 存 器功率放大器外 部 设 备隔离器保存器功率放大器隔离器保存器功率放大器3-7(b)输出接口为提高抗干扰能力，一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用由发光二接管和光电三接管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量，有的是模拟量；有的是直流信号，有的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择何时得输入模块。由PLC产生的输出控制信号经过输出模块去驱动负载，如电镀上的升降电动机的起停和正反转、阀门的开闭、

44、设比的移动、升降等。和输入模块相同，与输出模块相接的负载所需的控制信号有的是属质量，有的模拟量；有的交流，有的是直流。因此，同样需要根据负载性质选择合适的输出模块。PLC具有多种模块，常见的有属质量I/O模块和模拟量I/O模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等多种。I/O模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好；I/O模块的I/O容量越大，PLC系统的适应性越强。 4、电源部件 PLC配有开关式稳定电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需要的直流电源。PLC的电

45、源部件有很好哦的稳压设施，因此对外部电源的稳定性要求不高，一般允许外部电源电压的额定值在+10%-15%范围内波动。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件。为了防止在外部电源发生故障的情况下，PLC内部程序和数据等重要信息的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。 3.7 PLC应用领域 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

46、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

47、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。 8. 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

48、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。 9. 通信及互联网 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。4 PLC在电镀生产线上的应用设计一件电镀产品的质量除了要有好的成熟的电镀工艺和品质好的镀液添加

49、剂外，如何保证电镀产品严格按照电镀工艺流程运行和保证产品的电镀时间则是决定电镀产品质量和品质的重要因素。在电镀生产线上采用自动化控制不但可以使电镀产品的质量和品质得到严格的保证，有效的减少废品率，而且还可以提高生产效率和减轻工人的劳动强度，有着非常好的经济效益和社会效益，电镀生产线上对行车的自动控制则是电镀生产线自动化控制的关键。 电镀生产线按照其工艺要求和规模一般设计有两台行车、三台行车和四台行车工作，每台行车都根据已编制好的各自的程序运行；对于行车的自动控制，早期是采用继电器逻辑电路和顺序控制器，发展至今其控制方式已采用可编程控制器PLC作为核心控制部件，其控制更为安全、可靠、方便、灵活，自动化程度更高。4.1工艺要求电镀生产有三个槽（实际应用还会多些），工件由装有可升降吊钩的行车带动，经过电镀、镀液回收、清洗等工序，完成工件的电镀全过程。工艺要求为：工件放入电镀槽中，电镀280s后提起，停放28s，让镀液从工件上流回镀槽，然后放入回收液槽中浸30s，提起后停15s，接着放入清水槽中清洗30s，最后提起停15s后，行车返回原位，一个工件的电镀过程结束。电镀生产线的工艺流程如图所示。280s清水槽回收液槽镀槽15s15s28s30s原位SQ6