太原理工大学硕士研究生学位论文

可编程控制器 (ProgramlnableLogicContr。11er，简称PLC)，是一种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC的主要特点1)灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制装置是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电气控制图，由人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上少许变化，需要改变电气控制系统时，原先整个电气控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，耗费大量人力、物力、和时间。而PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。而且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。2)可靠性高、抗干扰能力强绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。针对PLC是专为在工业环境下应用而设计的，故采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。硬件方面，隔离是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出电路一般用光电祸合器来传递信号，使外部电路与CPU之间无电路联系，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时，还可以防止外部高电压窜入CPU模块。滤波是抗干扰的另一主要措施，在PLC的电源电路和1/0模块中，设置了多种滤波电路，对高频干扰信号有良好的抑制作用。软件方面，设置故障检测与诊断程序。采用以上抗干扰措施后，一般PLC平均无故障时间高达4万~5万h。3)编程简单、使用方便PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与汇编语言相比，虽然增加了解释程序和程序执行时间，但对大多数机电控制设备来说，PLC的控制速度还是足够快的。此外，PLC的1/0接口可直接与控制现场的用户设备联接。如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。4)控制系统的设计、安装、调试和维修方便PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器太原理工大学硕士研究生学位论文等部件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机统调。在维修方面，PLC的故障率很低，且有完善的诊断和实现功能，一旦PLC外部的输入装置和执行机构发生故障，就可根据PLC上发光二极管或编程器上提供的信息，迅速查明原因。若是PLC本身问题，则可更换模块，迅速排除故障，维修极为方便。5)功能强PLC不仅具有条件控制、记时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制。可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线。可用于现场控制，也可用于远距离控制。可控制简单系统，又可控制复杂系统。6)体积小、质量小、功耗低由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，因而结构紧凑，坚固体积小，质量小，功耗低，而且具有很好的抗震性和适应环境温度、湿度变化的能力。因此，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化较理想的控制设备。的主要功能PLC是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，.在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(C工MS)内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替代传统的继电器逻辑。PLC系统一般由以下基本功能构成:.多种控制功能.数据采集、存储与处理功能.通信联网功能.输入/输出接口调理功能.人机界面功能.编程、调试功能1)控制功能逻辑控制:PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。定时控制:它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定:接通延时、关断太原理工大学硕士研究生学位论文延时和定时脉冲等方式。计数控制:用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。顺序控制:在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。2)数据采集、存储与处理功能数学运算功能包括:.基本算术:加、减、乘、除。.扩展算术:平方根、三角函数和浮点运算。.比较:大于、小于和等于。数据处理:选择、组织、规格化、移动和先入先出。模拟数据处理:PID、积分和滤波。3)输入/输出接口调理功能具有A/D，D/A转换功能，通过1/0模块完成对模拟量的控制和调节精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。4)通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程1/0控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门子57一200的ProfibuS现场总线口，其通信速率可以达到12MbPS。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。5)人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息;允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。实现人机界面功能的手段:从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。太原理工大学硕士研究生学位论文6)编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。