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1、摘要可编程控制器（PLC）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。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。本课程设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原
2、理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。用西门子公司S7-200系列的PLC，设计了一个简单平移自动门的自动门控制系统。该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。目 录第1章 PLC的发展史 41.1 PLC的起源 41.2 PLC的诞生 41.3 发展趋势 4第2章 控制任务 52.1 课题的控制任务 52.1.1课题内容 52.2 控制要求 5第3章 PLC的功能及特点 63.1 plc的功能 63.2 plc的主要特点 6第4章 PLC的选型 74.1 PLC容量的选择 74.2 PLC及外设型号的选择 84.3 I/O地址的分配 8第5章 功能器件的基本工作原理 9
3、5.1 自动感应门机的基本工作原理 5.2 限位开关的工作原理 5.3 光电开关介绍 第6章 电气原理图 6.1 方案说明 6.2 程序流程图 126.3 继电器接触控制图 136.4 plc控制输出输入接线 13第7章 系统程序设计 147.1 梯形图 147.2 操作说明 15总 结 16参考文献 17第1章 PLC的发展史1.1 PLC的起源PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制人物。随着微电子技术、计算机技
4、术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。1.2 PLC的诞生1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功，这标志着PLC第一次进入人们的视野1969年，美国研制出世界第一台PDP-141971年，日本研制出第一台DCS-81973年，德国研制出第一台PLC1974年，中国研制出第一台PLC1.3 发展趋势PLC作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。PLC在60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，
5、最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量的控制领域，广泛的应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其他行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：1）微型、小型PLC功能明显增强跟多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、微型PLC。三菱的FXOS14点，其尺寸仅为58mm89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使PLC的应用领域扩大到院里工业控制的其他行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。2）集成化发展趋势增强由于控制内容的复杂化
6、和高难度化，使PLC向集成化方向发展，PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等，并强化了通讯功能和网络化，尤其以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成，即将计算机、PLC及操作人员的人一机接口结合在一起，使PLC能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。3）向开放性转变PLC曾存在严重的缺点，主要是PLC的软、硬件体系结构式封闭的而不是开放的，绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，单各公司的组态、寻址、语言结构不一致，使各种
7、PLC互不兼容。国际电工协会（IEC）在1992年颁布了IEC1131-3可编程程序控制器的编程软件标准，为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。第2章 控制任务2.1 课题的控制任务2.1.1课题内容： 1自动门控制装置的硬件组成： 自动门控制装置由门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，开门执行机构KM1（使直流电动机正转），关门执行机构（使直流电动机反转）等部件组成。2.2 控制要求：1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K
8、1或k2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关K4位置时，电机停止运行。3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入关门程序。4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。第3章 PLC的功能及特点3.1 plc的功能1）数据采集与输出。2）控制功能 包括顺序控制、逻辑控制、定时、
9、计数等。3）数据处理功能 包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4）输入/输出接口调理功能 具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5）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I/O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、数据文文件转移、监视和诊断。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
10、端和远程端也可以采用PLC作现场机。6）支持人机界面功能 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，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7）编程、调试等，并且大部分支持在线编程。3.2 plc的主要特点1) 可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020万h，且均有完善的自诊断功能。2) 结构形式多样，模块化组合灵活 有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。3) 功能强大。4) 编程方便 控制具有极大灵活性。
11、5) 适应工业环境 适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。6) 安装、维修简单。7) 与DCS相比，价格低。8) 当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。第4章 PLC的选型当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成了最重要的事情，一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC及外设。4.1 PLC容量的选择对PLC容量的选择问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型。控制系统
12、输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器，电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择先同等级的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲数出，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC了。根据本课程设计的题目及要求可知门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2,开门到位限位开关K3,关门到位限
13、位开关K4,都是输入触点，所以该系统共有开关量输入点4个。另外，该系统还有开门执行机构KM1，(使直流电动机正转)，关门执行机构KM2（使直流电动机反转），短接启动电阻接触器KM3等都是输出触点，所以该系统共有开关量输出点3个。又根据课题要求可知PLC选用输入电源为24VDC，输出电源也是24VDC,选择输出口器件类型为Relay即继电器的PLC。4.2 PLC及外设型号的选择对于PLC及外设型号的选择问题，则有以下几个方面要考虑：1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC，PLC与智能仪表及上位机之间有灵活
14、方便的通讯要求；或对PLC的计算速度，用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。2）价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似，质量相当，I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因素。3）个人喜好方面 有些工程技术人员对某些品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情感有时也会成为选择的理由。4.3 I/O地址的分配输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图，装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表3-1名称代码地址编号 输 入 信 号门内光电探测开关K1I0.2门外光电探测开关K2I0.1开门到位限位开关K3I0.3关门到位限位开关K4I0.4输 出 信 号开门执行机构KM1Q0.0关门执行机构KM2Q0.1短接启动电阻接触器KM3Q0.2第5章
