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1、南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 1 页 共 19 页1 绪言1.1 课题背景现在许多小的加工企业仍然采用最原始的生产方法，即人工操作。在现在实习的单位，生产车间的工人在往投料机里添加原材料时，要负重爬到机器上进行投料操作，费时又费力。PLC 可编程控制系统可以解决这个问题。在现在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序起动，并按照逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM 公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成
2、电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段用于电气控制，这就是第一代可编程控制器，称 Programmable Controiier （PC） 。个人计算机发展起来后，为了方便，也为了反映编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为 ProgrammabieLogic Controiier (PlC)， 现在，仍常常将简称。1.2 课题研究的目的和意义学会用解决一个实际的问题的思路。熟悉指令的功能。掌握程序设计中起保停电路，自锁电路和互锁电路的设计方法。1.3 国内外概况世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的
3、PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 2 页 共 19 页数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可
4、编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种
5、各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州
6、电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 3 页 共 19 页1.4 PLC 的优点及未来展望 PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PL
7、C 标准草案中对 PLC 下定义：“PLC 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。 ”一、PLC 的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。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。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC
8、 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低,此外，PLC 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。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制
9、场合.除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。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，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 4 页 共 19 页编程语言易于为工程技术人员接受。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
10、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。由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。二、PLC 的应用领域目前，P
11、LC 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 产配
12、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，早期直南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 5 页 共 19 页接用于开关量 I/O 模块连接位和执行机构，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单轴或多轴位置控世界上各主要 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 能编制各种各样控制算法程序，完成闭环控
13、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、热炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）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、功能，可以完成数据的采集、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
14、制系统。（6）通信及联网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 都具有通信接接口,通信非常方便。三、PLC 的展望21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场
15、合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 6 页 共 19 页垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用
16、。2 系统设计方案的研究2.1 运料小车的运动流程右行装料卸料 左行2.2 设备控制要求运了小车启后向左行，到左端停下装料，20S 后装料结束，开始右行，到右动端停下卸料 10S 后卸料完毕，又开始左行，如此反复循环，直到按下停止按钮，小车才停止工作。南通农业职业技术学院学生毕业论文梁茹：PLC 在运料车电气控制系统中的应用 正文第 7 页 共 19 页2.3 运料小车往返控制系统的实现原理生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的启动，这就要求拖动电动机能正、反向旋转。由电动机原理可知，改变电动机三相电源的相序，就能改变电动机的转向。按下启动按钮 SB1，输出继电器 X3 接通，内部辅助继电器 Y0 接通并自锁，用作小车允许小车控制。同时，输出继电器 Y1 接通并自锁，左行接触器 KM1 接通，使小车向左运动，当碰到左端行程开关 SQ1 时，输入继电器 X1 常闭接触点断开，使输出继电器 Y1 断开，左行接触器 KM1 断电，小车停止运动
