大工本科plc控制研究论文

《大工本科plc控制研究论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大工本科plc控制研究论文（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 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： 电气工程及其自动化 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 内容摘要 在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可 替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，大规模和超大规模集成电路的迅速 发展，以16位和32位微处理器构成的微机化可编程控制器得到了惊人的发展，使 之在概念上、设计上、性能价格比等方面有了重大的突破。可编程控制器具有了 高速计数、中断技术、PID 控制等功能，同时联网通信能力也得到

2、了加强，这些 都使得可编程控制器的应用范围和领域不断扩大。 本文从可控编程器PLC的研究背景与意义出发，首先讨论了PLC的发展现状 与发展趋势，接着，详细讨论了PLC的定义和各种优点，PLC控制系统的特点和 生产厂家，进而研究了PLC控制系统的设计原则和主要步骤，最后，列举了PLC 控制的注塑料机控制系统的具体实现过程，熟悉了整个PLC控制系统的设计及硬 件和软件系统，文章具有一定的指导意义。 关键词：可控编程器；PLC；设计；注塑机控制系统 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.2 1.2.1 发展现状.2 1.2.2 发展趋势.2 1.3

3、本文的主要内容.3 2 PLC 简介.5 2.1 PLC 的定义和特点5 2.2 PLC 控制系统的构成6 2.3 PLC 工作原理8 2.4 PLC 主要生产厂家9 3 PLC 控制系统应用研究.11 3.1 PLC 控制系统设计原则及步骤11 3.2 PLC 控制系统应用举例15 4 结 论.32 参考文献.33 附 录.34 1 绪论 1.1 课题的背景及意义 PLC 是现今最常用的控制设备，几乎可以完成工业控制领域的所有任务。其 实，现在的 PLC 对模拟量也有很强的处理能力。所以在大多数工业控制系统中， PLC 已取代工控机（IPC）作为主控器来完对成复杂的工业自动控制任务。目前 世

4、界上着名的 PLC 生产厂家有美国的 AB 通用电气公司、日本的三菱、欧姆龙、 德国的西门子以及法国的施耐德等等。PLC 自产生后，生产厂家不断涌现，品种 不断翻新，为控制行业带来了新一轮的革命。 20世纪20年代起人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑 关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统的继 电接触器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满 足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是以各种 继电器为主要元件的电气控制线路可能需要成千只继电器来构成，需要使用成千 上万根导线来连接，安装这些继电器需要大量的

5、继电器控制柜，且占据大量的空 间。运行时，又产生大量的噪声，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行， 需要安排大量的电气技术人员进行维护。系统出现故障，排除故障又非常困难。 尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或控制柜，系统改造 的工作量极大。所以通用性和灵活性较差1。 到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展， 人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求，但由于价格高，输入、输出电 路不匹配和编程技术复杂等原因，一直未能得到推广应用。 20 世纪 60 年代末，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号 不断更新，它必然要求加工的生产线亦随之

6、改变，以及对整个控制系统重新配置。 为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，1968 年美国通用汽车制造公司 （GM）公开招标，对控制系统提出具体要求，归纳其要求，其核心是：该设备 要使用计算机技术，能让以前的电气技术人员很容易掌握的编程语言，该设备与 被控制设备连接方便，不需要使用特别的供电方式。 根据这些要求，美国数字设备公司（DEC 公司）于 1969 年研制开发出了 世界上第一台可编程序控制器 PDP-14,并在 GM 公司的汽车生产线上首次应用 成功。当时人们把它称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ， 简称 PLC,可编程序控制器由此诞

7、生。由于它主要用来取代继电接触器逻辑控制， 系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。 PLC 诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，日本、德国、法国等国 家也相继研制成各自的 PLC.PLC 自问世以来，经过近 40 年的发展，在美、德、 日、法等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂 家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。 1.2 发展现状及趋势 1.2.11.2.1 发展现状发展现状 目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC 已由最 初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化 PC，而且实现了多 处理

8、器的多通道处理。如今，PLC 技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和 体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远 程 I/O 和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使 PLC 向用于连续生产过程 控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。 现在，世界上有200多家 PLC 生产厂家，400多品种的 PLC 产品，按地域可 分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派 PLC 产品都各具特色。其中， 美国是 PLC 生产大国，有100多家 PLC 厂商，著名的有 A-B 公司、通用电气 （GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲 PLC 产品主要制造

9、商有德国的 西门子（SIEMENS）公司、AEG 公司、法国的 TE 公司。日本有许多 PLC 制造 商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG） 、LG 等，这些 生产厂家的产品占有80%以上的 PLC 市场份额。 经过多年的发展，国内 PLC 生产厂家约有三十家，国内 PLC 应用市场仍然 以国外产品为主。国内公司在开展 PLC 业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、 产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势。 1.2.21.2.2 发展发展趋势趋势 随着 PLC 应用领域日益扩大，PLC 技术及其产品结构都在不断改进，功 能日益强大，性价比越来越高。 （1）在产品

10、规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比 更高的小型和超小型 PLC。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高 速度、大容量、技术完善的大型 PLC 方向发展。随着复杂系统控制的要求越来越 高和微处理器与计算机技术的不断发展，人们对 PLC 的信息处理速度要求也越来 越高，要求用户存储器容量也越来越大。 （2）向通信网络化发展 PLC 网络控制是当前控制系统和 PLC 技术发展的潮流。PLC 与 PLC 之间的 联网通信、PLC 与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC 制造商都 在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强 PLC 的联网能力。各 PLC 制造商 之

11、间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC 已成为集散控 制系统（DCS）不可缺少的组成部分。 （3）向模块化、智能化发展 为满足工业自动化各种控制系统的需要，近年来，PLC 厂家先后开发了不少 新器件和模块，如智能 I/O 模块、温度控制模块和专门用于检测 PLC 外部故障的 专用智能模块等，这些模块的开发和应用不仅增强了功能，扩展了 PLC 的应用范 围，还提高了系统的可靠性。 （4）编程语言和编程工具的多样化和标准化 多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC 软件进步的一种趋势。 PLC 厂家 在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向 MAP(制造 自

12、动化协议)靠拢，使 PLC 的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语 言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。 1.3 本文的主要内容 本文研究的是 PLC 控制系统。 全文共分为五章，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； 第二章是 PLC 的简介，主要介绍了 PLC 的定义，优势以及 PLC 可控编程器 的组成，工作原理和生产厂家； 第三章是全文的重点，只要介绍了 PLC 控制系统设计时应注意的主要问题， 主要探讨了设计原则和设计步骤； 第四章举出 PLC 控制系统应用的一个例子，即 PLC 控制的恒压无塔供水系 统的具体实

13、现过程，对 PLC 控制系统的设计更加熟悉； 第五章是全文的总结。 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。 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

14、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

15、 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

16、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 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