【2017年整理】毕业论文资料

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1、2 PLC基本知识2.1 PLC概述2.1.1 PLC 的产生与发展1可编程控制器的名称演变PLC 是可编程控制器（Programmable Controller）的简称，是一种在继电接触器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等基本功能，主要用来取代传统的继电器控制，因此，通常将其称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） 。随着微电子技术和计算机技术的发展，微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、通信联网等功能。但是，为了不与个人计算机

2、（Personal Computer）的简称 PC 相混淆，常常还将可编程控制器简称为PLC。2PLC 产生的背景继电器控制系统的特点优点：简单易懂，操作方便，价格便宜，容易掌握。缺点：设备体积大，耗电多，开关动作慢，功能较少，接线复杂，触点易损坏，寿命短，改接麻烦，可靠性差，灵活性差。计算机控制系统的特点优点：功能完善，灵活性强，通用性好。缺点：计算机技术复杂，编程很不方便，价格十分昂贵，抗干扰能力差。3GM10 条1968 年，美国通用汽车公司(GM 公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置

3、，并提出了该装置的研制指标要求，即 10 项招标技术指标。其主要内容如下：编程简单，可在现场修改程序；维护方便，最好是插件式；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；可将数据直接送入管理计算机；在成本上可与继电器控制柜竞争；输入可以是交流 115V；输出为交流 115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀；在扩展时，原系统只需很小变更；用户程序至少能扩展到 4K。4PLC 的诞生1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，型号为 PDP-14，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功。 5PLC 的发展第一代：从第一台可编程控制器诞生到 70 年代初期。其特点是：C

4、PU 由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器； 第二代：70 年代初期到 70 年代末期。其特点是：CPU 采用微处理器，存储器采用 EPROM ；第三代：70 年代末期到 80 年代中期。其特点是：CPU 采用 8 位和 16 位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用 EPROM、EAROM 、CMOSRAM 等 ；第四代：80 年代中期到 90 年代中期。PC 全面使用 8 位、 16 位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到 1us/步 ；第五代：90 年代中期至今。PC 使用 16 位和 32 位的微处理器芯片，有的已使用 RISC 芯片。6PLC 的地位现代的 PLC 已

5、成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和 CADCAM）之一。7我国 PLC 的发展1974 年我国开始仿制美国的第二代 PLC 产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到 1977 年，我国才研制出第一台具有实用价值的 PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。由于使用单片 1 位处理器，因此，应用的规模较小，主要的控制方式是开关量控制。随着我国改革开放政策的贯彻和落实，从 1982 年开始，先后有天津、厦门、无锡、大连、上海、北京等地的仪表厂、无线电厂和研究所等单位与美国、德国、日本等 PLC 的制造企业进行了合资或引进技术、生产流水线等，使我国 PLC 的应用有了较大的发

6、展。2.1.2 PLC 的特点1编程方法简单易学考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯和应用微机的实际水平，PLC 配备有他们最容易接受和掌握的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图非常接近。而且某些仅有开关量逻辑控制功能的 PLC 只有十几条指令。通过阅读 PLC 的使用手册或短期培训，电气技术人员或技术工人只要几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。2硬件配套齐全，用户使用方便PLC 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定 PLC 的硬件配置和外部接线。PLC 的安装接线也很方

7、便。3通用性强，适应性强PLC 的生产具有系列化和模块化特点，硬件配置相当灵活，可以很方便地组成能满足各种控制要求的控制系统。组成系统后，如果工艺变化，可以通过修改用户程序，方便快速地适应变化。4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。PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。PLC 的平均无故障间隔时间高，如日本三菱公司的 F1、F2 系列 PLC 的平均无故障间隔时间长达 30 万小时，这是一般微机所不能比拟的。5系统的设计、安装、调试工作量少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、计数器等

8、器件，控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序很容易掌握，设计和调试梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。6维修工作量小，维修方便PLC 的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更换模块的方法可以迅速地排除 PLC 的故障。7体积小，能耗低以 F1-40M 型 PLC 为例，其外形尺寸为 305ll0110mm，功耗小于 25VA。由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。2.1.3 PLC 的应用领域1开

9、关量逻辑控制2运动控制3闭环过程控制4数据处理5通信联网2.1.4 PLC 的常用编程语言1梯形图梯形图是一种图形语言，是目前 PLC 应用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。在梯形图中仍沿用了继电器、线圈、常闭触点、常开触点、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触器控制中没有的符号，因此梯形图与继电接触器控制原理图相似，具有形象、直观、易懂等特点，如图 2-1 所示。图 2-1 梯形图与语句表 图 2-2 功能块图2语句表语句表语言，就是用表示 PLC 各种功能的助记符和相应的器件编号组成的程序表达方式。例如 LD I0.1 。像这样的每句助记符编程语言就是一条指令或程序。助记符

10、语言比微机中使用的汇编语言直观易懂，编程简单。但不同厂家制造的 PLC 所使用的助记符和器件编号不尽相同，所以对于同一个梯形图来说，写成对应的语句表也不尽相同。3功能块图这种编程方法基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑图来表达，常用“与”门、 “或”门、 “非”门等符号，图的左边画输入，右边画输出，如图 2-2 所示。4顺序功能图（又称状态转换图）它将一个完整的控制过程分成若干步，各步具有不同动作，各步之间的转换有一定的条件，条件满足则上一步结束而下一步开始。它的作用是表达一个完整的顺序控制过程。5结构文本（高级编程语言）随着软件技术的发展，近年来为了增加 PLC 的运算功能和数据处理能力，完成比

11、较复杂的控制，在许多大型 PLC 中已采用高级语言来编程，如 BASIC 语言、C 语言等。2.1.5 PLC 的流派1美国流派据不完全统计，现在世界上生产 PLC 及其网络的厂家有 200 多家，生产大约有 400 多个品种的 PLC 产品。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、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。2日本流派日本有 6070 家 PLC 厂商，也生产 200 多个品种的 PLC 产品；日本的小型 PLC 最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，

12、日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型 PLC 市场上，日本产品约占有 70的份额。3欧洲流派德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG 公司、法国的 TE 公司是欧洲著名的 PLC 制造商。德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。在中、大型 PLC 产品领域与美国的 A-B 公司齐名。西门子 PLC 主要产品是 S5、S7 系列。S7 系列是在 S5 系列 PLC 基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中 S7-200 系列属于微型 PLC、S7-300

13、 系列属于于中小型 PLC、S7-400 系列属于于中高性能的大型 PLC。2.2 PLC的结构和工作原理2.2.1 PLC 的基本结构PLC 实际上是一种工业控制计算机。它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、I/O 扩展机、外围设备三部分组成，如图 2-3 所示。1主机主机由 CPU（微处理器） 、存储器、输入输出单元、电源等部分组成。CPU 是 PLC 的核心，其作用类似于人的大脑。它能够识别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。PLC 的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程

14、序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。图 2-3 PLC 结构示意图这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进 EPROM 中，不能由用户直接存取、修改。用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用 PLC 的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图） ，可修改。输入输出（IO）单元是 PLC 与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件，输入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成 CPU 能接收和处理的数字信号。输出单元接收经过 CPU 处

15、理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量 I/O 单元、数字量 I/O 单元两大类。电源单元的作用是把外部电源（220V 的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过 PLC 内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源（直流 5 伏、12 伏、24 伏） ，并为外部输入元件（如接近开关、 ）提供 24V 直流电源（仅供输入端点使用） ，而驱动 PLC 负载的电源由用户提供。电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。

16、PLC 还有各种外设接口电路，用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成 PLC 的控制网络。PLC 通过 PC/PPI 电缆或使用 MPI 卡通过 RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。2I/O 扩展机每种 PLC 都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。PLC 扩展模块内不设 CPU，仅对 I/O 通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。3外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM 写入器、图形监控系统等。其中编程器是 PLC 必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视 PLC 的工作状态。