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4、统9七、PLC的编程方法11八、十字路口交通灯设计13九、小结19十、参考文献19 摘 要 PLC工作原理、特点和硬件结构，以三菱的PLC为例，介绍了PLC的编程组件与指令系统、梯形图的设计方法，以顺序功能图为基础的顺序控制设计方法和顺序控制编程方法。本论文举了一个十字交通信号灯控制系统的例子，通过这个例子，可以知道PLC的设计方法和设计的步骤。一、PLC的概述1985年，国际电工委员会（IEC）的PLC标准草案第三稿对PLC做出了如下义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存贮器，用来在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
5、的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的历史与发展 多年来，人们用电磁继电器控制顺序型的设备和生产过程。系统很复杂，查找排除故障往往非常困难，有时可能会花费大量的时间。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、品种多、规格高、低成本和高质量的产品，老式的继电器控制系统已经成为实现这一目标的巨大障碍。显然，在这种思想下，PLC迅速发展，并在工业上得到广泛的应用。 1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM）提出了研制PLC的基本设想，即：能用于工
6、业现场；能改变其控制“逻辑”，而不需要变动组成它的组件和修改内部接线；出现故障时，容易诊断和维修。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC。我国有不少厂家研制和生产过PLC，近年来国产PLC有了很大的发展，但是目前我国使用的PLC主要还是国外的品牌的产品。二、 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、和编程模块组成(见图1.1)。 2.1、CPU模块 CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要是由微处理器和存储器组成。CPU的作用类似人的大脑。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下的工作：输入处理、程序执行、输出处理。 2.2、I/O模块 I/O模块
7、是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。 2.3、编程设备与电源 编程设备用来生成、检查和修改用户程序，还可以用来监视用户程序的执行情况。手持式编程器一般不能直接输入和编辑梯形图。它的体积小携带方便，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场的调试和维护。三、 PLC的特点及应用领域 3.1、PLC的特点（1）编程方法简单易学（2）硬件配套齐全，用户使用方便（3）通用性和适应性强（4）可靠性高，抗干扰能力强（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小，能耗低 3
8、.2、PLC的应用领域 目前，PLC已经广泛地应用于所有的工业部门，随着PLC性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机控制设备的场合也可以使用PLC。PLC的应用领域不断的扩大，主要有以下几个方面：（1）、开关量的逻辑控制，这是PLC的最基本和最广泛的应用（2）、运动控制（3）、闭环过程控制（4）、数据处理（5）、通信联网 并不是所用的PLC都具有上述全部功能，有些小型PLC只具有上述部分的功能，但是价格较低。四 、PLC 的工作原理 PLC 是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路相似，梯形图中的某些编程组件也沿用了继电器这一名称。在介绍PLC的工作原理之前，首先简单
9、介绍继电器（物理继电器）的结构和工作原理。1、 继电器与逻辑运算 （1）继电器 继电器是一种用弱电信号控制输出信号的电磁开关，是继电器控制系统中的最基本的组件。其主要由电磁线圈，铁芯，触点和复位弹簧组成。其触点有常开和常闭两种，如下图所示。 继电器在控制系统中的作用：功率放大和电气隔离。（2）逻辑运算 在开关量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，它们分别用0和1表示。逻辑运算包括与，或，非三种逻辑关系。接触器的结构和工作原理与继电器基本相同。，区别仅在于继电器的触点的额定电流较小，而接触器可以控制大的电流负载。2、 PLC 的工作原理 PLC有两种工作模式，即运行模式和停止模式。在运行模式
10、，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时的响应可能随时变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP模式。除了读取外部输入信息，执行用户程序和将程序执行的结果送到输出模块之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理，通信服务等工作，一次循环分为5个阶段。PLC的这些周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。五个阶段：内部处理阶段：通信服务阶段：当PLC处于停止状态时，只执行以上的两步操作。当PLC处于运行模式时，还要完成另外3个阶段的操作。 输入处理阶段： 程序执行阶段： 输出处理阶段：五、PLC的编程语言现代
11、的PLC一般备有多种编程语言用户选用.不同厂家的PLC的编程语言有较大的区别,用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法.吸收了最终用户、厂家和学者的意见,IEC(国际电工委员会)1994年5月公布了PLC标准(IEC61131).该标准由以下5部分组成:通用信息、设备与测试要求、PLC的编程语言、用户指南和通信.其中的三部分是PLC的语言编程标准.IEC61131-3标准对厂家和用户都是有好处的,用户在使用新的控制系统时,可以减少培训的时间.对于厂家,使用标准可以减少产品开发的时间,因此可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求.IEC61131-3详细地说明了句法、语义和下述5种PLC编程语言
12、的表达方式:（1）、顺序功能图;（2）、梯形图;（3）、功能块图;（4）、指令表;（5）、结构文本.标准中的两种图形语言梯形图(LD)和功能块图(FBD),还有两种文字语言指令表(IL)和结构文本(SFC)是一种结构块控制程序流程图.如下：(1)顺序功能图(SFC)SFC提供了一种组织程序的图形方法,在SFC中可以用别的语言嵌套编程.步、转换和动作是SFC中的三种主要组件.步是一个逻辑块,即对应于特定的控制任务的编程逻辑,动作是控制任务的独立部分,转换是从一个任务到另一个任务的原因.梯形图(LD)梯形图是使用的最多的PLC图形编程语言.梯形图与继电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,很容易被工厂熟悉继电器的电气人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制.在编程软件中,用户程序可以在不同的编程语言之间切换.指令表(IL)由若干条指令组成的程序称为指令程序.PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式,小型的指令系统比汇编语言的简单得多,仅用20来条指令就可以实现开关量的控制.功能块图(FBD)这是一种似于数学逻辑电路
