知識競賽搶答器PLC設(shè)計畢業(yè)論文.doc

無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書1第一章概述可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來越廣泛。可編程控制器(ProgrammableLogicController)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時，計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。美國電氣制造商協(xié)會經(jīng)過4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（ProgrammableController），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（PersonalComputer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC。長見的幾種PLC如下圖1-1所示：圖1-1三種常見的PLC1.1PLC的簡介國際電工委員會（IEC）于1987年對PLC定義如下:PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時,計數(shù)和算術(shù)等操作,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能的原則設(shè)計。事實上,PLC就是以嵌入式CPU為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人,計算機(jī)幫助設(shè)計與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。1.2PLC的用途與特點(diǎn)1.2.1PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書2紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過程控制PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（ProportionalIntergralDerivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng)為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計算機(jī)之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。1.2.2PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書3微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁波干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達(dá)到了幾十萬小時。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個PLC裝置有、用于不同的控制對象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。（3）編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎，近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語言，也稱功能圖，使編程更加簡單方便。（4）功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng)PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟件，可輕松地實現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機(jī)群，許多生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便PLC中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計人員只要一臺PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計可在實驗室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調(diào)試，工作量很大且繁難。（6）維修方便，維修工作量小PLC具有完善的自診斷，履歷情況存儲及監(jiān)視功能。對于內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。（7）結(jié)構(gòu)緊湊體積小、重量輕，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書41.3PLC的分類1.3.1按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類一般來說，PLC處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求PLC的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為三類。（1）小型機(jī)小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總數(shù)在256點(diǎn)一下，用戶程序存儲器容量在4K字一下?，F(xiàn)在的高性能小型機(jī)還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類PLC價格低廉，體積小，適合于控制單臺設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200系列，MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。（2）中型機(jī)中型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256-2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲器容量達(dá)到2-8K字。中型機(jī)PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制場合。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產(chǎn)品。（3）大型機(jī)大型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲器容量達(dá)到8-6K字。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機(jī)相當(dāng)，他具有計算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力。他的監(jiān)視采用CRT顯示，能夠表示過程動態(tài)流程，紀(jì)錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖；他配備多種智能板，構(gòu)成一個多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的PLC互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒有嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展