PLC在工業(yè)自動化中的應用及發(fā)展

1、PLC在工業(yè)自動化中的應用及發(fā)展系 部： 班 級： 學生學號： 學生姓名： 指導教師：2012 年 11 月 9 日標題、摘要、關鍵詞2第一章 可編程序控制器概述（ PLC）31.1 PLC 的定義31.2 PLC 的產(chǎn)生31.3 PLC 的結(jié)構(gòu)及分類31.4 PLC 的工作原理41.5 PLC 編程7第二章 PLC 的現(xiàn)狀92.1 PLC 的來源92.2典型的PLC產(chǎn)品102.3 PLC 在我國的應用102.4 PLC 發(fā)展的重點11第三章PLC技術的應用133.1 PLC 工業(yè)自動化應用133.2 PLC 應用中需要注意的問題工作環(huán)境和抗干擾14第四章PLC實際應用舉例174.1接觸器聯(lián)鎖

2、正反轉(zhuǎn)控制使用 PLC控制174.2復合聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)能耗制動使用 PLC控制184.3斷電延時型星角降壓啟動能耗制動控制使用 PLC控制 20 第五章PLC的發(fā)展趨勢和前景225.1 PLC 在工業(yè)領域應用的發(fā)展趨勢225.2 PLC 的前景22參考文獻27摘要在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機 的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設定與控制等，而 PLC 技術是解決上述問題的最有效、 最便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領域得到了廣泛 的應用。一直以來，可編程序控制器簡稱PLC在工業(yè)自動化控制方面發(fā)揮著巨大作用， 為各種各樣的自動化控制設備提供了

3、廣泛、可靠的控制應用。PLC主要能夠為自動化控制應用提供安個可靠和比較完善的解決方案， 適合當前自動化工業(yè)企業(yè)的需要。 隨 著計算機技術和通信技術的發(fā)展，工業(yè)控制領域有了翻天覆地的變化， 而PLC不斷地 采用新技術以及增強系統(tǒng)的開放性，在工業(yè)自動化領域中的應用范圍不斷擴大。 PLC 將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現(xiàn)單機、車間、工廠自動 化的核心設備，其具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便等 諸多優(yōu)點。 隨著技術的進步， 其控制功能由簡單的邏輯控制、 順序控制發(fā)展為復雜的 連續(xù)控制和過程控制，成為自動化領域的三大技術支柱。特別是在機器人、 CAD/CAM

4、 方面有著廣泛的應用，主要應用的技術領域有：順序控制、過程控制、位置控制、生 產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、結(jié)合網(wǎng)絡技術等。把PC中的技術，如視窗操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡等向PLC領域融合、滲透和集成的技術稱為 PLC的商業(yè)技術。近年來PC在自動化中的 應用領域也在擴大（如用計算機的CNC和DCS等），把PC技術作為一種補充技術用于 PLC中，集成起來，目的是嵌入應用，是軟控制器，能實現(xiàn)實時延伸，它只用廉價的 芯片組就可進行浮點運算。關鍵詞：1.可編程序控制器（ PLC）； 2. 控制； 3. 自動化； 4. 發(fā)展； 5. 應 用；第一章 可編程序控制器概述1.1 定義可編程序控制器又稱 PLC國際電工委員會(I

5、EC)于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三 稿。在草案中對可編程控制器定義如下： “可編程控制器是一種數(shù)字運算 操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存 儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術 運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類 型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與 工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計” 。1.2 PLC 的產(chǎn)生在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 大量的開關量順序控制， 它按照邏輯條件進行順 序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制及大量離散量的數(shù)據(jù) 采集。傳統(tǒng)上，這些功能

6、是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年 美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字 公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的 手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller(PC) 。個人計算機(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控 制 器 的 功 能 特 點 ， 可 編 程 序 控 制 器 定 名 為 Programmable Logic Controller(PLC) 。上世紀80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直 保持為3040%在這時期，PLC在處理

7、模擬量能力、數(shù)字運算能力、人 機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在 某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。1.3 PLC 的組成及分類從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包 括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不 可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、 底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。分類：1、小型 PLC小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊， 整個硬件融為一體，除了開關量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O

8、 以及 其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術運 算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。2、中型 PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在2561024點之間。I/O 的處理方式除了采用一般 PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處 理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián) 接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量 更大，掃描速度更快。3、大型 PLC一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC大型PLC的軟、硬件 功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng) 的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，

9、實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU勾成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。1.4 PLC 的工作原理最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控 制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器 的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點 （包括其常開或常閉觸點 ） 在繼4電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作(2) PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式， 即如果一 個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或 常閉觸點 ) 不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除

10、二者之間由于運行方式不同而造成的差異， 考慮到繼電器控 制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms以上，而PLC掃描用戶程序的 時間一般均小于100ms因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的 運行方式-掃描技術。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，PLC與繼 電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。掃描技術當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用 戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。(1) 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 并

11、將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用 戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā) 生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此， 如果 輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保 證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2) 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程 序(梯形圖) 。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各 觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的 控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在 系統(tǒng)RAM存

12、儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中5對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù) 不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí) 行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用； 相反， 排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃 描周期才能對排在其上面的程序起作用。(3) 輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映

13、象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸 出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是 PLC的真正輸出。這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣，但在 PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對 M牟勺刷新；程序2要用四次掃 描周期，才能完成對M的刷新。這兩個例子說明： 同樣的若干條梯形圖， 其排列次序不同， 執(zhí)行的結(jié) 果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器 控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當然，如果掃描周期所占 用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃 描周期等于

14、自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有 時間的總和。它是一種圖形語言， 沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、 線圈、串聯(lián)等 術語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。PLC的I/O響應時間為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入 端都采用光電隔離等技術。 為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩 個主要原因，使得PLC得 I/O響應比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系 統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周 期甚至更長。所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系

15、 統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。其最短的 I/O 響應時間與最長的 I/O 響應時間。1.5 PLC 的編程PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成 機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用 PLC 的程序語言編制的應用程序 （ 也就是邏輯控制 ） 用來實現(xiàn)各種控制。標準語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點：梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開 關也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點

16、或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、 計數(shù)器、 寄存器等均不能直接控制外部負載， 只能做中 間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中 的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條 件使用。1、認識梯形圖和繼電器控制原理圖符號的區(qū)別：落統(tǒng)答稱讎電器揑 制電蹟圏帛開觸點常閉址點-U-PLC繼電器控制原理圖中的元件符號， 有常開觸點、常閉觸點和線圈，為 了區(qū)別它們，在有關符號邊上標注如 KM KA KT等以示不同的器件，但 其觸頭的數(shù)量是受到限制。而 PLC梯形圖中，也有常

17、開、常閉觸點，在 其邊上同樣可標注X、Y、M S、T、C以示不同的軟器件。它最大的優(yōu)點 是：同一標記的觸點在不同的梯級中，可以反復的出現(xiàn)。而繼電器則無 法達到這一目的。而線圈的使用是相同的，即不同的線圈只能出現(xiàn)一次。2、編程元件的分類：編程元件分為八大類，X為輸入繼電器、丫為輸出繼電器、M為輔助 繼電器、S為狀態(tài)繼電器、T為定時器、C為計數(shù)器、D為數(shù)據(jù)寄存器和 指針（P、丨、N）。關于各類元件的功用，各種版本的 PLC書籍均有介紹， 故在此不介紹，但一定要清楚各類元件的功能。3、編程元件的指令由二部分組成：女口 LD（功能含意）X000（元件地址），即LD X000，LDI 丫0004、熟識P

18、LC基本指令：LD（取）、LDI（取反）、OUT輸出）指令；LD（?。DI（取反）以電工的 說法前者是常開、后者為常閉。這二條指令最常用于每條電路的第一個 觸點（即左母線第一個觸點），當然它也可能在電路塊與其它并聯(lián)中的第 一個觸點中出現(xiàn)。第二章 PLC 的現(xiàn)狀2.1 PLC 的來源1、在制造工業(yè) (以改變幾何形狀和機械性能為特征 )和過程工業(yè) (以物 理變化和化學變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征 ) 中，大量的開關量順序控 制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作 的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電 氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM通用汽車

19、)公司提出取代繼電氣控 制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技 術的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程 序控制器，英文名字叫 Programmable Controller(PC) 。2、 隨著電子技術和計算機技術的發(fā)生，PC的功能越來越強大，其概 念和內(nèi)涵也不斷擴展。3、 上世紀80年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC為了方便， 也為了反映或可編程控制器的功能特點，美國 A-B 公司將可編程序控制 器定名為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller(PLC) ， 并將“ PLC作為其產(chǎn)品的注冊商標?，F(xiàn)在，

20、仍常常將 PLC簡稱PC4、上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長 率一直保持為3040%在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能 力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領 域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng).5、 近年，工業(yè)計算機技術(IPC)和現(xiàn)場總線技術(FCS)發(fā)展迅速，擠 占了一部分PLC市場，PLC增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化 控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。6、 目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應用 在汽車(23%)、糧食加工 (16.4

21、%) 、化學/制藥(14.6%) 、金屬/礦山(11.5%) 、 紙漿/ 造紙(11.3%) 等行業(yè)。2.2 典型的PLC產(chǎn)品1、國外施耐德公司， Quantum、Premium Momentun等；羅克韋爾 （A-B 公司）， SLC、 MicroLogix 、 Control Logix 等；西門子公司， SIMATIC S7-400/300/200 系列；GE公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。2、國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品， 還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。2.3 PLC在我國的應用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面非常弱，但在PLC應用方

22、面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入應用的行業(yè)也很廣。10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，在我國，一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別（但不絕對，國外分類 有些區(qū)別 ） ：微型： 32 I/O小型： 256 I/O中型： 1024 I/O大型： 4096 I/O巨型：8192 I/O在我國應用的PLC系統(tǒng)中，I/O 64點以下PLC銷售額占整個PLC的 47% 64點256點的占31% 合計占整個PLC銷售額的78%在我國應用的PLC幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài) 勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設備單體自動化

23、及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC 居多。歐美PLC在網(wǎng)絡和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC在靈活性和價10位方面占優(yōu)勢我國的PLC供應渠道，主要有制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、 OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達到 最終用戶的。2.4 PLC發(fā)展的重點1、人機界面更加友好PLC制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提 高了其軟件水平，多數(shù) PLC品牌擁有與之相應的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件， 軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和維護降 低了成本，使更易形成人機友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC+網(wǎng)絡+ IPC+CRT的模式被廣泛應用。2

24、、網(wǎng)絡通訊能力大大加強PLC廠家在原來 CPU模板上提供物理層 RS232/422/485接口的基礎 上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡。由于近來數(shù) 據(jù)通訊技術發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場總線技術及以太 網(wǎng)技術也同步發(fā)展。如羅克韋爾 A B公司主推的三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)體系，即 EtherNet 、 ControlNet 、 DeviceNet ，西門子公司在 Profibus-DP 及 Profibus-FMS 網(wǎng)絡等。3、開放性和互操作性大大發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群 雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標準，兼容性很差，這給用戶使用帶來

25、 不便，并增加了維護成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認識， 形成了長時期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的進程， 可以從以下方面反映：1）IEC 形成了現(xiàn)場總線標準，這一標準包含 8 種標準，雖然有人說， 多種標準就是沒有標準，但必竟是一個經(jīng)過困難的爭論與妥協(xié)的成果。11標準推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應這些標準，或者開發(fā)與之相 應的新產(chǎn)品。2) IEC制訂了基于 Windows的編程語言標準IEC61131-3,它規(guī)定了指 令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文 本(ST)五種編程語言。這是以數(shù)字技術為基礎的可編程序邏輯控制裝置

26、在高層次上走向開放性的標準化文件。雖然 PLC開發(fā)上各工具仍不兼容， 但基于這些標準的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應用過程中，可以較方便地適不 同品牌的產(chǎn)品。3) OPC基金會推出了 OPCQLEor Process Control)標準，這進一步 增強了軟硬件的互操作性，通過 OPC 致性測試的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)方便 的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù) PLC軟件產(chǎn)品和相當一部分儀表、執(zhí) 行機構(gòu)及其它設備具有了 OPC功能。OPC與現(xiàn)場總線技術的結(jié)合，是未來 控制系統(tǒng)向FCS技術發(fā)展的趨勢。4、PLC的功能進一步增強，應用范圍越來越廣泛。PLC的網(wǎng)絡能力、模擬量處理能力、運算速度、內(nèi)存、復雜運算能力 均大大增

27、強，不再局限于邏輯控制的應用，而越來越應用于過程控制方 面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領域，PLC均有成功能應用，PLC在相 當多的應用取代了昂貴的 DCS從而使原來PLC順序控制)+ DCS過程控 制)的模式變成PLC+ IPC模式。5、工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對 PLC有重要影響。 以太網(wǎng)應用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進控制領域。目前的挑戰(zhàn)在于 1) 硬件上如合適應工業(yè) 惡劣環(huán)境； 2) 通訊機制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進入工控領域， 還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應用卻日益增多，適應這一過程， 各PLC廠商紛紛推出適應以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品第三章

28、PLC 技術的應用3.1 PLC 工業(yè)自動化應用自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC有的是集中安裝在控制室，有 的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路 和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但 PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而 設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件 措施，故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可 靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成 電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技 術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)

29、的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU勺PLC的平均無故障工作時間則更 長。從PLC的機外電路來說，使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼 電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一， 故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時 可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故 障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保 護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、 機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)

30、，使用 情況大致可歸納為如下幾類 :開關量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳 統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制， 也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組 合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等；模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn) 過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等13都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog） 和數(shù)字量（Digital ）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套 的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制；運動控制： PLC可以

31、用于圓周運動或直線運動的控制。 從控制機構(gòu)配置來說，早期直 接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用 的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制 模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于 各種機械、機床、機器人、電梯等場合 ;過程控制 :過程控制是指對溫度、 壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用 得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具 有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制

32、在冶金、 化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用；數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作， 也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處 理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程 控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)；通信及聯(lián) 網(wǎng)：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算 機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重

33、視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.2 PLC 應用中需要注意的問題工作環(huán)境和抗干擾溫度PLC要求環(huán)境溫度在055C，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，14四周通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果 周圍環(huán)境超過55C，要安裝電風扇強迫通風。濕度為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于 85%無凝露）。震動應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù) 振動。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠 等。空氣

34、避免有腐蝕和易燃的氣體， 例如氯化氫、 硫化氫等。 對于空氣中有較 多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC安裝在封閉性較好的控制室或控 制柜中，并安裝空氣凈化裝置。電源PLC供電電源為50Hz、220（1 士 10%）V的交流電，對于電源線來的干 擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干 擾特別嚴重的環(huán)境， 可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為 1：1 的隔離變壓器， 以減少設備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。FX系列PLC有直流24V輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器（如光電開關 或接近開關）提供直流24V電源。當輸入端使用外接直流電源時，應選用 直流穩(wěn)

35、壓電源。因為普通的整流濾波電源， 由于紋波的影響， 容易使 PLC 接收到錯誤信息。PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備， 不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內(nèi)。PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模 擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應15以防小于屏蔽層電阻的 1/10 。PLC基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應單獨敷設,止外界信號的干擾。第四章PLC實際應用舉例PLC在自動化控制領域占據(jù)著非常重要的地位，下面我們用幾個常用的電路來舉例，更好的了解 PLG4.1 接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制使用PLC控制QI0E ICO

36、S X&03 TCOQ IQOlTWOflLJ=叭 OKAK1ANL呼 i j號.AMIX0()3D001 YOQi YGQOT_HH_WOXQ01 1001 工000 TOGO TC02 T_S_W-TQQlHHXQQ2 TOHI -KHPYD1-oY0079-o胃展 0. LDXOOU1 . OR YOM2. ANIX0023. ANI XOQ14. ANI Y0015. ANIYUOZ6. OUT Y0007. LDX001OR YDO19.ANi X00210.ANI X00011,ANII 00012.ANI Y00213.OUT 001yLD X00215,OR YM216.ANI

37、 TO17uOUT Y002OUT TO K 4019-END本圖為正反轉(zhuǎn)能耗制動控制改為用PLC控制，其工作原理是：當按接于外部的正轉(zhuǎn)按鈕SB1驅(qū)動第一梯級X000常開接點閉合（而第二梯級中 的X000常閉接點則同時斷開，切斷可能運行中的反轉(zhuǎn)功能，起了互鎖作 用），通過串接于其后的 X002、X001、Y001、Y002 各接點的常閉，接通 了 Y000輸出繼電器線圈使其閉合，由于 Y000線圈的閉合，導至第一梯 級的并接于母線側(cè)的Y000常開接點閉合，形成了 Y000的自保（同時串接 于第二梯級的，Y000常閉接點斷開，保證了在正轉(zhuǎn)的情況下不允許反轉(zhuǎn)， 起了互鎖的作用 ）。由于 Y000

38、的閉合，接通了正轉(zhuǎn)接觸器，帶動電動機 工作。第二梯級的工作則與第一梯級相似：即按外部反轉(zhuǎn)按鈕SB2驅(qū)動 第二梯級 X001 常開接點閉合 （而第一梯級中的 X001 常閉接點則同時斷 開，切斷可能運行中的正轉(zhuǎn)功能，起了互鎖作用） ，通過串接于其后的X002、XOO0 Y000 Y002各接點的常閉，接通了 Y001輸出繼電器線圈使 其閉合，由于 Y001 線圈的閉合，導至第二梯級的并接于母線側(cè)的 Y001 常開接點閉合形成了自保 （同時串接于第一梯級的 Y001 常閉接點斷開， 保證了在反轉(zhuǎn)的情況下不允許正轉(zhuǎn)，起了互鎖的作用 ）。由于 Y001 的閉 合，接通了反轉(zhuǎn)接觸器，帶動電動機工作。若要

39、停止，則按外部按鈕 SB3 驅(qū)動了第三梯級的 X002 常開接點的閉合 （ 同時第一梯級和第二梯級的 X002常閉接點斷開，切斷了正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的工作。）通過定時器T0的常閉 接點，接通了輸出繼電器線圈Y002和定時器T0線圈，由于Y002的接通， 其并接于第三梯級母線一側(cè)的常開接點Y002閉合，形成了 Y002線圈的自保（ 在這同時串接于第一梯級和第二梯級的 Y002 的常閉接點斷開，再 次可靠切斷了正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），從而Y002接通了外接接觸器KM3而KM3則 向電動機送入了直流電進行能耗制動。上述的定時器與Y002是同時閉合， 定時器在閉合的瞬間即開始計時，本定時器計時時間為4S（計算方法：T0

40、 的單位時間為100ms而K值設定為40則:100X 40= 4000ms1S= 1000ms）, 4S時間一到，串接于第三梯級的常閉接點 T0斷開，運行則停止。本梯形 圖沒設置熱繼電器，可在第一、第二梯級的 Y000 和 Y001 的線圈前端設置常閉接點X003,外部則接FR的常開接點。同理這線路由于是正反轉(zhuǎn)線 路，在其外部應考慮進行必要的接觸器輔助接點的聯(lián)鎖。4.3斷電延時型星角降壓啟動能耗制動控制使用PLC控制X.OBO XD01yodo |Tl T0i V002 YOCJClOT003 DO-fl XD01 T0Q3T 卜 | I FR-rfiiiaYAPI1 14. OUT173 1

41、SB Oit1 號.AW1 20. AWI3 1. QIFTZZ. LD TH.血H叨.ARI TOQIl TOQQ TaK4O TO TQOZ XOOI YO00 0” XG01 roos Tl rooj TlK4OPLC沒有斷電延時型定時器，只有通電延時型定時器。本梯形圖的工 作原理：當外接啟動按鈕SB2按下，驅(qū)動第一梯級X000的常開接點閉合, 通過串接其后的X001、T1、TO、Y002的常閉接點，接通輸出繼電器，由 于Y000線圈的閉合，促使第一梯級第一支路中的并聯(lián)常開觸點閉合形成 Y000線圈自保，至使Y000驅(qū)動的接觸器KM3閉合將電動機繞組接成星形。在這同時，第二梯級中的左母線

42、一側(cè)的常開觸點 Y000 閉合，通過串接其 后的X001、Y003的常閉接點接通了輸出繼電器 Y001和另一支路經(jīng)Y002 常閉接點相串的定時器線圈TO（K值為40）。由于Y001線圈的閉合使與本 支路相并的母線一側(cè)Y001閉合形成了 Y001線圈自保。由于Y001線圈的 閉合，接于Y001后的外部接觸器KM1閉合，電動機處于星接啟動狀態(tài)。 在Y001閉合的同時定時器T0也已開始計時，4S后定時器T0常閉接點， 在第一梯級中切斷了輸出繼電器 Y000線圈，解除了星接。而在這同時， 第三梯級中左母線一側(cè)的 T0 常開接點閉合， 通過串接其后的 X001、 Y000 的常閉接點，接通了輸出繼電器Y

43、002。由于Y002的接通，并接于左母線 一側(cè)的Y002閉合，使Y002線圈形成自保。Y002線圈后所接的接觸器KM2 接通，完成了星角轉(zhuǎn)換，使電動機進入了角接狀態(tài)。第一梯級中與第三 梯級中所串接的 Y002 和 Y001 常閉接點實質(zhì)是星與角的互鎖。停止按外 接停止按鈕SB1,從梯形圖中可以看出由SB1驅(qū)動的第一梯級、第二梯級 和第三梯級均串接了 X001 的常閉觸點，其目的是讓電動機在任一運行狀 態(tài)，均能可靠停止。而在第四梯級 X001 接的是常開觸點，其一旦閉合， 通過串接其后的定時器常閉接點，接通了輸出繼電器Y003線圈和定時器T1線圈，由于Y003線圈的閉合，其并接于第一梯級第二支路

44、中的Y003常開接點接通了 Y000線圈，驅(qū)動KM3閉合，使電動機的處于星接狀態(tài)， 以提供直流通道。在線圈Y003閉合后，驅(qū)動了外接接觸器 KM4在電動機 停止交流供電的情況下向電動機提供直流電進行能耗制動。定時器線圈 T1是與線圈Y003同時獲電，并開始計時，計時時間一到，串接于第一梯 級與第四梯級的常閉接點斷開，使電動機完成了停車與制動的過程。外 部接觸器接線時，應考慮接觸器間的互相聯(lián)鎖以防短路。另本梯形圖沒 設置熱保護。第五章PLC的發(fā)展趨勢和前景5.1PLC在工業(yè)領域應用的發(fā)展趨勢工業(yè)自動化生產(chǎn)線的首要目標是保證產(chǎn)品質(zhì)量， 生產(chǎn)過程不可能進行 過多的人工干預，產(chǎn)品質(zhì)量的保證只能依賴在線

45、質(zhì)量檢測設備和儀器， 監(jiān)視產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)，為控制器提供準確的測量值和檢測狀態(tài)。長期以來 PLC始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場， 為各種各樣的自動化控制設 備提供了非?？煽康目刂茟?。其主要原因在于它能夠為自動化控制應 用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化 的需要。在企業(yè)方面， 國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過多年的努力， 工業(yè)過程控制經(jīng)過繼電器控 制，PLC控制、集中監(jiān)控，到現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場總線控制技術和管控一體化 控制系統(tǒng)，為國內(nèi)企業(yè)自動化、信息化打下了良好的基礎。如今，工業(yè) 企業(yè)現(xiàn)代化改造的方向是全而實現(xiàn)企業(yè)的自動化向信息化方向發(fā)展，現(xiàn) 代工業(yè)企業(yè)自動化的特征是自動控制技術、物流技術

46、、信息技術的綜合 應用。為了滿足企業(yè)提出的提質(zhì)降耗、精細加工、小批多品、開發(fā)新品、 管理控制結(jié)合的新需求，企業(yè)自動控制技術的發(fā)展趨勢向著網(wǎng)絡化、智 能化、數(shù)字化發(fā)展，并且向?qū)崟r在線質(zhì)量檢測、實時數(shù)據(jù)自動采集、設 計調(diào)試手段和工具、故障自診斷技術、數(shù)據(jù)自動管理等一系列先進技術 發(fā)展。5.2 PLC的前景前景一：PLC將會成為過程控制領域內(nèi)的日用品僅僅從PLC系統(tǒng)價格正在逐漸降低的理由進行推理，尤其在低端應用 方面，PLC將會成為這一領域的日用品。由于PLC系統(tǒng)最小模件單元的價 格也只不過 100 美元，甚至更低，即使這些模件出現(xiàn)故障，工業(yè)用戶從 心理上已經(jīng)感覺不到是否還值得重新修理。許多工業(yè)用戶

47、直接采取了拋 棄出現(xiàn)故障的模件，進而換上一塊新模件的處理方式，因為重新修理這 樣的故障模件也許會花費同樣甚至更多的費用相反，我們不要被低價格所愚弄。一些小型甚至超小型PLC系統(tǒng)已經(jīng) 向工業(yè)用戶提供了模擬量I/O、PID控制回路、通信接口，甚至與企業(yè)網(wǎng) 絡系統(tǒng)相連接的現(xiàn)場總線。具有14個通道的I/O和4個PID控制回路的 PLC系統(tǒng)，其價格才99美元，這種產(chǎn)品非常適合小系統(tǒng)控制應用的需要。一些PLC供應商依托強大的應用市場繼續(xù)發(fā)展小型PLC產(chǎn)品，甚至大量的工業(yè)用戶已經(jīng)將其看作是低端應用市場上的日用品。PLC供應商需要充分考慮的問題是他們不僅僅要供應硬件產(chǎn)品，還必須采取相應的措施 為工業(yè)用戶解決工

48、程師可用的組態(tài)工具、故障診斷技術、網(wǎng)絡通信能力 以及除基本自動化硬件以外的附加軟件包的適用性能。Rockwell 公司最近為其 CompactLogix 系列產(chǎn)品增加了一種新的 CompactLogix5330 控制器。該控制器能夠與 1769 系列 CompactI/O 模件， 不超過 256 個本地 I/O 測點，另外還為用戶提供了 256kb 存儲內(nèi)存。 CompactLogix 使 用 了 相 同 的能同 時 被 ControlLogix 、 FlexLogix 、 SoftLogix 和 RSLogix5000 共享的 Logix 控制引擎。A 公司為其DL05型微型PLC也提供了個

49、別新版 本產(chǎn)品。D0-05DD-D包含了具備8通道DC輸入和8通道DC輸出的DL05CPU 模件，采用了 12/24VDC電源供電、具備6kb的存儲器，可利用RLL/RLLPlus 進行程序設計，還提供了一個 RS-232程序和通信接口。它具有兩種可組 態(tài)并獨立于CW/CC的脈沖順序輸出或者步序，直接脈沖輸出頻率可以達 到7kHz。此外，D0-05DR-D還提供了 6通道繼電器輸出。Siemens公司為其SIMATICS7-200系列產(chǎn)品推出了采用一種新類型CPU的微型PLC系統(tǒng)。新類型CPU為S7-226，該CPU為能夠進一步連接 到工業(yè)LAN系統(tǒng)或者諸如調(diào)制解調(diào)器、打印機、條形碼閱讀器等外

50、圍設 備，相應增加了點到點接口（ PPI）或者自由接口（連續(xù)ASCII）。來自于 GEFanuc自動化公司的一種新產(chǎn)品是 VersaMaxCPUE05CF模 件。該模件的特點主要包括與 Ethernet 等的連接能力、更快的指令執(zhí)行時間，以及更多的用戶存儲器支持。新增加的功能包括一個 10Base-T 連 接、全雙工通信接口，通過利用切換開關以便消除數(shù)據(jù)碰撞現(xiàn)象，并同 步進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息；它還提供了 64kb 用戶可配置存儲器，采用 RS-232和RS-485接口進行通信連接；具備本地操作員界面；以及可選擇 與 Ethernet 、 DeviceNet 和 Profibus 現(xiàn)場總線連接

51、。Mitsubishi電子自動化公司已經(jīng)推出了新一代 Q系列PLC系統(tǒng)，程 序設計采用了基于Windows編程軟件工具。程序通過USB接口進行傳輸。 其 特 點 是 能 夠 支 持 Internet 電 子 郵 件 、 調(diào) 制 解 調(diào) 器 和 10/100Mb/sEthernet ；可以連接到 DeviceNet 、Profibus 、CC-Link 和 NET/10;每個CPU可以允許有不超過252個程序的同步運行；另外，它 的體積也是非常小的。CTC公司為工業(yè)用戶提供了一套 2601自動化成套工具，該工具包括 增強型2601控制器和基于Windows平臺的QuickstepSE程序開發(fā)工具

52、軟 件包， QuickstepSE 是該公司用于 2601 控制器具有專利的程序設計語言， 尤其能夠滿足需要數(shù)字控制和串行通信的小型應用項目的應用要求。為 2601 所編寫的控制程序只要通過相應的轉(zhuǎn)換就可以運行于其他 2000系列 CTC控制器上。一種新的來自于IDEC公司的產(chǎn)品是MicroSmartPLC,在該PLC的CPU 模件上提供了 10、16 或者 24 通道的 I/O 。其特點包括一個標準的電源供 應電路、 4 通道高速計數(shù)器、一個 RS-232 接口和一個模擬量分壓計。具 有24通道I/O的CPU模件也能夠與總計不超過88通道的I/O模件一起 工作。來自 ifm 電子技術公司，并具有一對 AS-I 現(xiàn)場總線的主控制器包括 兩 個 采 用 IEC61131-3 標 準 編 程 以及 依靠 AS-I 和 RS-485 通 信的 AC1011PLCAC1011采用了單個控制器方式，其I/O允許不超過124通道 輸入和124通道輸出；而AC1012則采用了雙控制器方式，其I/O通道數(shù)24量是AC1011