可編程控制器

1、 石家莊科技信息學(xué)院 課 程 設(shè)計(jì)論文姓 名 劉明偉 學(xué) 號(hào) 121201124 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 范 偉 可編程控制器及全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)1可編程控制器的基本概念及工作原理1.1 PLC概述可編程序控制器（Programmabie Logic Controller,縮寫PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種.小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn).發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來，雖然至今還不到40年，但由于其具有通用靈活的控制性能.簡(jiǎn)單

2、方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動(dòng)化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)工業(yè)機(jī)械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的四大支柱?？删幊绦蚩刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。1.2 PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有

3、觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作?？紤]到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式-掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)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。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)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)

4、據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)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(gè)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(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷

5、新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)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。3.輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。PLC的掃描工作過程如圖1-2、圖1-3所示 用戶輸出設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設(shè)備寫讀讀 圖1-2 PLC的掃描工作過程圖輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)掃描周期輸入刷新 圖1-3 PLC的掃描周期圖1.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)1.2.1控制系統(tǒng)的比較 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）可

6、靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對(duì)工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無故障時(shí)間長(zhǎng)。（2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量，形式，驅(qū)動(dòng)能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。（3）編程簡(jiǎn)單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計(jì)算機(jī)知識(shí)

7、的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易。單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）要求環(huán)境，單片機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。（2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語言或者是C語言，這些高級(jí)語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。（3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快。1.2.2洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述全自動(dòng)洗衣機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是由單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控

8、制系統(tǒng)硬件時(shí)要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費(fèi)用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用的PLC能克服單片機(jī)的缺點(diǎn)。它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中，硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對(duì)簡(jiǎn)單。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示：圖1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 1.2.3 PLC的設(shè)計(jì)步驟 開發(fā)應(yīng)用PLC 的設(shè)計(jì)任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)主要包括: （1）確定安排PLC 的輸入、輸出點(diǎn); （2）設(shè)計(jì)外圍電路,

9、包括主電路; （3）選購(gòu)PLC 并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝接線等內(nèi)容；軟件設(shè)計(jì), 大多數(shù)用梯形圖和指令程序, 主要包括: （1）設(shè)計(jì)控制流程, 根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán),如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖;（2）根據(jù)工作循環(huán)圖, 畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖;按梯形圖編寫指令程序表;（3）系統(tǒng)調(diào)試: 根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改, 必要時(shí)還可對(duì)硬件進(jìn)行修改, 直到滿足要求；結(jié)束語在本次設(shè)計(jì)里，我們采用了PLC為控制核心，它結(jié)構(gòu)合理、測(cè)試方法可靠，具有較強(qiáng)的靈活性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證新產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)開發(fā)的同步性，提高了勞動(dòng)效率，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效果。此外，PLC 可以重復(fù)使用，

10、降低了測(cè)試經(jīng)費(fèi)。它的靈活性、操作方便性也方便測(cè)試者隨時(shí)輸入、調(diào)試和修改控制程序。PLC 又設(shè)有串行接口，方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，組成測(cè)控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護(hù)和使用帶來了很大方便。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，PLC已經(jīng)成為當(dāng)今空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的工科大學(xué)生來說，掌握PLC的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；仡櫰鸫舜卧O(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。通過這次設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困

11、難重重，這畢竟是第一次做論文，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，例如，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。更加體會(huì)到PLC的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，.通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便等優(yōu)點(diǎn)這次的課程設(shè)計(jì)使我把可編程控制器的理論知識(shí)用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相結(jié)合，從中更懂得理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐又能檢驗(yàn)理論的正確性，讓我受益非淺， 對(duì)我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助和影響。致 謝經(jīng)過很長(zhǎng)一段時(shí)間的準(zhǔn)備，包括利用各種途徑查資料、整理材料，寫作論文，今天終于可以順利的完成論文最后的

12、謝辭了，這篇謝辭的的完成，表示可以進(jìn)行畢業(yè)答辯了，這也為三年的學(xué)習(xí)生涯以劃下完美的句點(diǎn)。論文的完成，不僅在于最后一段時(shí)間的搜集和整理，更主要是在三年中學(xué)習(xí)知識(shí)的積累，所以我在此首先要重點(diǎn)感謝三年來教授我們每門課程的老師們，正因?yàn)樗麄儑?yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和樸實(shí)的教學(xué)，才能最終讓我們走向碩果的終點(diǎn)。在此特別感謝我們的指導(dǎo)老師任老師，他在我們做畢業(yè)論文期間做出了很大的努力，爭(zhēng)取讓每一位同學(xué)精益求精的完成論文，提高答辯質(zhì)量，這是論文可以順利完成的最重要的原因。同學(xué)們的關(guān)心和幫助是我的動(dòng)力，在我知識(shí)的缺憾點(diǎn)上給予我很大的幫助，使得論文從剛開始的暇跡斑斑到越來越完善、越來越有內(nèi)容，最終幫助我完整的寫完了整個(gè)論文。在

13、論文的寫作過程中雖然挫折居多，但是在修補(bǔ)的過程中，我不僅學(xué)到了以前自己不足之處的知識(shí)，更加體會(huì)到了一種學(xué)習(xí)所要具有的良好習(xí)慣和良好態(tài)度，一絲不茍和毅力是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也是將來走向人生道路做任何事成功的關(guān)鍵，所以我可以體會(huì)到的是做論文不僅僅是做，更是一次對(duì)自己人生態(tài)度的感悟，這些感悟包括在學(xué)習(xí)中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，能聽取別人意見，能及時(shí)弄懂自己所不懂得知識(shí)，能夠有勇氣干好每一件事等等。對(duì)于在學(xué)習(xí)和生活中幫助我和鼓勵(lì)我的老師和同學(xué)們，我再次表示衷心的感謝，你們對(duì)于我的幫助使我在心中無以言表。參考文獻(xiàn)1 金彥平、可編程序控制器。2 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.3 謝克明、夏路易.可編程控制器原理與程序設(shè)計(jì).，4 張興國(guó).可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用.5 賀哲榮、石帥軍.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)（三菱FX2系列）6 宋德玉.可編程序控制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)