PLC控制機(jī)械手自動(dòng)分檢大小球系統(tǒng)

1、青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）摘 要 進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，隨著人類對科學(xué)技術(shù)知識的掌握達(dá)到了一個(gè)新的高度，越來越多的知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力后，一大批新技術(shù)，新設(shè)備開始應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)中。為了節(jié)省生產(chǎn)資料和人工成本，工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)控制系統(tǒng)開始大量裝備在工廠里的生產(chǎn)流水線上。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，其積極作用正日益為人們所認(rèn)識，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送。許多發(fā)達(dá)國家十分對它重視，并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。在我國，自主研發(fā)的

2、工業(yè)機(jī)器人在近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分撿，為了提高生產(chǎn)效率，本設(shè)計(jì)擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用的德國西門子S7-200系列PLC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，來設(shè)計(jì)一種用于分撿大小球的機(jī)械裝置。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作，目標(biāo)是使此系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點(diǎn),可根據(jù)不同對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)要求。關(guān)鍵詞：PLC 大小球 機(jī)械手IIAbstractEnter after twenty-first Century, along with human knowle

3、dge of science and technology has reached a new height, more and more knowledge into practical productivity, a large number of new technology, new equipment applied in various fields of production. In order to save the production data and labour cost, industrial robots and automatic control system t

4、o begin a large number of equipment in the factory production line. The manipulator is the earliest industrial robot, is the earliest modern robot, it can replace people arduous labor to realize the production mechanization and automation, its positive role is increasingly recognized, it can partial

5、ly replace human labor and can meet the production process requirements, follow certain program, time and location to complete workpiece transfer. Many developed countries are on it seriously, and put a lot of manpower and material resources to study and apply. In our country, the independent resear

6、ch and development of industrial robot in recent years have rapid development, and achieved certain results. In the production process, often on assembly line products of sorting, in order to improve production efficiency, this design aims to develop a manipulator, by German Siemens S7-200series PLC

7、, the mechanical hand on, around and grabbing motion control, to design the size of the ball for sorting machine. We use the programmable technology, combined with the corresponding hardware device, control manipulator to complete a variety of actions, the target is to make this system has a high de

8、gree of automation, stable operation, high precision, easy to control, according to different object, minor modifications to the system can reach the requirements.Key words: PLC size of spherical manipulator目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題的背景意義11.2 課題的目的及要求41.3 課題目前的發(fā)展?fàn)顩r41.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求52 可編程控制器概述62.1 PLC的產(chǎn)

9、生與定義62.2 PLC的基本組成及其作用72.3 PLC的發(fā)展102.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域152.5 PLC的特點(diǎn)173 大小球分揀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)193.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容193.2 PLC的選型193.3 大小球分揀系統(tǒng)的功能203.4 設(shè)計(jì)思想203.5 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)213.6 I/O編址223.7 機(jī)械手分揀系統(tǒng)的接線圖234 大小球分揀系統(tǒng)的軟件程序244.1 自動(dòng)分揀大小球系統(tǒng)控制程序工作框圖244.2 梯形圖概述254.3 機(jī)械手分揀大小球控制程序的梯形圖(見附錄)26結(jié) 論27致 謝28參考文獻(xiàn)29附 錄 301 緒論1.1 課題的背景意義自動(dòng)分揀系統(tǒng)（Aut

10、omated Sorting System)是二次大戰(zhàn)后率先在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。該系統(tǒng)的作業(yè)過程可以簡單描述如下：流動(dòng)中心每天接收成百上千家供應(yīng)商或貨主通過各種運(yùn)輸工具送來的成千上萬種商品，在最短的時(shí)間內(nèi)將這些商品卸下并按商品品種、貨主、儲(chǔ)位或發(fā)送地點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分類，將這些商品運(yùn)送到指定地點(diǎn)(如指定的貨架、加工區(qū)域、出貨站臺等)，同時(shí)，當(dāng)供應(yīng)商或貨主通知物流中心按配送指示發(fā)貨時(shí)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)從龐大的高層貨架存儲(chǔ)系統(tǒng)中準(zhǔn)確找到要出庫的商品所在位置，并按所需數(shù)量出庫，將從不同儲(chǔ)位上取出的不同

11、數(shù)量的商品按配送進(jìn)點(diǎn)的不同運(yùn)送到不同的理貨區(qū)域或配送站臺集中，以便裝車配送。在傳統(tǒng)的貨物分揀系統(tǒng)中, 一般是使用紙制書面文件來記錄貨物數(shù)據(jù), 包括貨物名稱、批號、存儲(chǔ)位置等信息, 等到貨物提取時(shí)再根據(jù)書面的提貨通知單, 查找記錄的貨物數(shù)據(jù),人工搜索、搬運(yùn)貨物來完成貨物的提取。在這樣的貨物分揀系統(tǒng)中, 制作書面文件、查找書面文件、人工搬運(yùn)等浪費(fèi)了巨大的人力物力, 而且嚴(yán)重影響了物流的流動(dòng)速度。隨著競爭的加劇, 人們對物流的流動(dòng)速度要求越來越高, 這樣的貨物分揀系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化物流管理的需要，于是新型的自動(dòng)分揀系統(tǒng)開始被研發(fā)，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。1.1.1現(xiàn)代自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分類（1）根據(jù)定單

12、分揀貨物：如果定單定貨數(shù)量比較大, 可以根據(jù)定單, 一個(gè)人一次提取大量定貨。貨物分揀者從無線射頻終端進(jìn)入服務(wù)器, 選擇定單上各種貨物,系統(tǒng)會(huì)通過射頻終端直接向貨物分揀者發(fā)送貨物位置信息, 指導(dǎo)分揀者選擇最優(yōu)路徑。貨物分揀者在分揀前掃描貨柜箱上的條形碼標(biāo)簽, 如果與定單相符, 直接分揀。（2）零星分揀貨物：小的定單( 尤其是5 鎊以下定貨) 的分揀或者單一路線貨物分揀, 直接將定單分組分派給貨物分揀者, 每個(gè)分揀人負(fù)責(zé)3 4個(gè)通道之間的區(qū)域。貨物分揀者在他或她負(fù)責(zé)的區(qū)域內(nèi), 攜帶取貨小車進(jìn)行貨物分揀, 取貨小車上放置多個(gè)貨箱, 一個(gè)貨箱盛放一個(gè)定單的貨物。如果貨架上的貨物與定單相符, 就把貨物放

13、進(jìn)小車上的貨箱, 并且掃描貨箱上條形碼序列號。在貨物包裝站,打印的包裝清單既包括貨物條碼也包括包裝箱序列號。（3）機(jī)械分揀機(jī)構(gòu)：分揀機(jī)構(gòu)作為傳輸設(shè)備的一部分, 是分揀機(jī)的主體在物品的傳輸過程中采用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械動(dòng)作方式把被分揀物品導(dǎo)入到指定的格口(路向)。分揀機(jī)構(gòu)的種類很多, 有小車傾翻式、小車交叉帶式、皮帶閘門式、鏈板滑靴式等多種形式。（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：分揀機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要控制分揀機(jī)的運(yùn)行速度, 控制分揀導(dǎo)入機(jī)械的啟動(dòng)及運(yùn)行的時(shí)間。早期的分揀機(jī)的控制系統(tǒng)國內(nèi)外由于控制理念的不一樣而有所差異。歐洲廠家在設(shè)計(jì)上, 習(xí)慣于對分揀機(jī)上的每一個(gè)載體小車進(jìn)行固定的ID 編號, 識別后被分揀物

14、品的路向信息與每一個(gè)小車的ID 編號相關(guān)聯(lián)。而在同一個(gè)格口的譯碼裝置要識別屬于本格口不同的小車號碼。我國則慣于被分揀物品的信息與相關(guān)的格口關(guān)聯(lián), 與小車本身的編號無關(guān)。相應(yīng)每個(gè)格口的譯碼器僅認(rèn)知屬于本格口的ID 編號的被分揀物品。（5）格口：容納被分揀的物品可以是具有一定容量的滑槽或者是一段傳輸機(jī)構(gòu)。其中, 傳輸方式有動(dòng)力皮帶或輥道方式。1.1.2自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的傳輸部分在物流系統(tǒng)中, 輸送對自動(dòng)分揀系統(tǒng)的影響在物流系統(tǒng)中傳輸系統(tǒng)內(nèi)在分揀機(jī)之前的部分稱之為輸送。在郵政系統(tǒng)中稱之為供件裝置。供件裝置一般設(shè)有人工輔助工位, 對物品進(jìn)行整理以便于識別分揀信息, 控制作業(yè)節(jié)奏, 在一些高速分揀機(jī)多個(gè)供

15、件裝置之間的自動(dòng)協(xié)調(diào), 按著分揀機(jī)的要求能夠控制物品的適度的間隔, 并可準(zhǔn)確按著節(jié)拍同步將物品送到控制系統(tǒng)所規(guī)定的分揀機(jī)的相應(yīng)位置, 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中供件系統(tǒng)的效率要充分保證分揀機(jī)的需求。分揀機(jī)也是傳輸系統(tǒng)的一部分, 僅僅是在傳輸過程中可改變物品的路由方向。分揀機(jī)后面可以是多個(gè)傳輸系統(tǒng)在功能上起到傳輸與存貯兩種功能: 如果按著鐵路的運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行比喻, 物流傳輸過程中分揀機(jī)的作用如同鐵路的搬道叉的功能。它將使物品按著需要進(jìn)入不同的路向進(jìn)行輸送。分揀輸送設(shè)備有以下幾種分類的方式:按承載裝置的不同區(qū)分, 如小車翻盤式、皮帶式(平、斜)、鋼帶式、滾輪分離式。適于普通包裹類及周轉(zhuǎn)箱與盒式包裝物品的分揀作業(yè):

16、 推式懸掛式、地面鏈?zhǔn)椒謷C(jī)適于較重載荷的物品分揀作業(yè): 按分揀尺寸大小分類, 如郵政領(lǐng)域里的小件分揀機(jī)、扁平件分揀機(jī)具有高的分揀效率: 按分揀機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)區(qū)分, 如交叉帶式分揀機(jī)、滑塊式分揀機(jī)、翻盤式分揀機(jī)、翻板式分揀機(jī)、斜行皮帶式等: 按分揀過程的物流某種形態(tài)可區(qū)分為有落差和無落差兩種分揀方式。按工藝流程布置的方式分類, 可分為環(huán)型布置的分揀機(jī)和直線布置的分揀機(jī)。按工藝流程的可塑性分類, 可分為剛性分揀傳輸系統(tǒng)和柔性分揀傳輸系統(tǒng)。自動(dòng)分揀傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃及選型應(yīng)注意的問題在對分揀系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素首先是要根據(jù)企業(yè)總體業(yè)務(wù)需求。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后, 注意先進(jìn)行工藝設(shè)計(jì), 然后根

17、據(jù)工藝設(shè)計(jì)廠房, 這個(gè)次序很重要。其次, 由所設(shè)計(jì)的工藝流程需要、分揀的業(yè)務(wù)總量、作業(yè)的時(shí)間要求, 單位時(shí)間的處理件數(shù)來選擇相應(yīng)的分揀機(jī)的分揀效率、分揀的格口數(shù)量。同樣在總體上如果考慮使用RFID 作為物品的標(biāo)識, 則在分揀的供件過程中將不再需要人工整理物品的可識讀面(標(biāo)簽、標(biāo)識面朝上), 從而較大地提高了自動(dòng)化的程度和分揀的效率。對分揀技術(shù)市場需求是多樣性的。如適應(yīng)易碎物品分揀的無落差分揀技術(shù)、具有高精度控制分揀技術(shù), 都會(huì)有適度的發(fā)展。無論是哪一種分揀機(jī)都要在提高分揀效率上要取得新的發(fā)展水平, 高速度是分揀技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)場地的環(huán)境、被分揀的物品尺寸范圍、被分揀物品的質(zhì)量及是否是易

18、碎品、包裝方式、包裝的標(biāo)準(zhǔn)化程度等來選擇分揀機(jī)的類型。例如,受被分揀物品的影響, 在一些便利店的物流配送中心有一些諸如酒類、雞蛋的物品所選分揀機(jī)應(yīng)該是無落差或者小落差的分揀機(jī)如滑靴式分揀機(jī)或交叉帶式分揀機(jī)。它們之間具體的區(qū)別是，滑靴式的分揀機(jī)比較適宜被分揀的物品尺寸在長度上較長而變化較大、包裝規(guī)范的物品。在工藝上適合直線布置的分揀機(jī)；翻盤小車式的分揀機(jī)具備在運(yùn)行中物品的落差較大但是有圈套承載能力, 適用于航站的行李分揀；自動(dòng)高速扁平件分揀機(jī)是在較大圖書物流中心的退貨流程中, 量大而且基本是零冊處理的分揀, 宜采用這種分揀機(jī)。環(huán)型布置分揀機(jī)適合工藝設(shè)計(jì)要求很多的供件席位及大量格口的分揀, 因?yàn)榄h(huán)

19、形的任何一個(gè)格口理論上都可以變成供件席位。屬于快聚快散作業(yè)工藝方式。1.1.3自動(dòng)分揀系統(tǒng)的意義今天, 一個(gè)先進(jìn)的貨物分揀系統(tǒng), 對于系統(tǒng)集成商、倉儲(chǔ)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、后勤管理業(yè)等是至關(guān)重要的,因?yàn)檫@意味著比競爭對手更快的物流速度, 更快地滿足顧客的需求, 其潛在的回報(bào)是驚人的。建立一個(gè)先進(jìn)的貨物分揀系統(tǒng), 結(jié)合有效的吞吐量, 不但可以節(jié)省數(shù)十、數(shù)百、甚至數(shù)千萬元的成本, 而且可以大大提高工作效率, 顯著降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。使用這樣的貨物分揀系統(tǒng), 完全屏棄了使用書面文件完成貨物分揀的傳統(tǒng)方法, 采用高效、準(zhǔn)確的電子數(shù)據(jù)的形式, 提高效率, 節(jié)省勞動(dòng)力; 使用這樣的貨物分揀系統(tǒng), 不但可以快速完成簡

20、單的存儲(chǔ)提取, 而且可以方便地根據(jù)貨物的尺寸、提貨的速度要求、裝卸要求等實(shí)現(xiàn)復(fù)雜貨物的存儲(chǔ)與提取; 使用這樣的貨物分揀系統(tǒng),分揀工人只需簡單的操作就可以實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)進(jìn)庫、出庫、包裝、裝卸等作業(yè), 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高了效率; 使用這樣的貨物分揀系統(tǒng), 結(jié)合必要的倉庫管理軟件, 可以真正實(shí)現(xiàn)倉庫的現(xiàn)代化管理, 充分實(shí)現(xiàn)倉庫空間的合理利用, 顯著提高企業(yè)的物流速度, 為企業(yè)創(chuàng)造、保持市場競爭優(yōu)勢創(chuàng)造條件。1.2 課題的目的及要求本課題為了更全面系統(tǒng)地與市場接軌，從實(shí)用的角度出發(fā)，利用已掌握的有關(guān)PLC及其的知識實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀系統(tǒng)控制，該設(shè)計(jì)分為硬件原理圖設(shè)計(jì)及軟件編程兩大部分。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)

21、使學(xué)生更系統(tǒng)地利用學(xué)過的知識，更快更好地投入到社會(huì)的工作中。1.3 課題目前的發(fā)展?fàn)顩r自動(dòng)分揀系統(tǒng)在生產(chǎn)工業(yè)中有著舉足輕重的作用。它的可靠性，優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域的適用性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、成本分揀系統(tǒng)能靈活的與其他物流設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫連接，如自動(dòng)化倉庫、各種存儲(chǔ)站、自動(dòng)集放鏈、各種運(yùn)載工具、機(jī)器人等。實(shí)現(xiàn)對物料實(shí)物流的分配、對物料信息流的分配和管理3。采用分揀系統(tǒng)，人工分揀、堆置物料的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，操作人員無須為跟蹤物料而進(jìn)行大量的報(bào)表工作、登單工作，因而顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。另外，非直接勞動(dòng)力如物料倉庫人員、發(fā)料員以及運(yùn)貨員工作量的減少甚至取消又進(jìn)一步直接降低了作業(yè)成本。由于分揀系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、安

22、全性高，同時(shí)，人工揀取物料的作業(yè)量降低，對物品的損壞減少，為顧客假造了更多的價(jià)值，為公司贏得了更多的信譽(yù)和商機(jī)。我國自動(dòng)分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于1980 年代, 近期的市場興起和技術(shù)發(fā)展始于1997 年。自動(dòng)分揀的概念先在機(jī)場行李處理和郵政處理中心得到應(yīng)用, 然后普及到其他行業(yè)。隨著業(yè)界對現(xiàn)代化物流的實(shí)際需求的增長, 各行業(yè)對高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書及超市配送領(lǐng)域, 并有望在將來向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。這些領(lǐng)域的一個(gè)共同特點(diǎn)是產(chǎn)品的種類繁多、附加值高、配送門店數(shù)量多、準(zhǔn)確性要求高和人工處理效率低等特點(diǎn)。隨著生產(chǎn)力的需要，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在生

23、產(chǎn)工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，該系統(tǒng)主要有機(jī)械手的運(yùn)用和PLC而自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件編程是這設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的成敗。本文正是以基于機(jī)械手中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)為研究對象，并結(jié)合plc軟件編程控制進(jìn)行了一系列研究，最終提出了一整自動(dòng)分揀機(jī)plc控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。目前在完成這個(gè)課題上存在的主要問題和難點(diǎn)是：（1)機(jī)械手的運(yùn)轉(zhuǎn)方面：如何通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升，下降，夾緊，松開等操作;機(jī)械手如何能夠?qū)a(chǎn)品分揀出來。以上這些都將給我們的設(shè)計(jì)帶來難度。（2）PLC的步進(jìn)指令編程方面：首先要把整個(gè)控制過程按任務(wù)要求分解，如何畫出機(jī)械手系統(tǒng)控制過程的流程圖;分配，確定狀態(tài)器元件，弄清每個(gè)被

24、分配狀態(tài)器的功能;如何編寫程序。這些都成為解決問題的重點(diǎn)。1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.4.1 控制要求及設(shè)計(jì)要求為實(shí)現(xiàn)大小球的分揀控制，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序必須實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）該系統(tǒng)可以完成對大小球的自動(dòng)識別、自動(dòng)運(yùn)送和自動(dòng)到大球缸或者小球缸釋放對應(yīng)的球。（2）該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的多種工作方式。（3）該系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，撿球裝置必須進(jìn)行復(fù)位。（4）能夠用PLC實(shí)現(xiàn)基本功能。1.4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）初步設(shè)計(jì)：了解設(shè)計(jì)任務(wù)，理解系統(tǒng)控制要求；收集相關(guān)資料；（2）硬件設(shè)計(jì)：PLC I/O接線圖；（3）軟件設(shè)計(jì)：控制系統(tǒng)順序功能圖；控制系統(tǒng)梯形圖程序；控制系統(tǒng)語句表程序。452 可編程控制器概述

25、2.1 PLC的產(chǎn)生與定義2.1.1 PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)80年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，這就是大家熟悉的傳統(tǒng)的的繼電器控制器系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價(jià)格便宜，可以滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要求，因而在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能弱，難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜繁瑣，當(dāng)生產(chǎn)工藝或者對象需要改變時(shí)，原有的接線和控制柜就要更換，所以通用性和靈活性就很差。 20 世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的

26、汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，并且對整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司(GM)公開招標(biāo)，對新的汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：(1) 編程方便，可現(xiàn)場修改程序；(2) 維修方便，系統(tǒng)插件結(jié)構(gòu)；(3) 可靠性高于繼電控制裝置；(4) 體積小于繼電控制器；(5) 數(shù)據(jù)可以直接送入管理計(jì)算機(jī)；(6) 成本可以與繼電控制盤競爭；(7) 輸入可以是交流115V（美國電壓標(biāo)準(zhǔn)）；(8) 輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等；(9) 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小；(10

27、) 用戶存儲(chǔ)器至少擴(kuò)展到4 KB。以上就是著名的“GM十條”。這些要求的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是提出了將繼電接觸器控制的簡單易用，使用方便，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述十點(diǎn)要求，研制出世界上第一臺可編程控制器，型號為PDP14，人們把它稱作可編程邏輯控制器（PLC Programmable Logic Controller）簡稱為PLC。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了微型處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們將微型技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使得它可以發(fā)揮更多計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯

28、編程取代了硬連線邏輯，還增加了運(yùn)算。數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，使其真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，PLC開始大面積的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)控制的生產(chǎn)活動(dòng)中。2.1.2 PLC的定義PLC一直在飛速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，都沒有對其下一個(gè)準(zhǔn)確的定義，國際電工委員會(huì)（IEC）1987年2月頒布了終稿，終稿對可編程控制器的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程，而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整

29、體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。” 在該定義中重點(diǎn)說明了三個(gè)概念：即PLC是什么，它具備什么功能，以及PLC及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具備很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”。也是一種計(jì)算機(jī)；它是“專業(yè)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程簡單。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的功能，并且非常容易和工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)于一體，易于“擴(kuò)充”。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，OLC與以往

30、所講的機(jī)械式的順序控制器在“可編程”方面有質(zhì)的區(qū)別。由于PLC引入了微處理機(jī)以及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子元件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，所以能靈活的修改程序，即它是用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的目的。2.2 PLC的基本組成及其作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的1/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上

31、位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。2.2.1中央處理單元（CPU）CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)：(1) 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤；(

32、3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；(4) PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；(5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端?，F(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種：通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型

33、機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個(gè)位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。2.2.2存儲(chǔ)器根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種：(1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)

34、器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM。(2)用戶程序存儲(chǔ)器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲(chǔ)器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進(jìn)的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。(3)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化

35、、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲(chǔ)PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。2.2.3 I/0單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相

36、聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件。2.2.4 電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置

37、形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部；對于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。2.2.5擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。2.2.6 通信接口為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)?？蓪⑦^程圖像顯示出來；當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以

38、組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。2.2.7 編程器編程器是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。它有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可

39、以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。2.3 PLC的發(fā)展2.3.1 PLC的發(fā)展歷史PLC的技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而飛速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為8位機(jī)。隨著微處理器CPU和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLC。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了驚人的發(fā)展，使PLC在概念，設(shè)計(jì)，性能價(jià)格比及應(yīng)用等多發(fā)面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，能耗，體積減小

40、，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，并且遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)界面也有了長足的發(fā)展?，F(xiàn)在PLC不僅能得心應(yīng)手的用于制應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化，并且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動(dòng)化三大支柱之一，即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天，PLC仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。大致總結(jié)一下，PLC的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段。（1）初級階段從世界上第一臺PLC問世到20世紀(jì)70年代中期，這個(gè)時(shí)期的PLC功能簡單，主要完成一般的繼電器控制系統(tǒng)，即順序邏輯，定時(shí)與計(jì)數(shù)等，編程語言為為梯形圖。（2）崛起階段從20世紀(jì)70年代中期到80年代初期

41、，由于PLC在取代繼電器控制系統(tǒng)方面的卓越表現(xiàn)，所以自從它在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域開始普及運(yùn)用后便得到了飛速的發(fā)展。這個(gè)階段的PLC在其控制功能方面增強(qiáng)了許多，例如數(shù)據(jù)處理，模擬量的控制等。（3）成熟階段從20世紀(jì)80年代到90年代初期，這之前的PLC主要是單機(jī)應(yīng)用和小規(guī)模，小系統(tǒng)的應(yīng)用；但隨著對工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平、控制性能和控制范圍的要求的提高，在大型的控制系統(tǒng)（如冶煉、飲料、造紙、煙草、紡織、污水處理）中，PLC也展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的生命力。對這些大規(guī)模、多控制器的應(yīng)用場合，就要求PLC的控制系統(tǒng)必須具有通信和聯(lián)網(wǎng)功能。這個(gè)時(shí)期的PLC順應(yīng)時(shí)代要求，在大型的PLC中 一般都擴(kuò)展了遵守一定協(xié)議的通信接

42、口。（4）飛速發(fā)展階段從20世紀(jì)90年代初期到90年代末期。由于對模擬量處理功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能的提高，PLC控制系統(tǒng)在過程控制領(lǐng)域也開始大面積的應(yīng)用，隨著芯片技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到了進(jìn)一步的提高，現(xiàn)在PLC不論從體積上，人機(jī)界面功能、端子接線技術(shù)，還是從內(nèi)在的性能（速度、存儲(chǔ)容量）、實(shí)現(xiàn)的功能（運(yùn)動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)、多機(jī)處理等）方面都遠(yuǎn)非過去的PLC可比。從20世紀(jì)80年代之后，是PLC發(fā)展的黃金時(shí)期，年增長率一般都保持在30%40%之間。（5）開放化，標(biāo)準(zhǔn)化階段從20世紀(jì)90年代中期以后，其實(shí)關(guān)于PLC開放性的工作在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)展開，但由于受到各大

43、公司的利益的阻撓和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化難度的影響，這項(xiàng)工作進(jìn)展的并不順利。所以PLC誕生后的近30年里，各個(gè)PLC在通信標(biāo)準(zhǔn)，編程語言等方面都存在著不兼容的地方，這為在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)互換性，互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化都帶來了極大地不便。現(xiàn)在隨著可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)化IEC61131的逐步完善和實(shí)施，特別是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程語言的推廣，使得PLC 真正意義上走入了一個(gè)開放化和標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。2.3.2 PLC的發(fā)展趨勢PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場總線技術(shù)緊密相結(jié)合等方向發(fā)展。（1）向小型化，專用化，低成本方向發(fā)展隨著微電子技術(shù)的

44、發(fā)展，新型器件的性能大大提高，價(jià)格卻大幅度降低，使得PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，操作十分簡便。從體積上講，有些專用的微型PLC僅僅有一個(gè)香皂的大小。PLC的功能不斷增強(qiáng)，將原來大中型PLC才有的功能部分轉(zhuǎn)移到小型PLC上，如模擬量處理、復(fù)雜的指令功能和網(wǎng)絡(luò)通信等。PLC的價(jià)格也不斷下降，真正成為現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)中 不可替代的控制裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型和微型PLC的市場份額一直保持在70%80%之間，所以對PLC的小型化的追求不會(huì)停止。（2）向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展現(xiàn)在大中型PLC采用多微處理系統(tǒng)，有的采用了32位處理器，并集成了通信互聯(lián)網(wǎng)功能，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)交換速度及外設(shè)響應(yīng)

45、速度都有大幅度的提高，存儲(chǔ)容量大大增加，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。為了適應(yīng)工廠控制系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系統(tǒng)日益有機(jī)結(jié)合的要求，信息技術(shù)也滲透到了PLC中，如設(shè)置開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支持OPC技術(shù)，等等。（3）智能化模塊的發(fā)展為了實(shí)現(xiàn)某些特殊功能的控制功能，PLC制造商開發(fā)出了許多智能化的I/O模塊。這些模塊自身帶有CPU，使得占用主CPU的時(shí)間很少，減少了對PLC掃描速度的影響，提高了整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的性能。它們本身有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能，可以完成PLC的主CPU難以兼顧的功能。由于在硬件和軟件方面都采取了可靠性和便利性的措施。所以簡化了某些可能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編程。典型的智能

46、化模塊主要有高速計(jì)數(shù)模塊、定位控制模塊、溫度控制模塊、閉環(huán)控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊和各種協(xié)議總線通信模塊等。（4）人機(jī)界面（接口）的發(fā)展 HMI（Human-machine Intereace）在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著越來越重要的作用，PLC控制系統(tǒng)在HMI方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：a. 編程工具的發(fā)展 過去絕大部分大中型PLC僅僅提供手持式的編程器，編程人員通過編程器和PLC打交道。首先是把編制好的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語句表程序，然后使用編程器一個(gè)字符，一個(gè)字符的敲到PLC內(nèi)部；另外，調(diào)試時(shí)也只能通過編程器觀察很少的信息。現(xiàn)在編程器已經(jīng)被淘汰，基于windows的編程軟件不僅可以對PLC的

47、控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)、類型、各通信接口的參數(shù)等。而且可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖，和順序功能圖程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。程序被編譯后可以被下載到PLC，也可以將用戶程序上傳到計(jì)算機(jī)。編程軟件的調(diào)試和監(jiān)控功能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手持式編程器，可以通過編程軟件中的監(jiān)視功能實(shí)時(shí)觀察PLC內(nèi)部各存儲(chǔ)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，為診斷分析PLC程序和工作過程中出現(xiàn)的問題帶來了極大地方便。b. 功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的HMI 過去在PLC控制系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和顯示時(shí)非常麻煩，對輸入設(shè)定參數(shù)要使用大量的波碼開關(guān)組，對輸入顯示參數(shù)要使用數(shù)碼管，它們不僅占據(jù)了大量的I/O資

48、源，而且功能少，接線麻煩。各種單色彩色的顯示設(shè)定單元、觸摸屏、覆膜鍵盤等應(yīng)有盡有，它們不僅可以完成大量數(shù)據(jù)設(shè)定和顯示，更能直觀的顯示動(dòng)態(tài)圖形畫面，而且還能完成數(shù)據(jù)處理功能。c. 基于PC的組態(tài)軟件 在中大型的PLC控制系統(tǒng)中，僅僅靠簡單內(nèi)的顯示設(shè)定單元已經(jīng)不能解決人機(jī)界面的問題，所以基于windows的PC機(jī)成為了最佳的選擇。配合有適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵔涌诨蜻m配器，PC機(jī)就可以和PLC之間進(jìn)行信息的互換，再配合功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件，就可以完成復(fù)雜的和大量的畫面顯示，數(shù)據(jù)處理，報(bào)警處理，設(shè)備管理等任務(wù)，這些組態(tài)軟件國外的品牌有：wincc、ifix、in-touch等。國產(chǎn)知名公司有亞太、力控等。現(xiàn)在組態(tài)軟

49、件的價(jià)格已經(jīng)下降到非常低的位置，所以在環(huán)境較好的應(yīng)用現(xiàn)場，使用PC 加組態(tài)軟件來取代觸摸屏的方案也是一種不錯(cuò)的選擇。d. 在過程控制領(lǐng)域的使用以及PLC的冗余特性雖然PLC的特性是在制造業(yè)領(lǐng)域使用，但隨著通信技術(shù)、軟件技術(shù)、模擬量控制技術(shù)發(fā)展并且不斷融合到PLC中，它現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用到了過程控制領(lǐng)域，但在過程控制系統(tǒng)中，使用必然要求PLC控制系統(tǒng)具有更高的可靠性。現(xiàn)在世界上頂尖的自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商提供的大型PLC中，一般都增加了安全性和冗余性的產(chǎn)品，并且符合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)的要求。該標(biāo)準(zhǔn)主要為可編程電子系統(tǒng)內(nèi)的功能性安全設(shè)計(jì)而設(shè)定，為PLC在過程控制系統(tǒng)中使用的可靠性和安全設(shè)定提供了依據(jù)?，F(xiàn)

50、在PLC的冗余產(chǎn)品包括CPU系統(tǒng)、I/O系統(tǒng)以及熱備份冗余軟件的。大型PLC以及冗余技術(shù)一般都是在大型的過程控制系統(tǒng)中使用。e. 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化 世界上大大小小的電氣設(shè)備制造商幾乎都推出了自己的PLC產(chǎn)品，但由于沒有一個(gè)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，所有PLC產(chǎn)品在使用上都存在一些差別，而這些差別的存在對PLC產(chǎn)品的制造商和用戶都是不利的。一方面增加了制造商的開發(fā)費(fèi)用，另一方面增加了用戶學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的負(fù)擔(dān)。這些非標(biāo)準(zhǔn)化的使用結(jié)果使得程序的重復(fù)性使用和可移植性都成為不可能的事情?，F(xiàn)在的PLC采用了各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如TIC61131、IEEE802.3以太網(wǎng)、TCP/IP、UDP/IP等，以及各種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如w

51、indows NT、OPC等。特別是PLC的國際化標(biāo)準(zhǔn)IEC61131、為PLC從硬件設(shè)計(jì)、編程語言、通訊聯(lián)網(wǎng)等各方面都制定了詳細(xì)的規(guī)范。其中第三部分IEC61131-3是標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程語言，它的軟件模型是現(xiàn)帶PLC的軟件技術(shù)，是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性基礎(chǔ)理論工具。它為傳統(tǒng)的PLC突破了原有的體系結(jié)構(gòu)，并為相應(yīng)的軟件技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。IEC61131-3不僅在PLC系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，在其他的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)編程軟件中也得到了廣泛應(yīng)用。f. 通信聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)和易用化在中大型的PLC控制系統(tǒng)中，需要多個(gè)PLC以及智能儀器儀表連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的交換。PLC聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)使它更容易與PC和其他智能

52、控制設(shè)備進(jìn)行互連。使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制盒集中管理。現(xiàn)在許多小型甚至微型PLC的控制通信功能也十分強(qiáng)大。PLC控制系統(tǒng)通信的介質(zhì)一般有雙絞線或光纖，具備常用的串行通信功能。在提供網(wǎng)絡(luò)接口方面PLC向兩個(gè)方向發(fā)展，一是提供直接掛接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的接口；二是提供etherner接口，使PLC直接入以太網(wǎng)。雖然通信網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，但硬件連接和軟件程序設(shè)計(jì)的工作量卻不大，許多制造商為用戶設(shè)計(jì)了專用的通信模塊，并且在編程軟件中增加了向?qū)В杂脩舸蟛糠值墓ぷ魇呛唵蔚牡慕M態(tài)和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了PLC中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)通信功能的易用化。g. 軟PLC的概念所謂軟PLC就是指在PC機(jī)的平臺上，在wind

53、ows操作環(huán)境下，用軟件來實(shí)現(xiàn)PLC的功能。這個(gè)概念大概在20世紀(jì)90年代中期提出。安裝有組態(tài)軟件的PC機(jī)既然能夠完成人機(jī)界面的功能，為何不把PLC的功能用軟件來實(shí)現(xiàn)呢?PC機(jī)價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互功能。如果軟件功能完善，則利用這些軟件可以方便的進(jìn)行工業(yè)控制流程的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，完成報(bào)警、歷史趨勢和各種復(fù)雜的控制功能，同時(shí)節(jié)約控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間。配上遠(yuǎn)程的I/O和智能I/O后，軟PLC也能完成復(fù)雜的分布式的控制任務(wù)。在隨后的幾年，軟PLC的開發(fā)也呈現(xiàn)了上升的勢頭?？墒侵蟮囊欢螘r(shí)間里，軟PLC并沒有出現(xiàn)像人們希望的那樣占據(jù)相當(dāng)市場份額的局面，這是因?yàn)檐汸LC本身存

54、在的一些缺陷造成的：軟PLC對維護(hù)和服務(wù)人員的要求較高；電源故障對系統(tǒng)影響較大；在占據(jù)大多數(shù)的低端應(yīng)用場合，軟PLC沒有優(yōu)勢可言；在可靠性方面對工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性方面，和PLC無法比擬；PC機(jī)發(fā)展速度太快，技術(shù)支持不容易保證。雖然各有各的看法，但隨著生產(chǎn)廠家的努力和技術(shù)的發(fā)展，softPLC肯定也能在其最適合的地方得到認(rèn)可。h. PLC的概念 在工控界，對PLC的應(yīng)用情況有一個(gè)“80-20”法則，即：第一，80%的PLC應(yīng)用場合都是使用簡單的低成本的小型PLC；第二，78%（接近80%）的PLC都是使用的開關(guān)量（或數(shù)字量）；第三，80%的PLC應(yīng)用使用20個(gè)左右的梯形圖指令就可解決問題。 其余的

55、20%的應(yīng)用要求或控制功能要求使用PLC無法輕松滿足，而需要使用別的控制手段或PLC配合其他手段來實(shí)現(xiàn)。于是，一種能結(jié)合PLC定的高可靠性和PC機(jī)的高級軟件功能的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。這就是PAC(programmable automation conntroller),或基于PC機(jī)架構(gòu)的控制器。它包括了PLC的主要功能，以及PC-based控制中基于對象的、開放的數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)能力。其主要特點(diǎn)是使用的ICE61131-3編程語言、具有多控制任務(wù)處理功能。兼具PC機(jī)和PLC的優(yōu)點(diǎn)。PAC主要用于解決那些所謂的剩余的20%的問題，但現(xiàn)在一些高端PLC也具備了解決這問題的能力，加之PAC是一種較新的控制

56、器，所以其市場還有待于開發(fā)和推動(dòng)。i. PLC在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的設(shè)置現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，白哦指著自動(dòng)化技術(shù)步入了一個(gè)新的時(shí)代。現(xiàn)場總線是“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字模式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”，是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一。隨著3C（computer，control and commuication）技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得解決自動(dòng)化信息孤島的問題成為可能。采用開放化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，把不同廠家遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動(dòng)化設(shè)備連接成控制網(wǎng)絡(luò)并組成系統(tǒng)已經(jīng)成為可能?，F(xiàn)場總線采用總線通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)處于全開放、全數(shù)字、全分散的控制平臺上。從某種意義上說，現(xiàn)場總

57、線技術(shù)給自動(dòng)控制領(lǐng)域帶來的變化時(shí)革命性的。到今天，現(xiàn)場總線及技術(shù)已經(jīng)基本走向成熟和實(shí)用化，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)約硬件數(shù)量與投資；節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)費(fèi)用；提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性；提高了用戶的自主選擇權(quán)。2.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域初期的PLC主要以開關(guān)量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但20世紀(jì)90年代后，PLC也被廣泛的應(yīng)用到流程工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中使用。一直到現(xiàn)在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主角，其應(yīng)用面越來越廣。PLC之所以被廣泛使用，其主要原因是：（1）價(jià)格越來越低 由于微處理芯片及有關(guān)元件的的價(jià)格大大下降，使得PLC的成本下降。（2）功能越來越強(qiáng) 隨著計(jì)算機(jī)、芯片、軟件、

58、控制等技術(shù)的飛速發(fā)展，也是的PLC的功能大大增強(qiáng)。它不僅能更好的完成原來得心應(yīng)手的順序邏輯控制程序任務(wù)，也能處理大量的模擬量，解決復(fù)雜的計(jì)算機(jī)和通信聯(lián)網(wǎng)問題。（3）與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展 在當(dāng)前最熱的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，主站和從站幾乎都有PLC的身影，PLC的通信技術(shù)又往前發(fā)展了一大步?，F(xiàn)在開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的PLC也走到了前臺，為適應(yīng)現(xiàn)在和未來的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展做好了準(zhǔn)備。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：（1