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1、1概述PLC的基本概念在PLC的发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA）经过四年的调查，于 1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并且作如下定义：“可编程控制器是一种数字运 算操作的是的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序的存储 器来存储指令，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，计数，计时和算术 运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机 械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体， 易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了 PLC应直接应
2、用于工业环境，它必须有很强的抗干扰能力，广泛 的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。PLC的发展PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美，德，日等工业发达的国家已 成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻 新，产量产值大幅度上升而价格不断下降。（目前，世界上有200多个厂家，较有名的公司有美国：AB通用电气，莫迪 康公司；日本：三菱，富士，欧姆龙，松下电工等：德国：西门子公司；法国： TE施耐德公司；韩国：三星，LG公司等。PLC的发展趋势（一）大型化为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量，高速度，高性能， 增加I|O点数
3、的发展方向。主要表现在以下几个方面：1. 增强网络通信功能：；2. 发展智能模块；3. 外部故障诊断功能;4. 编程语言、编程工具标准化、高级化5. 实现软件、硬件标准化6. 编程组态软件发展迅速（二）小型化发展小型PLC，其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合， 使PLC不仅成为继电器控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。小型 PLC朝着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。PLC的主要功能1.、开关量逻辑控制；2.3. 模拟量控制；4. 闭环过程控制；5. 定时控制；6. 计数控制；7. 顺序（步进）控制；8. 数据处理；9. 通信和联网。（的特点1. 可靠性高、
4、抗干扰能力强；2. 通用性强、灵活性好、功能齐全；3. 编程简单、使用方便；4. 模块化结构；5. 安装简便、调试方便；6. 网络通信。|PLC的基本组成和各部分作用1. 中央处理单元(Central Processing Unit)中央处理单元是PLC的核心、部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控 制系统内部各部分的工作。它的运行是按照程序所赋予的任务进行的。控制接口电路是微处理器与主机内部其它单元进行联系的部件，它主要有数 据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。2. 存储器(Memory)PLC系统中的存储器配有系统程
5、序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，固化在PROM或 EPROM存储器中，用户不可访问或修改。系统程序包括系统监控程序、用户指令 解释程序、标准模块程序、系统调用、管理等程序以及各种参数等。用户程序存储器可分为三个部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序 区存放用户编程器输入的应用程序。数据区存放PLC在运行过程中所用到的和生 成的各种工作数据。系统区主要存放CPU的组态数据。3. 输入、输出单元(Input/Output Unit)输入、输出单元是可编程控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设 备之间的连接接口部件。输入单元将现场的输入信号，
6、经过输入单元接口电路的转换，变换为中央处 理器能接受和识别的低压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处 理器输出的低压信号变换为控制器件所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、 电磁阀、电磁开关等。4. 编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、 调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简易编程器只能联机编程，且往往需要将梯 形图转换为语句表，才能送入。智能编程器又称图形编程器，它可以联机，也可 以脱机编程，既有LCD（液晶显示器）或CRT图形显示功能。5. 电源单元电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统 内部各单元所需
7、的电源。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源，以保持 RAM在外部电源断电后存储的内容不丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特 点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控 制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要 形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描 技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才 会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的， 这种工作方式可以避免继电器控
8、制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继 电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需 要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状 态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如图1T所示。一个扫描周期图1T循环扫描在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输 入存储单元。在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入 存储单元读入输入信号
9、的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数 器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相 应的输出存储器单元。*在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上， 并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。2硬件设计控制要求运料小车控制模报曜机1期自劫于动间O芯O思O闻OW :卜 火又蔡卸料-O %Q-KxLq51 O VI o 右 行- 卸料-装料- 左行- 卸料- 装料”循环。再次拨动停止按钮后，选择单周期方式（按下微动按钮A2），小车运行来回 一次。同理，选择单步方式（选择A1按钮），每按动一次A1，小车相应的运行一 步。
10、的选择PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安 装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角 度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型，整体型PLC的IO点数固定， 因此用户的选择余地小，用于小型控制系。模块型PLC提供多种IO卡件或插卡， 因此用户可以较合理地选择和配置控制系统的IO点数扩展方便灵活一般用于 大中型控制系统。本课程设计选用西门子S7-200（CPU226）可编程控制器。电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计 和选用外，一般PL C的供电电源应设计选用220VA
11、C电源，于国内电网电压一致。 在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使 用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为 防止外部高压电源电网因操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的， 有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用 项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个IO点至少选8K存储 器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。输入输出的选择#输入输出模块的选择应考虑与应用要求统一，例如对输入模块，应考虑信号 电平、信号
12、传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考 虑选用的输出模块的类型。通常继电器输出模块具有价格低，使用电压范围广、 寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁、电感性低功率 因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出 和模拟量输出等，与应用要求一致。可根据应用要求，合理选择智能型输入输出 模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程IO 机架等。电动机的选择运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转， 小向右行。电动机正反转主回路如图2-2所示:图2-2三相异步电动机正反转电路图系统设计流程图
13、选择模式按下按钮装料小车左行IO接线图图2-3系统设计流程图IO分配表Mr）、m /）、）m T=输入信号输出信号启动按钮SD接触器KM1图2-4 IO接线图、自动方式A4表2-2 IO分配表3软件设计梯形图Network 4107M30.0M20.2IIpHIC )M20.2M20.0I IC R)2M20.3J H )1Network 6Network 8ia.61C41C51M20.3M30.0II II IC3CUCTURFV1111111 I4-4 11C6Network 1010.61M20.3M30.0II II IC4CUCTURFV1C51C611111111 I+5 -1N
14、etwork 1110.61C61M20.3M30.0II II IC5CUCTURFV11111I14-6-Network 1210.61C6 1M20.3M30.0II II IC6CUCTURFV11 11 1I11+7 -M20.1I IM3Q.0 I IIMO.O I1 11 11J M20.2T38INTONPT100 msNetwork 14T38M0.0)Network 15M20.1T40INTON1 1M20.2+孙FT10C msT40M3.0Network 16M11.4T421|pN TON+15-| PT 100 msT42M3.2Mi（）Network ISMO.
15、O5HRBEN ENOM10.0- DATAM1O.1- 5_BIT+12- NNetwork 19M10.1M10.GC3QO.OM20.010.3Q0.1)Network 26Q07)M11.11TiMNetwork 27ia.4M2.aC11150M2.1M2.0R)1Network 29T51M2.2II_C ；)M2.1J； R)1Network 30T52M2.2 R )1Network 31I0.5M2.3C411Network 33T54M2.5TIKPM2.4 o1Network 34T55M2.5R )1Network 35M20.2Q0.1C10I |1|leu CTUT
16、60I IR+2 PVNetwork 36CIOT60T601|1 / |(in tomPT 100 msTGOM20.2 右行-卸料- 装料- 左行- 卸料- 装料”循环。再次拨动停止按钮后，选择单周期方式，按下微动按钮A2（），小车运行来 回一次。同理，选择单步方式，按下A1按钮（），每按动一次A1（），小车相应的运 行一步。5结束语本次课程设我选择的题目是运料小车控制模拟。通过这次课程设计我对可编 程控制器原理及应用有了更深入的理解，锻炼了自己的动手能力和分析能力，同 时我更加理解了 PLC优越灵活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形 图语言进行编程易于接受，这种梯形图与继电器
17、控制电路相呼应，形式更加简 练，直观性强。在这次课程设计中，我学会了怎么去发现问题，解决问题。遇到问题时和同 组同学认真讨论，查找资料，积极询问老师，从中我学到了许多知识。并且我更 加清楚的知道了，很多设计理念来自于实际，需要根据设计要求灵活的去选择 PLC型号和编程。感谢我的指导老师，从一开始论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成， 都是非常耐心、的对我进行指导。给我提供建议，告诉我应该注意的细节问题，细 心的给我指出错误，修改论文。老师诲人不倦的工作作风，对工作的专业态度， 使我受益匪浅。在此，谨向导师致以崇高的敬意和我衷心的感谢！6参考文献1 吴中俊，黄永红可编程控制原理及应用北京：机械工业出版社，2004.2 廖常初PLC基础及应用北京：机械工业出版社，2005.3 张运波工厂电气控制技术北京：高等教育出版社，2002.4 汪志峰PLC控制电气原理及应用 北京：电子工业出版社，2007.5 吕景泉PLC控制技术教程北京：高等教育出版社，2001.6 齐占庆，王振臣.电气控制技术北京：机械工业出版社，2002.7 史国生.电气控制与可编程控制器技术北京：化学工业出版社，2003.8 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术南京：东南大学出版社， 2003.
