充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 圖 書 分類號： 密 級： 畢業(yè)設計 (論文 ) 磨床電氣的 PLC 改造 THE PLC OF THE GRINDING MACHINA ELECTRICITY REFORMATION 學生姓名 劉鴻羽 學院名稱 機電工程學院 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 王樹臣 2008 年 6 月 2 日 徐州工程學院畢業(yè)設計（論文） i 徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明 引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學院學位論文版權協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交學位論文的紙本復印件和電子文 檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） I 摘要 由于工廠企業(yè)中很多磨床年代久遠，其工作已遠遠達不到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。因此有必要對舊式的常規(guī)電動機控制系統(tǒng)進行技 術改造，以可編程序控制器取代常規(guī)的繼電器，以達到磨床的自動化控制。本文介紹了用可編程序控制器來對平面磨床控制系統(tǒng)進行現(xiàn)代化改造，簡要敘述了老式成型平面磨床的工作原理及用 PLC 進行改造設計的方法和設計步驟，并給出 PLC 編程程序梯形圖。改造后的磨床工作安全可靠，系統(tǒng)運行情況良好，磨削精度更高；利用 PLC 控制磨床運行，實現(xiàn)了磨床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，可根據(jù)運行要求靈活切換磨床的控制方式；提供過載，輕載，斷相和電壓不平衡保護；現(xiàn)場顯示運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能化監(jiān)控。并因所吸工件的不同靈活調(diào)節(jié)電磁吸盤的電流 ，并且顯示數(shù)值大小。從而實現(xiàn)了磨床運行的自動化。PLC 控制的特點使原機床控制大大的簡單化 ,并且維修方便 ,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件 ,使機床的工作效率更高。該項技術還可推廣應用于其他輔機設備或其他領域的自動化控制改造中。 關鍵詞 可編程序控制器；平面磨床；改造 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） II Abstract Because many grinder ages are remote in the manufacturing division, its work could not achieve the modern production by far the request . So it is necessary to carry on technological transformation to the old-fashioned regular motor control system and replace normal regulations by programmable preface controller of after electric appliances with attain grinding machine of automation control. This text introduced comes with the programmable controller to the surface grinding machine control system to make the modernized transformation, narrated the old style formation surface grinding machines principle of work briefly and carries on the transformation design with PLC the method and the design procedure, and gives PLC the programming procedure trapezoidal chart . After the reformation of grinding machine work safety credibility, he systems operation situation is good, the grinding precision is higher； Using the PLC control grinder movement, realized the grinder to start, the stop, the breakdown to stop, the emergency stop function, might cut grinders control mode nimbly according to the moveme nt request； Provides the overload, the underloading, breaks and the voltage is not balanced protects； The scene demonstration running status, realizes the intellectualized monitoring. Because and attracts the work piece the different nimble adjustment magnet chuck electric current, and demonstration value size. Thus has realized the grinder movement automation. The PLC controls characteristic causes the original machine tool control big simplification, and services conveniently, easy to inspect. Saves the massive relay element, causes engine beds working efficiency to be higher. This technology may also promote applies in other auxiliary engine equipment or in other domain automated control transformation. Keywords Programmable logic controller Flat surface grinding machine Reformation 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 1 目 錄 1 緒論 . 1 2 磨床的概述 . 3 2.1磨床的介紹 . 3 2.2世界平面磨床發(fā)展趨勢 . 3 3 可編程控制器的概況 . 5 3.1PLC 的產(chǎn)生和特點及其發(fā)展動向 . 5 3.1.1 PLC 的產(chǎn)生 . 5 3.1.2 PLC 的定義 . 5 3.1.3 PLC 的特點 . 6 3.1.4 PLC 的發(fā)展趨勢 . 7 3.2PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 . 8 3.2.1 PLC 的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) . 8 3.2.2 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 . 9 3.2.3 PLC 的主要功能 . 10 3.2.4 PLC 的應用設計步驟 . 11 3.3PLC 的選型原則 . 12 4 系統(tǒng)的總體設計 . 15 4.1改造平面磨床的步驟 . 15 4.1.1 改造方案的確定 . 15 4.1.2 改造的技術準備 . 15 4.1.3 改造的實施 . 16 4.1.4 驗收及后期工作 . 17 4.1.5 用 PLC 改造繼電 -接觸式控制系統(tǒng)的步驟 . 18 4.2控制線路控制改造要求 . 18 4.3原設備電器的工作原理 . 19 4.3.1 平面磨床主要結(jié)構(gòu)和運動形式 . 19 4.3.2 電氣控制線路分析 . 20 4.4分析控制對象，進行系統(tǒng)的硬件設計 . 23 4.5系統(tǒng)的軟件設計 . 24 5 性能測試與分析 . 27 結(jié)論 . 28 致謝 . 29 參考文獻 . 30 附錄 . 錯誤 !未定義書簽。 中文翻 譯： . 錯誤 !未定義書簽。 外文翻譯： . 錯誤 !未定義書簽。 買文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 2 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 3 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 課題背景： 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，中、小批量零件的生產(chǎn)占產(chǎn)品數(shù)量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通磨床已經(jīng)越來越難以適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，制造業(yè)的競爭已從早期降低勞動力成本、產(chǎn)品成本，提高企業(yè)整體效率和質(zhì)量的競爭，發(fā) 展到全面滿足顧客要求、積極開發(fā)新產(chǎn)品的競爭，將面臨知識 技術 產(chǎn)品的更新周期越來越短，產(chǎn)品批量越來越小，而對質(zhì)量、性能的要求更高，同時社會對環(huán)境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業(yè)贏得競爭和生存、發(fā)展的主要手段。計算機信息技術和制造自動化技術的結(jié)合越來越緊密，作為自動化柔性生產(chǎn)重要基礎的數(shù)控機床在生產(chǎn)機床中所占比例將越來越多。但新機床購置費用高，且生產(chǎn)準備周期長。因此對原有機床的現(xiàn)代化改造顯得尤為重要。 PLC 改造老機床的優(yōu)點： 節(jié)省資金，減少投資額，交貨期短 機床的 PLC 改 造可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節(jié)省 60 % 80 % 的費用，改造費用低。特別是大型、特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購置費的 1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床 60 % 的價格?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有地基，不必像購入新設備那樣重筑地基。 性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎件經(jīng)過長期失效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度，且各部件已經(jīng)長期磨損，使改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量好，可作為新設備繼續(xù)長期使用。 可充分體現(xiàn)企業(yè)自身的意愿 企業(yè)與改造人員可依照 實際需要和機床長期使用的情況，在改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進意見，有權選擇機械零部件、數(shù)控系統(tǒng)、電器設備等的規(guī)格、型號、性能等?？筛鶕?jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將機床改造成具有當今水平的設備。 更有利于使用和維護 由于改造前機床已使用多年，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快。改造的機床一經(jīng)安裝好，就可實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。 可以采用最新的控制技術，提高生產(chǎn)效率?？筛鶕?jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自 動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。機床經(jīng)改造后，即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高 3 7 倍。對復雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。提高產(chǎn)品質(zhì)量，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因此 ,繼電器本身固有的缺陷，給磨床的安全和經(jīng)濟運行帶來了不利影響 ,用 PLC 對磨床的徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 2 繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。所以我們就以平面磨床改造來介紹一下。 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 3 2 磨床的概述 2.1 磨床的介紹 磨床是利用磨具對工件表面進行磨削 加工的機床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。 磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。 隨著高精度、高硬度機械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長。 磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨 床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。 2.2 世界平面磨床發(fā)展趨勢 當今平磨的發(fā)展趨勢是轉(zhuǎn)向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線表面磨削加工?？梢哉f，平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。我國平磨制造廠應跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維，轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上進一步發(fā)展，以形成我們自己特色的技術和產(chǎn)品 .據(jù)不完全統(tǒng)計，不久前在美國芝加哥舉行的國際制造技術展覽會（ IMTS）上有 20 多家平磨專業(yè)生產(chǎn)廠的 60 多臺平面磨床以平磨實物形式參展，包括了歐、美、日及我國的主要平磨制造廠。有關專家分析了此次參展的平面 磨床的主要特點并預測今后平面磨床的發(fā)展趨勢。 1.現(xiàn)代平面磨床的主要特點 (1)從規(guī)格上看，以小型平磨為主。臺面寬 200mm 以下的幾乎占 50%，小規(guī)格機床的運輸及布展比較方便；國外平磨不分普通、精密、高精度的精度等級，相對小規(guī)格機床，精度容易做得很高；在國際市場上，中、小規(guī)格平磨的潛在需求很大。 (2)從控制上看， 70%以上的為數(shù)控型，有單軸、雙軸及三軸數(shù)控，最多達五軸控制，尤其是 400 以上的大規(guī)格機型，全為數(shù)控型。由于技術水平的發(fā)展導致功能變化，平磨已從傳統(tǒng)的平面磨向成形磨轉(zhuǎn)變，常規(guī)控制已難以實現(xiàn)功能的要 求。數(shù)控平磨已形成一個市場潮流。 (3)從功能上看， 50%以上的平磨不僅僅用于水平平面加工，而且轉(zhuǎn)向成形、臺階、切入、快速抖動、三維空間曲線等表面磨削加工，如 ELB、 BLM 公司以平磨為基礎變化而成的五軸聯(lián)動磨削中心，可實現(xiàn)非平面型復雜曲面的磨削； Unison、 Trutech 公司的柔性磨徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 4 削系統(tǒng)，可實現(xiàn)成形、無心、外圓、工具、輪廓等磨削工藝；還有裕福、 Parker 公司等的快速抖動磨等，反映出平磨是磨床類機床中演變潛力最大的一種機型。 2.發(fā)展呈現(xiàn)四大變化 (1)高速、復合、高精度、高剛性仍是金切機床的發(fā)展主調(diào)， 但又有新的變化。復合，已從原來的為復合而復合轉(zhuǎn)為從實用高效考慮為主，如車、銑復合，車、銑、鉆的復合，銑床和電火花的復合；從功能上看，復合型機床的針對性很強，針對某類零件考慮；從精度上看，定位精度 2 m，重復定位精度 1 m 的機床已比比皆是；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kW 主軸達 60000r/min， 13kW 達 42000r/min，高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工 60HRC 硬度材料的加工中心。 (2)模塊化的設計在機床制造中已應用得爐火純青。橫向系列、縱向系列、全系列、跨系列的模塊化設計 ，無論是大隈、牧野等為代表的日本機床，還是 Haas、 Cincinnati等為代表的美國機床，外形上看好象完全一樣，但功能則完全不同，所構(gòu)成的模塊很多則是通用的。 (3)全自動的概念已發(fā)生變化。傳統(tǒng)的全自動機床是用一只氣動或液動的機械手實現(xiàn)工件的自動上、下料，而現(xiàn)在采用真正意義的多關節(jié)串聯(lián)式機器人，來實現(xiàn)工件的上、下料，包括完工零件的堆放。 (4)環(huán)保要求越來越高。在展出的展品中，絕大部分的機床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。 3.根本在于設計創(chuàng)新 (1)平磨是磨床類機床中發(fā)展?jié)摿ψ畲?的機床。 在完成傳統(tǒng)的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、臺面、磨頭等大件為基礎，可以演變成外圓、曲線、工具、無心等磨床，如 k.o.lee 公司的 C1020N2 外圓磨床和 B6062PC2工具磨的基礎就是平磨。我國應在完成平磨規(guī)格系列的完善后，跳出傳統(tǒng)的平面磨削的思維轉(zhuǎn)到曲線或輪廓等非平面磨削加工的思路上去進一步發(fā)展，形成具有我們自己特色的技術和產(chǎn)品。 (2)模塊化設計將是貫穿產(chǎn)品設計全過程的一條主線，無論是機床技術發(fā)展的潮流還是市場競爭的要求。 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 5 3 可編程控制器的概況 3.1 PLC 的產(chǎn)生和特點及其發(fā)展動向 3.1.1 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀 20 年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng) .由于它結(jié)構(gòu)簡單、容易掌握、價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領域中一直占主導地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難以實現(xiàn)較復雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復雜，當生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20 世紀 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，以及對整個開展系統(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，適應白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會招標，對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，采用插件式結(jié)構(gòu) （ 3）可靠性高于繼電器控制裝置 （ 4）體積小于繼電器控制盤 （ 5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 （ 6）成本可與繼電器控制盤競爭 （ 7）輸入可以是交流 150V 以上 （ 8）輸出為交流 115V，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等 （ 9）擴展時原系統(tǒng)改變最小 （ 10 用戶存儲器至少能擴張到 4KB（適應當時汽車裝配過程的需要） 十項指標的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 3.1.2 PLC 的定義 美國國際電工委員會（ IEC）在 1987 年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等功能的 面徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 6 向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？杀槌绦蚩刂破骷捌湎嚓P外部設備，都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 定義強調(diào)了 PLC 應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 定義還強調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，它也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序 運算、定時、記數(shù)和算術運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。 3.1.3 PLC 的特點 （ 1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC 在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。 I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調(diào)節(jié)電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面： 1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。 PLC 的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳 遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于 PLC 的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在 PLC 的電源電路和輸入 /輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有效的抑制。 3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。 4）內(nèi)部設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、 watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（ WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證 CPU 可靠運行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。 6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 （ 2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性 強 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 7 PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設備， PLC 的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，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，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學會。 （ 4）功能完善 PLC 的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質(zhì)的開關量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 （ 5）設計、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié) 構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。 （ 6）體積小，維護操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。 （ 7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化 PLC 可連成功能很強的網(wǎng)絡系統(tǒng)。 （ 8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和 要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。 3.1.4 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、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 （ 1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使 PLC 結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。 PLC 的功能不斷增加，將原來大、中型 PLC 才有的功能部分地移植到小型 PLC 上。 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 8 （ 2）向大容量、高速度方向發(fā)展 大型 PLC 采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了 32 位微處理器，可同 時進行多任務操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。 （ 3）智能型 I/O 模塊的發(fā)展 智能型 I/O模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的 CPU與 PLC的主 CPU并行工作，占用主 CPU 的時間很少，有利于提高 PLC 的掃描速度。 （ 4）基于 PLC 的編程軟件取代編程器 隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通行接 口的參數(shù)等。 （ 5） PC 編程語言的標準化 與個人計算機相比， PLC 的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的 CPU 模塊和 I/O 模塊互不通用。 PLC 的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題， IEC 制定了可遍程序控制器標準。標準中共有 5 種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應特殊的工作。 （ 6） PLC 通信的易用化 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設備交換數(shù)字信息 ，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。 （ 7）組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 個人計算機（ PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。 （ 8） PLC 與現(xiàn)場總線相結(jié)合 現(xiàn)場總線 I/O 與 PLC 可以組成功能強大的、廉價的 DCS 系統(tǒng)。 （ 9）開發(fā)新型特殊功能模塊 I/O 組件可以提高 PLC 的智能化、高密集度和增大處理能力。 (10) CPU 的處理速度進一步加快 目前， PLC 的處理速度與計算機相比還比較慢，將來會全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 進行處理、分時處理 或分任務處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使 PLC 的處理速度達到納秒級。 3.2 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 3.2.1 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 9 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、 I/O 擴展接口、外部設備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC 控制系統(tǒng)由輸入量 PLC 輸出量組成，外部的各 種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC的輸入量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子，作為 PLC 的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見， PLC 的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。其中 PLC 各部分的作用如下： (1) 中央處理器 CPU 是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算。控制器的作用是控制整個計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下： 診斷 PLC 電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入 PLC 的寄存器中。 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 應各種外部設備的工作請求。 (2) 存儲器 PLC 的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC 通過輸入輸出（ I/O）接口電路實現(xiàn) 與外圍設備的連接。輸入接口通過 PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4) 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC的 CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出 I/O 擴展接口 若主機單元的 I/O 點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O 擴展單元與主機單元相連接。 3.2.2 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。 對每個程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 10 戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC 只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化 ，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的 I/O 刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行， PLC 在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一 些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。 3.2.3 PLC 的主要功能 （ 1）條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 PLC 的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關控制。 （ 2）定時 /記數(shù)控制功能 定時 /記數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 （ 3）數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指 PLC 能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 11 （ 4）步進控制 功能 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。 （ 5） A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過 A/D、 D/A 模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 （ 6）運動控制功能 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 （ 7）過程控制功能 過程控制功能是指通過 PLC 的 PID 控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 （ 8）擴展功能 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即 I/O 擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 PLC 的控制功能。 （ 9）遠程 I/O 功能 遠程 I/O 功能是指通過 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與 PLC 主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。 （ 10）通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)、 PLC 與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。 （ 11）監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進 行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設定值或強制 I/O 狀態(tài)。 3.2.4 PLC 的應用設計步驟 PLC 控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設計，即程序設計上。 PLC 程序設計可遵循以下六步進行： 1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序。 2）分配輸入輸出設備 即確定哪些外圍設備是送信號到 PLC，哪些外圍設備是接受來自 PLC 信號的。并將 PLC 的輸入輸出口與之進行分配。 3）設計 PLC 程序畫出梯形圖。梯 形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關系。 4）實現(xiàn)用計算機對 PLC 的梯形圖的直接編程。 5）對程序進行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場）。 徐州 工程學院畢業(yè)設計（論文） 12 6）保存已完成的程序。 顯然，在建立一個 PLC 控制系統(tǒng)時，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。確定控制上的相互關系之后，即可進行編程的第二步 -分配輸入輸出設備。在分配了 PLC 的輸入輸出點，內(nèi)部輔助繼電器，定時器，計數(shù)器之后，就可以設計 PLC 程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊開始的邏輯行 必須終止于一個繼電器線圈或定時器，計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后便用編