畢業(yè)論文PLC在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用系 別：汽車與電氣工程系專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 09電氣一班 姓 名： 李城 學 號： 0902030116 指導老師： 王蕊 摘 要行車是用來在短距離內(nèi)提升和移動物件的機械，是現(xiàn)代化工廠中用于物料輸送的重要設(shè)備，電鍍行車由于他的高危險性，應(yīng)用它的場合更是頻繁，行車對減輕工人體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率起著重要的作用。本設(shè)計中的行車要實現(xiàn)左右，前后及上下的三維運動，并且要準確定位，具有遠距離控制，能夠按照預(yù)定順序和控制要求，自動完成一序列的工作。在設(shè)計中采用低壓電器的控制方式，控制線路的設(shè)計方面力圖做到布局合理,排列均勻,原理圖

2、上有極限位置保護和必要的電氣保護措施，重點分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、plc控制i/o端口分配表以及整體程序流程圖等，實現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)自動化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。在該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，采用了高可靠性，高穩(wěn)定性，編程簡單，易于使用，而且廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)線過程控制中的控制器plc。詳細分析了輸送系統(tǒng)設(shè)備保護控制電動機原理圖、程序框圖、plc系統(tǒng)外部接線圖。分層次詳細闡述了整個高度自動化輸送系統(tǒng)的目標及功能，使高度自動化輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰，層次更加分明，具有非常強的實用性。關(guān)鍵詞：plc 電鍍行車前 言畢業(yè)設(shè)計是大學階段最后一次綜合性設(shè)計，是大學三年所

3、學知識的綜合題現(xiàn)，是應(yīng)用所學基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識與技能分析和解決生產(chǎn)實際問題的綜合性訓練。畢業(yè)設(shè)計是學生畢業(yè)前進行的全面綜合訓練，是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識與技能解決實際問題的教學環(huán)節(jié)，是學生在校獲得的最后訓練機會，也是對學生在校期間所獲得知識的檢驗。希望通過最終的畢業(yè)設(shè)計，能更加鞏固、擴大和強化自己所學到的理論知識和技能，提高自己畢業(yè)設(shè)計制圖、編寫技術(shù)說明書的能力，學會正確使用技術(shù)資料，標準手冊和工具書。并在設(shè)計中進一步提高自己理論聯(lián)系實際、嚴肅、認真的工作作風，為即將走上工作崗位所從事的技術(shù)工作打下一個良好的基礎(chǔ)。這次設(shè)計的題目是：plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用設(shè)計。并繪制出電鍍工藝流程圖、自動

4、工作狀態(tài)流程圖、電鍍生產(chǎn)線plc控制梯形圖。在這次設(shè)計中，我明確設(shè)計目的，并決定好好把握和利用這次踏上工作崗位前的最后一次“演習”機會，通過幾個月來的仔細查閱資料，精心設(shè)計，努力工作，終于完成了這次設(shè)計任務(wù)，但由于水平和時間有限，設(shè)計中錯誤難免，希望老師們批評指正，從而能得到不斷的進步 目錄摘要.1前言 1第1章課題簡介 11.1概述.11.2本課題的內(nèi)容和工藝要求 1第2章 方案比較 32.1繼電器、plc電路圖電路分析32.2 plc與繼電器的優(yōu)缺點32.2.1 繼電器的特點32.2.2 plc 的特點42.3 plc的選用.5第3章 plc的原理63.1 可編程控制器的等效電路63.1.

5、1存儲程序控制與可編程序控制器.63.1.2可編程序控制器的等效電路.63.2 plc掃描技術(shù)93.2.1掃描技術(shù).93.2.2掃描工作過程.93.2.3掃描周期計算103.3 plc與i/o相應(yīng)時間103.3.1改變信息刷新方式 113.3.2采用集中技術(shù)113.3.3 調(diào)整輸入濾波器 123.4梯形圖語言特點.123.5主要技術(shù)性能.123.6 plc的硬件系統(tǒng)123.7 plc應(yīng)用領(lǐng)域15第4章 plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用 174.1 工藝要求 174.2 控制流程圖 184.2.1行車自動工作控制的過程.184.3 拖動系統(tǒng)設(shè)計 194.4 plc的選型.194.5 plc輸入/輸出地

6、址對照表.204.6 plc生產(chǎn)線上的梯形圖 214.6.1 電鍍生產(chǎn)線plc控制梯形圖程序.264.6.2 梯形圖程序.29第5章 不足與改進.30第6章 小結(jié)31第7章 致謝.32.參考文獻.33第1章課題簡介1.1 概述 一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制則是電鍍生

7、產(chǎn)線自動化控制的關(guān)鍵。 電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器plc作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高。隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，存儲控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng)。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內(nèi)部的接

8、線，而只需通過通過編程器中的某些程序語言內(nèi)容。可編程控制器就是一種存儲程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程控制器的輸入端子和輸出端子。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個控制任務(wù)，同樣需要針對具體的控制對象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需用戶的輸出輸入設(shè)備，然后運行相應(yīng)的程序語言便指出相應(yīng)的程序，利用編程器和其他設(shè)備寫入可編程控制器的存儲器中。每條程序語言確定一個順序，運行時cpu一次讀取查出其中的程序語句，對它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以輸出設(shè)備，兩支被控制對象工作?？删幊炭刂破鲿r通過軟件實現(xiàn)控制邏輯的，能夠使用不同控制任務(wù)的需要，通用性強，使

9、用靈活，可靠性強。1.2、課題的內(nèi)容和工藝要求（1）、內(nèi)容：電鍍生產(chǎn)線上有三個基本的槽位，分別是：清水槽、回收槽和電鍍槽，工件由裝有可升降吊鉤的行車帶動，經(jīng)過電鍍、鍍液回收、清洗等工序，完成電鍍?nèi)^程。在電鍍生產(chǎn)線一側(cè)，工人將代加工的零件裝入吊籃，并發(fā)出信號，專用行車便提升并自動逐段進行。按工藝要求在需要停留的槽位停下，并自動下降，停留一定時間（各槽停留時間按事先工藝要求調(diào)定）后自動提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產(chǎn)線的末端自動返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號進入下一加工循環(huán)。（2）、設(shè)計要求：工件放入鍍槽中，電鍍250s后提起，停放25s，讓鍍液從工件上流回鍍槽中，

10、然后放人回收液中浸25s，提起后停20s，接著放入清水槽中清洗20s。最后提起停15s后，行車返回原位，一個工件的電鍍過程結(jié)束。如果在中途斷電，工件將報廢無需在進行下面的工序，所以可以通過點動操作返回，取下報廢品。電鍍工藝流程圖如圖1-1。250s清水槽回收液槽鍍槽15s20s25s20s25s原位sq6sq5sq4sq3sq2sq11-1電鍍工藝流程圖第2章方案比較sbtkmsbpkm（a）繼電器電路圖sbtkmsbpkmx0y0x1y0(b) plc梯 形 圖x0y0x1y02.1、繼電器、plc電路圖電路分析（1）、如圖（a）為繼電器電路圖；圖中sbt為常開按鈕，sbp位常閉按鈕，km為

11、繼電器線圈。當按下啟動按鈕sbt，繼電器km的線圈通電，其常開觸點km閉合，由于常開觸點km與啟動按鈕sbt并聯(lián)，所以即使松開啟動按鈕sbt，已經(jīng)閉合的常開觸點km仍然能使繼電器km的線圈通電，這個常開觸點稱作“自鎖”觸點。停止時按下停止按鈕sbp，繼電器的線圈失電。（2）、如圖（b）為plc梯形圖；圖中x0為常開輸入觸點，x1為常閉輸入觸點，y0表示輸出，其輸出y0的工作狀態(tài)受x0、x1信號控制，當按下啟動輸入繼電器按鈕x0，輸出繼電器y0的線圈通電，其常開觸點y0閉合，由于常開觸點y0與啟動輸入繼電器按鈕x0并聯(lián)，所以即使松開啟動輸入繼電器按鈕x0，已經(jīng)閉合的常開觸點y0仍然能使輸出繼電器

12、yo的線圈通電。停止時按下停止按鈕x1，輸出繼電器的線圈y0失電，常開觸點y0斷開。2.2、plc與繼電器的優(yōu)缺點如圖（a）、（b）對于同一控制電路，繼電控制原理和梯形圖的輸入、輸出信號基本相同，控制過程等效。2.2.1、繼電器的特點 （1）、功能不易擴展；（2）、繼電器價格相對plc便宜；（3）、繼電器接線復雜，一個產(chǎn)品的工藝改變，要重新接線，布線不易更新；（4）、繼電控制使用是內(nèi)部繼電器、定時器和計數(shù)器靠硬件連接控制電路；（5）、可靠性不高，查找和排除故障十分困難；（6）、當產(chǎn)品更新時繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線都要相應(yīng)的變化，而且這種變動工作量很大，工期長費用高。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電

13、子邏輯控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)的完成時通過電器、電子控制線路來實現(xiàn)的。這些控制線路間繼電器、接觸器、電子元件等若干分立器件用導線連接在一起、形成滿足控制對象動作要求的控制程序。這樣的控制系統(tǒng)成為接線程序控制系統(tǒng)。因其程序就固定在接線中，所以又成為接線程序。在接線控制系統(tǒng)中，若要修改控制程序就必須改變接線。設(shè)計一個接線程序控制系統(tǒng)，首先需要針對具體的控制對象，分析控制要求，確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備，設(shè)計相應(yīng)的控制線路，再根據(jù)需要制作針對該控制裝置（如繼電器控制柜或控制臺）。對于較復雜的控制過程，控制線路的設(shè)計將非常繁瑣、困難。設(shè)計的控制線路也很復雜。由于控制系統(tǒng)器件接線多，使系統(tǒng)的可靠性受到了很大

14、的影響，其平均無故障時間往往較短?？刂葡到y(tǒng)完成以后，如控制任務(wù)發(fā)生變化（如生產(chǎn)工藝流程的變化），則必須改變相應(yīng)接點才能實現(xiàn)；因而容易造成界限程序控制系統(tǒng)的靈活性、通用性較低，故障率高，維修也不方便。 2.2.2、plc的特點1、可靠性高、抗干擾性強plc采用了集成度很高的微電子器件，大量開關(guān)動作由無觸點的半導體電路來完成，其可靠程度是使用機械觸點的繼電器所無法比擬的。為了保證plc能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設(shè)計和制造過程中采取了一系列硬件或軟件的剛干擾的設(shè)施。硬件方面的設(shè)施有：（1）隔離plc的輸入、輸出接口電路一般都采用光點耦合器來傳遞信號，這種光電隔離設(shè)施使外部電路與plc內(nèi)部之間

15、完全避免了點的聯(lián)系，有效地抑制了外部的干擾源對plc的影響，還可以防止外部強電穿入內(nèi)部cpu。（2）濾波在plc電路電源和輸入、輸出(i/o)電路中設(shè)置了多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號。（3）在plc內(nèi)部cpu供點電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護等設(shè)施，防止干擾信號通過供電源進入plc內(nèi)部，另外各個輸入輸出（i/o）接口電路的電源彼此獨立，以避免電源之間的相互干擾；（4）內(nèi)部設(shè)置連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報警；（5）外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝機構(gòu)，以適應(yīng)工作的惡劣的環(huán)境。在軟件方面的設(shè)施有：（1）設(shè)置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障進行檢

16、測診斷，發(fā)現(xiàn)錯誤后，立即作自動相應(yīng)的措施，如報警、保護數(shù)據(jù)和封鎖輸出等。（2）定義用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備，以以保證停電后有關(guān)狀態(tài)及信息不會丟失。2 、編程簡單易學plc采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路的清晰直觀的特點，又充分考慮到電氣工人和技術(shù)人員的讀圖習慣，對使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識，因此，易學易懂，程序改變時也容易修改。3、功能完善、適應(yīng)性強目前plc產(chǎn)品已經(jīng)標準化，系列化和模塊化，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制功能，還具有a/d、d/a轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)實際需要，方便靈活地組裝

17、成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)，即可控制一臺單機、一條生產(chǎn)線、又可以控制一個機群、多點生產(chǎn)線。既可以現(xiàn)場控制，又可以遠程控制。 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如交流、直流、開關(guān)量或模擬量、電流或電壓脈沖或電位、強電或弱電等，plc都有相應(yīng)i/o接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場控制器件和設(shè)備直接連接，用戶可以根據(jù)需要方便的進行配置，組成使用、緊湊的控制系統(tǒng)。4、使用簡單，調(diào)試維修方便plc的接線極其方便，只需將生產(chǎn)輸入信號的設(shè)備（如按鈕、開關(guān)等）與plc的輸入端子連接，將接收輸出型號的被控制設(shè)備（接觸器、電磁閥等）與plc的輸出端子連接，僅用螺絲刀既可完成全部接線工作。plc的用戶程序可在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用

18、開關(guān)來模擬，輸出可以用plc的發(fā)光二極管。調(diào)試后再將plc早現(xiàn)場安裝調(diào)試。調(diào)試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。plc的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過plc機上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障。5、體積小、重量輕、功耗低 由于plc采用了半導體大規(guī)模集成電路，因此正規(guī)產(chǎn)品機構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低，所以plc很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設(shè)備2.3 plc的選用通過以上對比，我們很容易看出plc的功能強大和它適用性，更為人性化的操作。隨著21世紀工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，plc技術(shù)得到了迅猛的發(fā)

19、展，plc的發(fā)展越來越智能化，功能越來越完善化，plc的優(yōu)越是繼電器無法比擬的。plc是一臺工業(yè)控制的計算機，價格比繼電器昂貴，但比繼電器簡單，易于操作，工藝的變化只需重編寫程序，調(diào)試比繼電器少的多，可以自我診斷運行故障，排除故障。第3章plc的原理 plc英文全稱programmablelogiccontroller,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.plc是可編程邏輯電

20、路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導體的地方就有plcplc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 國際電工委員會(iec)在其標準中將plc定義為:可編程式邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏

21、輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。3.1 可編程控制器的等效電路3.1.1 存儲程序控制與可編程序控制器 隨著集成電路和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，存儲控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng)。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內(nèi)部的接線，而只需通過編程器中的

22、某些程序語言內(nèi)容。 可編程控制器就是一種存儲程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程控制器的輸入端子和輸出端子。如圖3-1所示。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個控制任務(wù)，同樣需要針對具體的控制對象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需用戶的輸出輸入設(shè)備，然后運行相應(yīng)的程序語言便指出相應(yīng)的程序，利用編程器和其他設(shè)備寫入可編程控制器的存儲器中。每條程序語言確定一個順序，運行時cpu一次讀取查出其中的程序語句，對它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以輸出設(shè)備，兩支被控制對象工作?？删幊炭刂破鲿r通過軟件實現(xiàn)控制邏輯的，能夠使用不同控制人物的需要，通用性強，使用靈活，可

23、靠性強。3.1.2 可編程序控制器的等效電路輸入設(shè)備（開關(guān)、傳感器）輸出設(shè)備（接觸器、電磁閥）plc內(nèi)部控制電路控制對象（電動機等）圖3-1 plc構(gòu)成的存儲程序控制系統(tǒng) 由圖3-1可知，可編程控制器構(gòu)成的存儲程序控制系統(tǒng)。由如下三個部分組成。 輸入設(shè)備：連接到可編程控制器的輸入端，它們直接接收來自操作臺命令或來自被控制對象的各種狀態(tài)信息，產(chǎn)生輸入控制信號送入可編程控制器。常用的輸入設(shè)備包括控制開關(guān)和傳感器。控制開關(guān)可以是按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)。光電開關(guān)、繼電器和接觸器的接點等。傳感器包括各種數(shù)字式模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、磁尺、熱電阻。熱電偶等。 可編程控制器內(nèi)部控制電路：采用

24、大規(guī)模集成電路制作的微處理和存儲器，執(zhí)行按照被控制對象的實際要求編制并存入程序存儲器中的程序，完成控制任務(wù)。 輸出設(shè)備：與可編程控制器的輸出端相連。它們用來將可編程控制器的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動被控制對象的工作信號。常用的輸出設(shè)備包括電磁開關(guān)、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器、狀態(tài)指示部件等。 輸入部分采集輸入信號，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，這兩部分與繼電器控制系統(tǒng)相同。plc內(nèi)部控制電路是由編程實現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器等功能。對于使用者來說，在編制應(yīng)用程序時，可以不考慮微處理器和存儲器復雜構(gòu)成及使用的計算機語言，而把plc看成內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，用近似繼電器控制電

25、路圖的編程語言進行編程。這樣從功能上講就可以把plc的控制部分看做是由許多“軟繼電器”組成的等效電路，這些“軟繼電器”的線圈、常開接點、常閉接點一般用圖3-2符號表示，plc的等效電路如圖3-3所示。 線圈 常開接點 常閉接點圖3-2“軟繼電器”的線圈和接點 下面對plc等效電路的各組部分作簡要分析。用戶輸出設(shè)備（接觸器、電磁閥等）輸出接點用戶輸入設(shè)備負載電源輸出公共端內(nèi)部“軟接線”（用程序?qū)崿F(xiàn)）輸入公共端限位開關(guān)com輸入繼電器線圈繼電器接點繼電器線圈輸入端按鈕輸入回路內(nèi)部控制電路輸出電路圖3-3 plc等效電路1.輸入回路這一部分由外部輸入電路、plc輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入

26、信號經(jīng)plc輸入接線端子驅(qū)動輸入繼電器。一個輸入對應(yīng)一個等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個常開和而常閉接點，供plc內(nèi)部控制接通即表示傳送給plc一個接通的輸入信號，因此習慣上經(jīng)常將兩者等價使用。輸入回路的電源可用plc電源部件提供的直流電壓，也可由獨立的交流電源供電。2.內(nèi)部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似與繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與節(jié)點的控制關(guān)系上大致相同。3.輸出回路 輸出部分由于內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點

27、、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動外部負載。 plc內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個輸出繼電器除了有內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉節(jié)點外，還為輸出電路提供一個常開節(jié)點與輸出接線端相連。驅(qū)動外部負載的電源由用戶提供。在plc的輸出端子排上，由接輸出電源用的公共端。 需要注意的是，plc等效電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器，它實際上是存儲器針對每一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“1”態(tài)，則相當與繼電器接通；該觸發(fā)器為“0”態(tài)，則相當于繼電器斷開。在plc提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來反應(yīng)輸入設(shè)備的狀態(tài)，也可以將其他看成是輸入信號本身；輸出繼電器用來直接驅(qū)動用戶輸出設(shè)備，而其他幾電氣與用戶

28、設(shè)備沒有聯(lián)系，在控制程序中僅起傳導中將信號的作用，因此統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器，如輔助繼電器、頁數(shù)繼電器、計時器、計數(shù)器等。plc的所有繼電器統(tǒng)稱plc的元素。3.2 plc的掃描技術(shù)3.2.1掃描工作方式plc靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于程序執(zhí)行，在存儲器中設(shè)置輸入映象寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)（或統(tǒng)稱i/o映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的個輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程這個結(jié)果的狀態(tài)。plc對用戶程序的執(zhí)行是以喜歡掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種現(xiàn)象的說法，用戶描述cpu對程序順序、分時操作的過程。掃描從第0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增的方

29、向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復始的重復。由于cpu的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序幾乎是同時執(zhí)行的。 plc的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，哪么該機電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而plc采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在plc的工作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點，并不一定都會立即動作，只有cpu掃描到該節(jié)點時才會

30、動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。3.2.2 掃描工作過程plc開始運作時，首先清除i/o映像的內(nèi)容，然后進行自診斷，自檢cpu及i/o組件，確定正常后開始循環(huán)掃描。每個掃描過程分為三個階段進行，即輸入采樣、重新執(zhí)行、輸出刷新。plc重復執(zhí)行上述三個階段，每重復一次的時間就是一個工作周期（或掃描周期），如圖3-4所示：輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新 圖3-4 plc工作周期的三個階段1.輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘枲顟B(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個過程成為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段

31、。在輸入采樣階段結(jié)束后，即時輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。2.程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，在plc對程序按順序進行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下，先左后右的順序?qū)τ晒?jié)點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram區(qū)對應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram存儲器內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)，會對排在下面的凡是用到這

32、些邏輯線圈的接點或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只有等到下一個掃描周期才可以會對排在上面的邏輯行起作用。起原因就是因為掃描是從上到下順序進行的，前面執(zhí)行的結(jié)果可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個掃描周期再次掃描前面程序的時候才有可能起作用。如果程序中兩個操作相互用不到對方的操作結(jié)果，哪么這兩個操作的程序在整個用戶程序中的相對位置是無關(guān)緊要的。3.輸出刷新階段當程序執(zhí)行后，進入輸出刷新階段。此時，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再通過輸出端驅(qū)動用戶輸出設(shè)備（負載），這就是plc的實際輸出。3.2.3掃描周期的計算 嚴格的來說

33、，在plc的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應(yīng)包含自診斷及外設(shè)通信等時間。一般來說，同型號的plc，其自診斷所需的時間相同，如三菱fx2系列機自診斷時間為0.96ms。通信時間的長度與鏈接等外設(shè)多少有關(guān)系，如果沒有連接外設(shè)，則通信時間為0.輸入采樣與輸出刷新時間取決于其i/o點數(shù)，而掃描用戶程序所程序所用的時間則與掃描速度及用戶程序長短有關(guān)。對于基本邏輯指令組成用戶程序，二者的乘積即為掃描時間。如果程序中包含用戶特殊指令，則還必須根據(jù)用戶手冊查表計算執(zhí)行這些特殊功能指令的

34、時間。3.3 plc的i/o響應(yīng)時間 掃描操作是最基本的plc操作，也是plc區(qū)別與其他控制系統(tǒng)的典型的特征之一。它提供固定的邏輯判定順序，按指令的次序求解邏輯運算，而且每個運算的結(jié)果，顆粒機用于后面的邏輯運算，消除了復雜電路的內(nèi)部競爭，使用戶在編輯的時候，看不考慮繼電器動作延時，也用不著考慮這些繼電器的觸點數(shù)量。但plc采用集中i/o刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會改變，不會映像本次掃描的結(jié)果；導致輸出信號變化滯后與輸入信號變化，這就產(chǎn)生了plc的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象；最大滯后時間為2-3個掃描周期。 產(chǎn)生輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象的原因除了

35、plc的掃描工作方式外，還與輸入濾波器的滯后作用有關(guān)。為了提高plc的抗干擾能力，在每個開關(guān)量的輸入端都采用光電隔離和r-c濾波電路等技術(shù)，其中，r-c濾波電路的濾波常數(shù)一般為10-20ms。若plc采用繼電器輸出方式，輸出電路中的繼電器觸點的機械滯后作用，也是引起輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象的一個原因。plc的這種滯后響應(yīng)，在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)是完全允許的，但不能適應(yīng)要求i/o響應(yīng)速度快的實時控制場合。為此，近期的大、中、小型plc除了加快掃描速度，還在軟硬件上采取一些措施，以提高i/o的響應(yīng)速度。在硬件方面，可選用快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊等。3.3.1 改變信息刷新方式1、i/o立即刷新 一般來

36、說，在輸入采樣階段進行輸入刷新，在輸除刷新階段刷新輸出鎖存電路；在程序執(zhí)行節(jié)端，既不刷新輸入，又不刷新輸出。這種處理方式是導致輸入輸出滯后響應(yīng)的主要原因。20世紀80年代中期以來，幾乎所有的plc都增加一種新的刷新方式：i/o立即刷新。這種新的刷新方式是通過在程序中增加i/o立即刷新指令完成的。用戶可在程序的不同位置插入i/o立即刷新指令。這樣，在plc投入運行后，除了在輸入采樣和輸出刷新階段集中進行i/o立即刷新外，還在掃描到i/o時立即刷新新指令位置，對指令規(guī)定的輸入輸出范圍，立即進行一次刷新：將指令規(guī)定的輸入狀態(tài)讀入輸入映像寄存器區(qū)，將指令規(guī)定的輸出按輸出映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)刷新輸出鎖存

37、電路。2、i/o直接刷新方式 為進一步提高i/o響應(yīng)速度，有些plc采用一種特殊的工作方式-i/o直接刷新方式（direct mode）與一般plc不同，采用i/o直接刷新方式輸入和刷新輸出。由于不進行集中i/o刷新，其i/o響應(yīng)時間縮短。3.3.2 采用中斷技術(shù)通過在用戶程序中多處插入i/o立即刷新指令，使plc可以讀取脈沖寬度小于一個掃描周期的輸入信號；輸入信號脈沖寬度越窄，要求i/o立即刷新指令的間隔越小，這給用戶編輯帶來了方便。處理窄脈沖輸入信號更有效、簡便的方法是采用診中斷技術(shù)。 近期的plc都有中斷功能。plc的中斷系統(tǒng)包括多個中斷請求源（簡稱中斷源）和相關(guān)的中斷指令。中斷操作流程

38、圖如圖：中斷服務(wù)子程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序中斷操作流程圖3.3.3 調(diào)整輸入濾波器無論采用i/o立即刷新指令，還是采用中斷技術(shù)，r-c濾波時間常數(shù)大都是影響i/o響應(yīng)速度提高的主要因素。設(shè)濾波常數(shù)為10ms，為使x10-x17共8個輸入狀態(tài)的變化及時用立即刷新指令ref讀入，則在掃描到該程序之前，變化后的輸入狀態(tài)至需要持續(xù)10ms，才能被讀入i/o映像區(qū)。為了進一步提高plc的i/o響應(yīng)速度，某些近期的plc提供帶有可調(diào)濾波器的高速開關(guān)量輸入端。這些輸入端采用常數(shù)很小的r-c濾波器和可用指令修改的數(shù)字式濾波器。如fx2系列plc就提供x7共8個這樣的高速輸入端，其r-c濾波器時間常數(shù)僅為5

39、0us，另外再加上指令修改的數(shù)字式濾波器。 3.4梯形圖語言特點（1） 每個梯形圖由多個梯級組成。（2） 梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算結(jié)果為“1”時，有假想的電流通過。 （3） 繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可以出現(xiàn)無數(shù)次。 （4） 每一梯級的運算結(jié)果，立即被后面的梯級所利用。 （5） 輸入繼電器受外部信號控制。只出現(xiàn)觸點，不出現(xiàn)線圈。3.5主要技術(shù)性能用戶程序存儲容量：是衡量可存儲用戶應(yīng)用程序多少的指標。通常以字或k字為單位。16位二進制數(shù)為一個字，每1024個字為1k字。plc以字為單位存儲指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占1個字。定時/計

40、數(shù)，移位指令占2個字。數(shù)據(jù)操作指令占24個字。3.6 plc的控制功能plc是一種一位處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機。因此它的組成以一般的微型計算機基本相同，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。plc的硬件系統(tǒng)由基本單元、i/o擴展單元及外部設(shè)備組成，如下圖為plc的硬件系統(tǒng)的機構(gòu)框架圖3.2：plceprom寫入器 打印機盒式磁帶機編程器驅(qū) 動 受 控 元 件接 受 現(xiàn) 場 信 號i/o擴 展 單 元基本單元i/o擴 展 接 口輸 入 部 件外 部 i/o 接 口存儲器ram（用戶程序）eprom(系統(tǒng)程序)控制器運算器電源 微處理器(cpu)輸 出

41、 部 件（plc的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖）1、微處理器（cpu）與通用計算機一樣，cpu是plc的核心部件，在plc控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，整個plc工作過程都是在cpu的統(tǒng)一指揮下進行的。它的主要功能有以下幾點：（1）接受從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲；（2）用掃描方式接受輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器）；（3）監(jiān)測和診斷電源，plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯誤；（4）執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能；（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或

42、數(shù)據(jù)通信等功能。2、存儲器 plc配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)程序，用戶存儲器用來存放用戶編織出來控制程序。 系統(tǒng)程序用來管理plc系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以，plc產(chǎn)品樣本或說明書中所列的存儲器類型及其容量，系指用戶程序存儲器而言。如fx2-24m的存儲器容量為4k步，即指用用戶程序存儲器的容量。 plc所配的用戶存儲器的容量 大小差別很大，通常中小型plc的用戶存儲容量在8k步以下，大型plc的存儲了容量可達到或超過256k步。3、輸入輸出(i/o)部件如上圖1-1所示中的輸入部件和輸出部件也成為輸入/輸出單元或輸入/輸出模塊。實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的輸入信號

43、多種多樣信號電平各不相同，而plc所能處理的信號只能是標準電平，因此必須通過輸入模塊將這些信號轉(zhuǎn)換成cpu能夠接受和處理的標準電平信號。同樣外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需要的控制信號電平也千差萬別，亦必須通過輸出模塊將cpu輸出的標準電平信號轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制的信號。所以，輸入/輸出模塊實際上是cpu與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備之間的連接部件，起著plc與被控制對象間傳遞輸入輸出信號的作用。plc輸入/輸出模塊的電路框圖1-2所示。外 部 輸 入 信 號隔離器濾波器輸 入 狀 態(tài) 寄 存 器濾波器信 號 接 收 回 路濾波器隔離器隔離器（a）輸入接口隔離器保存器信 號 發(fā) 送

44、回 路輸 出 狀 態(tài) 寄 存 器功率放大器外 部 設(shè) 備隔離器保存器功率放大器隔離器保存器功率放大器(b)輸出接口為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出模塊都有光電隔離裝置。在數(shù)字量i/o模塊中廣泛采用由發(fā)光二接管和光電三接管組成的光電耦合器，在模擬量i/o模塊中通常采用隔離放大器。來自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號經(jīng)輸入模塊進入plc。這些信號有的是數(shù)字量，有的是模擬量；有的是直流信號，有的是交流信號。使用時要根據(jù)輸入信號的類型選擇何時得輸入模塊。由plc產(chǎn)生的輸出控制信號經(jīng)過輸出模塊去驅(qū)動負載，如電鍍上的升降電動機的起停和正反轉(zhuǎn)、閥門的開閉、設(shè)比的移動、升降等。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負載所需

45、的控制信號有的是屬質(zhì)量，有的模擬量；有的交流，有的是直流。因此，同樣需要根據(jù)負載性質(zhì)選擇合適的輸出模塊。plc具有多種模塊，常見的有屬質(zhì)量i/o模塊和模擬量i/o模塊，以及快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊、通信接口模塊、溫度控制模塊、中斷控制模塊、pid控制模塊和位置控制模塊等多種。i/o模塊的類型、品種與規(guī)格越多，plc系統(tǒng)的靈活性越好；i/o模塊的i/o容量越大，plc系統(tǒng)的適應(yīng)性越強。 4、電源部件 plc配有開關(guān)式穩(wěn)定電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成plc內(nèi)部的cpu、存儲器和i/o接口等電路工作所需要的直流電源。plc的電源部件有很好哦的穩(wěn)壓設(shè)施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一

46、般允許外部電源電壓的額定值在+10%-15%范圍內(nèi)波動。小型plc的電源往往和cpu單元合為一體，大中型plc都有專用電源部件。為了防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，plc內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，plc還帶有鋰電池作為后備電源。 3.7 plc應(yīng)用領(lǐng)域 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)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （1） 開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)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(shè)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

47、機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2） 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。 （3） 運動控制 plc可以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(guān)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

48、運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4） 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。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （6） 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

49、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)。 （7） 通信及互聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。第4章plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用設(shè)計一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產(chǎn)品的電鍍時間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經(jīng)濟效益和社會效益，電鍍生產(chǎn)線上對行車的自動控制