2509 電磁離合器性能測試臺控制部分設計

2509 電磁離合器性能測試臺控制部分設計,電磁離合器,性能,機能,測試,控制,節(jié)制,部分,部份,設計 xxxxxx畢業(yè)設計說明書題 目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計 學 院： xxxxxx 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： xxxxxx 姓 名： xxxxxx 指導教師： xxxxxx 完成日期： 2012 年 5 月 28 日 xxxxxx 畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計 學號： xxxxxx 姓名： xxxxxx 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 系主任： 一、主要內容及基本要求1.內容簡介： 基于 PLC 的電磁離合器性能測試臺控制部分設計 2.基本要求： （1）翻譯一篇不少于 3000 字的外文文獻（2）畫出有 CPU 接線圖 （3）各程序圖要求清晰明了 （4）畢業(yè)設計論文，要求不少于 1.5 萬字 2、重點研究的問題主要研究的問題包括以下幾個方面： 1.從實際出發(fā)了解電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的工作流程。 2.參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。 3.了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設計以及元器件的接線。 4.編寫控制程序并對其進行模擬仿真分析結果。 三、進度安排序號 各階段完成的內容 完成時間1 查閱相關文獻資料 二月初到二月底 2 通過閱讀文獻資料完成開題報告 三月上旬至三月中旬3 完成畢業(yè)設計說明書和外文文獻翻譯 三月下旬至四月中旬4 完成設計圖的繪制和相關的仿真分析 四月下旬至五月上旬5 寫出初稿 五月上旬6 修改，寫出第二稿 五月中旬7 寫出正式稿，定稿 五月下旬8 答辯 五月底四、應收集的資料及主要參考文獻⑴王永華.現代電氣控制及 PLC 應用技術[M].北京航空航天大學出版社， 2008 ⑵方大千.變頻器、軟起動器及 PLC 實用技術問答[M].人民郵電出版社，2007. ⑶劉瑞華.S7 系列 PLC 與變頻器綜合應用技術[M].中國電力出版社，2009. ⑷鄭鳳翼.圖解西門子 S7-200 系列 PLC 入門[M].電子工業(yè)出版社，2009. ⑸任國熊、任致程.特種變頻器實用手冊[M].中國電力出版社，2006. ⑹吳宗澤、羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].高等教育出版社，2006. ⑺熊詩波、黃長藝.機械工程測試技術基礎[M].機械工業(yè)出版社，2006. ⑻殷洪義、吳建華.PLC原理與實踐[M].清華大學出版社，2008. ⑼陳忠平、周少華．西門子S7-200系列PLC自學手冊[M].人民郵電出版社，2008. ⑽鄭鳳翼、金沙.圖解西門子S7-200系列PLC應用88例[M].電子工業(yè)出版社，2009. ⑾湖南湘儀動力測試儀器有限公司.JC系列轉矩轉速傳感器使用說明書. ⑿西門子(中國)有限公司.MICROMASTER440 通用型變頻器使用大全. ⒀李華棟.基于數字信號控制器的磁電式相位差轉矩轉速測量系統(tǒng)的研究[J].重慶大學 碩士學位論文，2006. ⒁羅穩(wěn)剛.電梯PLC控制設計[J].成都電子機械高等?？茖W校，2007. xxxxxx畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 xxxxxx 姓名 吳 滔 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計 評價項目 評 價 內 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經濟分析能力。論文（設計）質量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價評閱人： 年 月 日 xxxxxx畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： xxxxxx 姓名： 吳 滔 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 70 頁 圖 表 1 張論文（設計）題目： 電磁離合器性能測試臺控制部分設計 內容提要： 隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。因此，轉矩、轉速測量系統(tǒng)的研制和生產情況，也就表征了一個國家的基礎工業(yè)和科學研究的現代化水平。本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉矩轉速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子 S7-200 系列 PLC 在本系統(tǒng)中的應用，確定了以西門子 S7-200PLC 為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的集中控制。 指導教師評語指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目 錄第 1 章緒 論 .................................................................................................................11.1 電磁離合器概述 ...............................................................................................11.2 課題背景及意義 ...............................................................................................11.3 國內外基本研究情況 .......................................................................................11.3.1 轉矩測量的國內外發(fā)展 現狀 ................................................................11.3.2 PLC 控制系統(tǒng)的國內外發(fā) 展現狀 ........................................................21.4 課題的主要研究內容 .......................................................................................2第 2 章 PLC 可編程 序控 制器 ............................................................................32.1 PLC 的起源 和發(fā)展 ..........................................................................................32.2 PLC 控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系 統(tǒng)的比較 ..................................................52.2.1 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 ............................................52.2.2 PLC 控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較 ....................................................52.2.3 PLC 控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的 比較 ............................................72.3 PLC 控制系統(tǒng)的組成 .......................................................................................72.3.1 硬件的組成 ............................................................................................72.3.2 軟件的組 成 ..........................................................................................102.4 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展 趨勢 .............................................................................13第三章 元器件選 型 ..............................................................................................153.1 PLC 選型 ........................................................................................................153.1.1 輸入輸出（I/O）點數的估算 ............................................................153.1.2 存儲器容量的估算 ..............................................................................153.1.3 控制功能 的選擇 ..................................................................................16 3.1.4 機型的選擇 ..........................................................................................173.1.5 CPU226 及 EM235 介 紹 ......................................................................193.2 I/O 地址分配與擴展 I/O 的地址分配 ...........................................................193.2.1 本機最大 I/O 配置 ..............................................................................193.2.2 I/O 點數擴展 和編址 .........................................................................203.2.3 本設計 I/O 地址 分配表 .......................................................................213.3 變頻器選型 .....................................................................................................213.3.1 變頻器介紹 ..........................................................................................213.3.2 變頻器的 調速 ......................................................................................223.3.3 變頻器選型原則 ..................................................................................223.3.4 MM440 變頻器介 紹 .............................................................................253.3.5 MM440 特點 ........................................................................................253.3.6 MM440 控制端子介 紹 ........................................................................273.4 傳感器選 型 ....................................................................................................293.4.1 傳感器簡介 ..........................................................................................293.4.2 轉矩轉速傳感器工作原 理 ..................................................................303.4.3 轉矩轉速傳感器選型依 據 ..................................................................313.5 扭矩 儀 .............................................................................................................33第四章 控制系統(tǒng)程序 設計 ................................................................................344.1 程序設計說明 .................................................................................................344.2 轉矩調零程序設計 ........................................................................................344.3 測量系統(tǒng)控制程序設 計 .................................................................................364.3.1 測量系統(tǒng)工作流程 ...............................................................................364.3.2 模擬量控制編程方法 ...........................................................................364.3.3 轉矩傳感器電機控 制 ...........................................................................374.3.4 測量過程控制 程序 ...............................................................................384.4 故障報警 電路設計 ........................................................................................39第五章設計 總結 .....................................................................................................435.1 本設計研究結 論 .............................................................................................435.2 設計存在的問題和展望 .................................................................................43致謝 ............................................................................................................................44參考文獻 ...................................................................................................................45附錄Ⅰ 程序語 句 ...................................................................................................46附錄Ⅱ CPU226 接 線圖 .......................................................................................49 附錄Ⅲ 外文文獻翻譯 .........................................................................................50附錄Ⅳ 外文文獻原 文 ..........................................................................................58摘要隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽車、船舶運輸、柴油機、化工機械、石油工業(yè)、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。因此，轉矩、轉速測量系統(tǒng)的研制和生產情況，也就表征了一個國家的基礎工業(yè)和科學研究的現代化水平。本文介紹了可編程控制器的特點及工作原理，詳細闡述了變頻器、轉矩轉速傳感器以及一些電器元件的特點。同時描述了西門子S7-200系列PLC在本系統(tǒng)中的應用，確定了以西門子S7-200PLC為核心的控制系統(tǒng)，完成了對電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的集中控制。關鍵詞：轉矩轉速測量，PLC，電磁離合器 ABSTRACTAlong with the progress in science and technology and the development of productive forces，torque and rotational speed measurement technology is widelyapplied in motor,automobile，marine transportation,diesel engine,chemical machinery,petroleum industry,metallurgy,etc．The torque and rotational speed measurement is necessary for mechanical products’development and research，test and analysis，quality test,pattern appraisal and energy conservation,security and optimized control.Therefore,the development and production of torque and rotational speed measuremant system also represent the modem level of a country’s basic industry and the scientific research．This paper provides an overview of featuers and working principle of the Programmable Logic Controller, elaborated the features of iverter, sensor and other electrical componets. Also describes the Siemens S7-200 series PLC in this system, established Siemens S7-200PLC as the core control system, completed the centralized control of electromagnetic clutch torque measurement system.Keywords: Torque and tational speed measurement,PLC，Electromagnetic clutch1第 1 章緒論1.1 電磁離合器概述電磁離合器主要應用于機械傳動系統(tǒng)中，可在主動部分運轉的情況下，使從動部分與主動部分結合或分離。它有著高速響應、耐久性強、組裝維護容易，使用簡單、動作確實等特點。電磁離合器的動作是通過電磁線圈驅動離合盤吸合與分開。電 磁 離 合 器 可 分 為 ： 干 式 單 片 電 磁 離 合 器 ， 干 式 多 片 電 磁 離 合 器 ，濕 式 多 片 電 磁 離 合 器 ， 磁 粉 離 合 器 ， 轉 差 式 電 磁 離 合 器 等 。1.2 課題背景及意義轉矩、轉速測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全與優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。通過測量機械設備的轉矩、轉速，可以分析研究零件、機構的受力狀況和某些物理現象的機理。因此，轉矩、轉速測量及分析是保證各種生產及輔助設備安全正常運行、節(jié)省能源、提高系統(tǒng)效率的重要手段。轉矩、轉速在線監(jiān)測對減少非計劃檢修時間，快速分析產生事故及故障的原因，提高生產效率和經濟效益都有重要意義。隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，轉矩、轉速測量技術已在電機、汽車、船舶運輸、交通、柴油機、化工機械、石油、冶金等多方面獲得了廣泛的應用。在市場經濟激烈的競爭下，許多機械新產品既要向更大功率、更高速度、更高效率的方向發(fā)展，又要向更小的設計裕度方向加速發(fā)展，轉矩、轉速測量能為旋轉機械的設計提供科學數據；轉矩、轉速測量應用在自適應控制系統(tǒng)中，可為自適應控制系統(tǒng)提供控制信號；轉矩、轉速測量是檢驗各類動力機械功率輸出是否達到設計標準的必要手段；對于一些大型的、關鍵的、無儲備的動力機械設備來說，由于他們的意外停車或故障將造成極大的危害，而轉矩、轉速測量可對這些設備的運行進行狀2態(tài)監(jiān)測和故障識別，做到提前預警，避免危害。此外，轉矩、轉速測量在作為節(jié)能指示器，多主機系統(tǒng)的動力平衡指示器等方面都有著廣泛應用。隨著轉矩、轉速測量的廣泛應用，市場對轉矩、轉速測量系統(tǒng)也提出了越來越高的要求：由靜態(tài)測試轉向動態(tài)在線檢測；由間接測量轉向直接測量；由單功能轉向多功能，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶；要求系統(tǒng)微型化、數字化、智能化、虛擬化和網絡化；要求轉矩、轉速的檢測與動力裝置的控制相結合，達到轉速、轉矩、輸出功率的優(yōu)化配置。 1.3 國內外基本研究情況1.3.1 轉矩測量的國內外發(fā)展現狀轉矩的測量，按原理可分為：傳遞類(扭軸類或轉矩計類)，平衡力類(支反力類或測功機類)，能量轉換類(間接測量法)等三類。據統(tǒng)計，現代實驗工作中，大多數都采用傳遞類轉矩測量法。轉矩測量技術主要包括兩方面：一是傳感器，二是測量系統(tǒng)?，F階段應用最為廣泛的傳遞類轉矩測量手段是采用傳感器測量。國外轉矩、轉速測量系統(tǒng)總體說來發(fā)展較早，技術水平也較為先進。但近幾年來，國內的轉矩、轉速測量系統(tǒng)經過廣大科研技術人員的不斷努力，也取得了迅速的發(fā)展。1.3.2 PLC 控制系統(tǒng)的國內外發(fā)展現狀自從第一臺 PLC 出現以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制 PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有 200 多家 PLC 廠商，400 多品種的 PLC 產品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個流派產品，各流派 PLC 產品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型 PLC，其小型 PLC 性能先進，結構緊湊，價格便宜，在世界市場上占用重要地位。著名的 PLC 生產廠家主要有美國的 A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國的 AEG 公司、西門子（Siemens）公司，法國的TE（Telemecanique）公司等。我國的 PLC 研制、生產和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20 世紀 70 年代末和 80 年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的 PLC。此后，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計中，PLC 的應用逐年增多，并取3得顯著的經濟效益，PLC 在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產PLC，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機制造公司、廈門A-B 公司等。1.4 課題的主要研究內容本次設計的大體內容是運用PLC配合變頻器和轉矩轉速傳感器來控制電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)。要完成以上要求，本論文具體內容包括以下幾個方面：⑴從實際出發(fā)，了解電磁離合器轉矩測量系統(tǒng)的工作流程。⑵參考工作流程，確定控制方案及要用到的元器件。⑶了解各元器件的功能和工作原理，完成相應的硬件設計以及元器件的接線。⑷編寫控制程序，并對其進行模擬仿真分析結果。第 2 章 PLC 可編程序控制器2.1 PLC 的起源和發(fā)展在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產的各個領域，繼電器控制系統(tǒng)通常可以看成由輸入電路，控制電路，輸出電路和生產現場這 4 個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關，限位開關，傳感器等構成。用以向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現場實施控制；生產現場是指被控制的對象（如電動機等）或生產過程。繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產規(guī)模的逐步擴大，市場經濟競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應，因為繼電器控制電路通常是針對著某一固定的動作順序或生產工藝而設計的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時，計數等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產工藝發(fā)生變化，就必須進行重新設計，布線，裝配，和調試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經濟發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。出于上述考慮，美國通用汽車公司（GM）于 1968 年提出了公開招標研制新型的工業(yè)控制器的設想，第二年，即 1969 年美國數字設備公司（DEC）就研4制出了世界上第一臺可編程序控制器。在這一時期，可編程序控制器雖然采用了計算機的設計思想，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算，定時，計數等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為 PCL（Programmable Logical Controller） ，即可編程序邏輯控制器。20 世紀 70 年代末 80 年代初，微處理器技術日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點運算，函數運算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制。因此，美國電氣制造協會 NEMA（National Electrical Manufacturers Association）將之正式命名為 PC（Programmable Controller） 。值得注意的是，因為個人計算機的簡稱也是 PC（Personal Computer） ，有時為了避免混淆，人們習慣上仍將可編程序控制器簡稱 PLC（盡管這是早期的名稱） 。本書采用 PLC 的稱呼。20 世紀80 年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以 16 位和 32 位微處理器構成的微機化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設計上，性能價格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆嫈?，中斷技術，PID控制等功能，同時聯網通信功能也得到了加強，這些都使得可編程序控制器的應用范圍和領域不斷擴大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產和發(fā)展規(guī)范化。國際電工委員會（IEC）制定了 PLC 的標準，并給出了它的定義：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內部儲存執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作，并通過數字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充功能的原則設計。 ”綜上所述，PLC 是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認和好評。他經過短短的幾十年發(fā)展后，現在已成為現代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CAD/CAM）之一，被廣泛地應用于機械，冶金，化工交通，電力等領域中。以 PLC 作為控制器的 PLC 控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現的，而 PLC 控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現的，不僅可以實現開關量控制，還可以進行模擬量控制，順序控制。另外，它的定時和計數功能也遠比繼電器控制系統(tǒng)強很多，一般可以為用戶提供幾十個甚至上百個定時器，計數器。隨著計算機和通信技術的發(fā)展，現代 PLC 控制系統(tǒng)已遠不是幾5十年前的那個樣子，PLC 的控制從早期的單機控制發(fā)展到多機控制，實現了工廠自動化。盡管現在的 PLC 控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動控制的角度來看，PLC 控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結構上仍有相似之處?，F在以集中型的 PLC 控制系統(tǒng)為例說明集中型 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結構上有那些相同和不同之處，這對初學者理解 PLC 控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型 PLC 控制系統(tǒng)的結構。將兩種系統(tǒng)相比，就會發(fā)現 PCL 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開關，傳感器所構成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥等構成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被PLC 中的程序代替，這樣一旦生產工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC 控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制。隨著微電子技術的進一步發(fā)展，PLC 的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC 控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢。2.2 PLC 控制系統(tǒng)與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)控制功能的實現 由許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能各種控制功能是通過編制的程序來實現的對生產工藝過程變更的適應性適應性差。需要重新設計，改變繼電器和接線適應性強，只需對程序進行修改控制速度 低?？繖C械動作實現 極快?？课⑻幚砥鬟M行處理計數及其他特殊功能 一般沒有 有安裝，施工 連線多，施工繁 安裝容易，施工方便可靠性 差，觸點多，故障多 高，因元器件采用了篩選和老化等可靠性措施壽命 短 長可擴展性 困難 容易維護 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護工作量小表 2-1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)比較表6結論：由于 PLC 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有無法比擬的優(yōu)點，因此，在今后的控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被 PLC 控制系統(tǒng)所代替是大勢所趨。2.2.2 PLC 控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)的比較20 世紀 60 年代，由于小型計算機的出現，有人曾試圖用小型計算機來取代當時占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，結果未獲成功，取而代之的卻是 PLC 的出現。通過計算機與 PLC 本身的工作目的，原理和方式上都存在著較大的差異，其結果比較見下表。比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)工作目的 科學計算，數據管理等 工業(yè)自動控制工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求比較高 對環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現場工作工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)的軟件 一般只需要簡單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修編程語言 匯編語言，高級語言 梯形圖，助記符語言，SFC 標準化語言對操縱人員的要求需專門培訓，并具有一定的計算機基礎一般技術人員，稍加培訓即可操作使用對內存的要求 容量大 容量小價格 價格高 價格較低其他 若用于控制，一般需自行設計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng)表 2-2 PLC 與計算機系統(tǒng)比較表結論：一般情況下，在工業(yè)自動化工程中采用 PLC 可靠，方便，易于維護。進入 20 世紀 70 年代，采用微處理器的工業(yè)控制計算機出現了。它與 PLC7共同推動著傳統(tǒng)工業(yè)的技術改造。經過較長時間是實踐，人們又發(fā)現，PLC 與一般的工業(yè)控制計算機相比，PLC 還是有著較強的優(yōu)勢，其原因是 PLC 專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計，在 PLC 中采用了如下的硬件和軟件措施：⑴ 光電耦合隔離和 R-C 濾波器，有效地防止了干擾信號的進入。⑵ 內部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。⑶ 采用優(yōu)良的開關電源，防止電源線引入的干擾。具有良好的自診斷功能可對 CPU 等內部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。⑷ 對程序及有關數據有電池供電進行后備，一旦斷電或運行停止，有關狀態(tài)及信息不會丟失。⑸ 對采用的器件都進行了嚴格的篩選和簡化，排除了因器件問題而造成的故障。⑹ 采用了冗余技術進行一步增強了可靠性。對某些大型 PLC 還采用了雙CPU 構成冗余系統(tǒng)，或三 CPU 構成表決式系統(tǒng)。⑺ 隨著構成 PLC 的元器件性能的提高， PLC 的可靠性也在相應的提高。一般 PLC 的平均無故障時間可達到幾萬小時以上。某些 PLC 的生產廠家甚至宣布，今后生產 PLC 不再標明可靠性這一指標，因為對 PCL 來講這一指標已毫無意義了。經過大量時間人們發(fā)現 PLC 系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障大是由于PLC 的外部開關，傳感器，執(zhí)行機構引起的，而不是 PLC 本身發(fā)生的。⑻ 另外，PLC 程序設計簡單，易學易懂易維護，更適合于工程技術人員。因此，PLC 在工業(yè)控制方面獲得了極大成功，成為工業(yè)控制中的主流。但是必須指出的是：計算機在信息處理方面還是優(yōu)于 PLC，所以在一些自動化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結合起來，PLC 做下位機進行現場控制，計算機做上位機信息處理。計算機與 PLC 之間通過通信線路實現信息的轉換和交換。這樣相輔相成，構成一個功能較強的完整的控制系統(tǒng)。2.2.3 PLC 控制系統(tǒng)與集散型控制系統(tǒng)的比較由前所述可知，PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散型控制系統(tǒng) DCS（Distribution Control System）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。而 PLC 隨微電技術，計算機技術和通信技術的發(fā)展，無論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯網通信上，都用很大的提高。并開始與小型計算機聯成網絡，構成了以 PLC 為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著 PLC 網絡通信功能不斷增強，PLC與 PLC 及計算機的互聯，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數據高速公路上（Data Highway）掛接在線通用計算機，實現在線組態(tài)，編程和下裝，進行在8線監(jiān)控整個生產過程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上 PLC 的價格和可靠性優(yōu)勢，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。2.3 PLC 控制系統(tǒng)的組成PLC 控制系統(tǒng)像一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個部分組成的，硬件是指 PLC 本身及其外圍設備，軟件是指管理 PLC 的系統(tǒng)軟件，PLC的應用程序，編程語言和程序支持工具軟件。圖 2-1 典型 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成圖2.3.1 硬件的組成PLC 控制系統(tǒng)的硬件是由是由輸入/輸出（I/O）電路及外圍設備等組成的。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕嶋H應用的需要而定，可大可小。下面對構成控制系統(tǒng)的主要部分簡要介紹。 （1）主控模塊除了早期生產的整體式 PLC（PLC 的各個部件都在同一機殼內）外，目前市場多數的 PLC 都已采用模塊化的結構（PLC 的各個部件獨立封裝，稱之為模塊） 。在 PLC 中各個模塊均通過系統(tǒng)總線相互連接起來構成一個系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱 CPU） ，它包括：CPU，存儲器，通信接口等部分。①CPU：CPU 是 PLC 的控制中樞，它由控制器和運算器組成。其中，控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制 PLC 工作的部件。運算器則是進行邏輯，算術等運算部件。PLC 在 CPU 的控制下使整個機器有條不紊的協調工作，以實現對現場各個設備的控制。CPU 的具體作用如下：執(zhí)行接受，存儲用戶程序的操作指令。9用以掃描方式來自輸入單元的數據和狀態(tài)信息，并存入相應的數據存儲區(qū)。執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數據和信息的處理，產生相應的內部控制信號，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。響應外部設備（如編程器，打印機）的請求。PLC 中所采用的 CPU 隨機型的不同而不同，通常有 3 種：通用微處理器（如 8086，80286，80386 等） ，單片機芯片，位片式處理器。一般來說，小型PLC 大采用 8 位微處理器或單片機作為 CPU，如 Intel8086，Inter96 系列單片機，具有集成度高，運算速度快，可靠性高等優(yōu)點。如日本歐姆龍公司生產的OMRONC200H 型 PLC 采用的是 Motorola 公司生產的 MC68B09 的 CPU 芯片。這是一種增強型 8 位微處理器。對大型 PLC，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強，速度快，效率高的優(yōu)點。目前，一些廠家生產的 PLC 中，還采用了冗余技術，即采用雙 CPU 或三CPU 工作，進一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術可使 PLC 的平均無故障工作時間達幾十萬小時以上。②存儲器：PLC 系統(tǒng)中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數據。系統(tǒng)程序存儲區(qū)：采用 PROM 或 EPROM 芯片存儲器。它是由生產廠家直接存放的，永久存儲的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和 PLC 的硬件組成與專用部件的特性有關，用戶不能隨意訪問和修改這部分存儲器的程序。存儲器區(qū)：工作數據是 PLC 運行過程中經常變化的，需要隨機存取的一些數據。這些數據一般不需要長久保存，因此采用隨機存儲器 RAM。數據存儲區(qū)包括輸入，輸出數據映象區(qū)，定時器/計數器預置和當前數值的數據。用戶程序存儲區(qū)：用于存放用戶經編程器或計算機輸入的應用程序。一般采用 EPROM 或 EEPROM 存儲器，用戶可檫寫重新編程。用戶程序存儲器的容量一般就代表 PLC 的標稱容量。通常，小型機小于 8KB，中型機小于 50KB，而大型機可以在 50KB 以上。③通信接口：主控模塊通常有一個或一個以上的通信接口（簡稱通信口） ，用以與計算機，編程器相連，實現編程，調試，運行，監(jiān)視等功能。 （2）輸入/輸出模塊 PLC 的控制對象是工業(yè)生產過程，它與工業(yè)生產過程的聯系是通過 I/O 模塊實現的。生產過程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開關量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應的 I/O 模塊作為 CPU 與工業(yè)生產現場的橋梁。且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。目前，生產廠家已開發(fā)出各種10型號的模塊供用戶選擇。對于輸入/輸出模塊有：數字量輸入 /輸出模塊，開關量輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊，交流信號輸入/輸出模塊，220V 交流輸入/輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶 CPU，存儲器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨立完成各種運算。智能模塊的種類很多，如高速計數模塊，PID 調節(jié)的模擬量控制模塊，閥門控制模塊，智能存儲模塊和智能 I/O 模塊。（3）電源模塊該模塊將交流電源轉換成供 CPU 存儲器所需的直流電源，是整個 PLC 系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到 PLC 的功能和可靠性。目前，大多數PLC 采用高質量的開關式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比，PLC 的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強。有些機器的電源除了供內部電路使用外，還向外提供24VDC 的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。I/O 電路PLC 的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經過 PLC 處理后，通過執(zhí)行裝置實現控制。輸入電路就是被控對象（需要進行控制的機器，設備和生產過程）進行檢測，采集，轉換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕，開關等也可以向 PLC 送控制指令。輸出電路的功能就是接受 PLC 輸出的控制信號，對被控對象執(zhí)行控制任務。PLC 外圍設備PLC 的外圍設備很多，但基本功能不外乎對信息和數據的處理。常用的有編程器，可編程終端，打印機，條碼讀入機等等。編程器 PLC 的重要外圍設備之一，它可以將用戶編寫的程序送到 PLC 的用戶程序存儲器。因此，它的主要任務是輸入程序，調試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程?？删幊探K端是具有 I/O 功能的 PLC 人機界面產品。人可以通過觸摸屏幕將信息輸入 PLC 中同樣可編程終端也可以將 PLC 的輸入數據和信息顯示在屏幕上。112.3.2 軟件的組成PLC 控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應用軟件，編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。（1）PLC 系統(tǒng)軟件與工作過程PLC 系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC 對用戶程序進行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結束，然后返回到程序的始又開始新的一輪掃描。PLC 的這種工作方式就稱之為循環(huán)掃描。12圖 2-2 PLC 內部工作示意圖值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)中，一個繼電器的線圈被接通或斷開，繼電器的所用觸點（常開觸點和常閉觸點）都會立即動作。但在 PLC 中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所用只有掃描到”線圈”的觸點時，才會動作，沒有掃描到時，觸點就不會動。并且 PLC 掃描一次用戶程序的時間即掃描周期與擁護程序的長短和掃描速度有關，一般為 1ms 至幾十毫秒?，F以 OMRONP型機為例來說明 PLC 掃描的工作過程，如上圖在沒有掃描之前，PLC 首先應保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機性，進