基于PLC的传送带控制系统设计毕业设计

第一章 可编程控制器的概论

1.1 可编程序逻辑控制器(PLC)

编程控器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的工业自动化控制装置。目前，PLC已经基本代替了传统的继电器控制系统而广泛应用于工业控制的各个领域，成为工业自动化领域中最重要的控制装置。PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。可编程控制器(PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。由此可见，用PLC控制的智能型舞台艺术灯比传统的舞台艺术灯控制优越的多。 1.2 可编程序逻辑控制器(PLC)的产生

在可编程控器出现之前，工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器控制系统，其设备具有体积大、触点寿命低、可靠性差、接线复杂、改装麻烦、维护和排除故障困难等缺点，不能适应现代社会制造工业的飞速发展。20世纪60年代，世界上第一台可编程序逻辑控制器诞生于美国的汽车制造领域，目的是用来取代继电器电气控制系统，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。随着计算机技术的不断发展，其功能逐渐扩大，不再是原来意义上的以逻辑控制为主，后来把“ 逻辑”二字去掉，称做可编程控器，曾经一度简称为PC，但是

为了避免与个人计算机的简称相混淆，现在仍然把可编程控器简称为PLC。

提出PLC概念的是美国通用汽车公司。当时汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，汽车的每一次改型都是直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继电器控制安装就需要经常的重新设计和安装，既费时，费工又费料。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出如下10项招标指标：

1）编程简单，可在现场修改程序。 2）维修方便，采用规模化结构。 3）可靠性高于继电器控制装置。 4）体积小于继电器控制装置。 5）可将数据直接送入计算机。 6）成本可与继电器装置竞争。

7）可直接用115V交流输入（美国市电为115V）.

8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。 9）控制装置扩展时很方便。

10）用户程序存储器容量至少为4KB。

1969年末，美国数字设备公司DEC研制出了世界上第一台PLC美国通用汽车公司自动装配线上试用，并获得了成功。这种新型的智能化工业控制装置很快在美国其他工业控制领域推广应用，至1971年，以成功的将PLC用于食品，饮料，冶金，造纸等行业。

PLC的出现受到了世界各国工业控制界的高度重视。1971年日本从美国引进这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年西欧国家也研制出了它们的第一台PLC。我国的PLC研制始于1974年，于1977年开始工业应用。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到20世纪70年代中期以后，PLC已广泛的发展为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用中，大规模甚至超大规模集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑判断能力，还同时具有数据处理，PID调节和数据通信功能。

国际电工委员会1987年颁布的可编程控制器标准草案中对PLC做了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用

而设计，它采用可编程控制器的存储器，用来在其内部储存程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 1.3 可编程控制器的特点

随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。PLC之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，PLC还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问题。主要特点如下:

（1）可靠性高。

可靠性高是PLC最突出的优点之一。PLC具有较高的可靠性是因为它采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

（2）在设计制造过程中，抗干扰能力强，采用一系列硬件和软件抗干扰措施。

如:硬件方面采用隔离、滤波、精选元器件等。在微处理器与10 电路之间采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰对PLC的影响，同时可以防止外部高压进入CPU单元。

（3）应用灵活。

由于PLC己实现了产品的系统化、标准的积木式硬件结构和单元化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器及其它专用功能的器件，使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减少。

（4） 功能强，通用性好。有丰富的ＩＯ接口模块。

PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数，顺序控制等功能，而且还具有AD, DA转换、数值运算、数据处理和通讯联网等功能；既可以对开关量进行控制，也可

以对模拟量进行控制；既可以对单台设备进行控制，也可以对一条生产线或全部生产工艺过程进行控制。PLC具有通信联网功能，可以实现不同PLC之间联网，并可以与计算机构成分布式控制系统。

（5）编程简单。

大多数PLC采用梯形图编程方式。梯形图与传统的继电接触控制线路图有许多相似之处，与常用的计算机语一言相比更容易被操作者接受并掌握。操作者通过阅读PLC操作手册，可以很快熟悉梯形图语言，并用来编制一般的用户程序，这也是PLC获得迅速普及和推广的重要原因之一。

（6）配套齐全，功能完善，适用性强。

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（7）易学易用，深受工程技术人员欢迎。

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（8）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

（9）体积小，重量轻，能耗低。

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.4 可编程控制器的分类