基于PLC的自动打铃控制器的毕业设计(4)

2.3 PLC控制

(1)可靠性高，抗干扰能力强

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，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到原来的数百甚至数千分之一，故障也将随之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编入外围器件的故障自诊断程序，是系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统就具有了极高的可靠性[3]。

(2)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、小各个规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多数具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

(3)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，其编程语言易于为工程技术人员接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电接触器电路的功能。

(4)系统设计周期短，维护方便，改造容易

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，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来改变生产过程成为可能。因此很适合多品种、小批量的生产场合。

(5)体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，其新近产品的品种底部尺寸小于100mm2，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。 由于作息时间自动控制系统，要求能长期稳定工作，软件可修改性强和设备易于维护，综合上述各控制方式的特点该系统采用PLC来控制。

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第3章 可编程控制概述

3.1 可编程控制器的基本概念

国际电工委员会（International Electrical Committee）在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应安装易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

(1)可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是计算机。

(2) 可编程控制器是“为工作环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。

(3)可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各个场合，是一种通用的工业控制计算机。

相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用[4]。

3.2 可编程控制器的发展历史

1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技

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术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中获得了广泛的应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各种控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设置的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用得到了长足的发展。

PLC经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达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则不断下降。

世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：

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。

3.3 PLC的发展方向及前景

目前，国外PLC制造商不断推出新产品。西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列；三菱开始是F系列，FX系列，现在是A系列（A1、A2、A2X）。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联网是一个大潮流。

(1)产品规模向大、小两个方向发展

大： I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、

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扫描速度高速化。

小： 由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 (2)PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 (3)不断加强通讯功能 (4)新器件和模块不断推出

高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

(5)编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化

有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。

(6)发展容错技术

采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 (7)追求软硬件的标准化。

预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展目前的积散控制系统（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用[5]。

3.4 PLC的应用领域

(1)开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。

(2)模拟量控制

在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器能处理模拟量信号，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器可用于模拟量控制。

(3)运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配制来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

(4)过程控制

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过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID控制是一般闭环控制系统中常用的控制方法。目前不仅大中型PLC都有PID模块，而且许多小型PLC也具有PID功能。PID处理一般是运行专用的PID子程序。

(5)数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作。

(6)通信及联网

PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展将会加快，各PLC厂商都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统。最新生产的PLC都具有通讯接口，实现通讯非常方便。

3.5 PLC的主要技术指标

1. 存储器容量

存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的最大长度，一般中小型的PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。

2. 输入/输出（I/O）点数

输入/输出点数是指根据工业系统控制所得到的对应PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。

3. 扫描时间

扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。

4. 指令种类和数量

指令的种类和数量决定用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。 5. 内部寄存器的种类的数量

内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。

6. 扩展能力

PLC扩展能力是指PLC是否具有I/O扩展、联网等一些功能。

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