1、东海科学技术学院本科生毕业论文I装配流水线的 PLC 控制设计郑巧（东海科学技术学院 机电工程系，浙江 舟山 316000）摘要本设计以当今自动化水平越来越高的现状。装配流水线在生产过程中代替人力发挥出越来越重要的作用。以此为背景从它的概念和特点出发，提出了装配流水线生产上的问题和不足，如：生产不平衡、效率低、现场管理混乱等。各企业通过调整装配作业指导、运用工序同期化和加强现场管理等方法来改善这些问题。对装配生产流水线进行改进，最终达到使整个装配线趋于平衡、装配效率有效提高和提高现场管理的目的。PLC 是现代通用的工业控制计算机。其接口容易，同时 PLC 的编程语言简单易懂很容易被不管是否有电
2、路基础的用户都能很快上手和掌握。在各个领域都得到广泛的应用，特别是工业自动化领域。装配流水线是现在企业批量生产和扩大发展中不可或缺的的生产方式。目前，PLC 在装配流水线上应用广泛。而本设计是在电脑上模拟控制整个装配流水线的流程，以现在较为流行的 PLC(可编程控制器)为基础来实现装配流水线的控制功能。本次设计我以饮料装瓶为例。其程序是通过 PLC 控制 8 盏 LD 灯的闪烁来模拟饮料装配流水线的传送、装瓶、盖盖、贴签和成品入库。在程序设计中，我使用了大量的置位与复位指令，并运用比较指令来选择不同的操作工位，结合传感器使饮料瓶到达装配工位时停止传送。经过多次的程序设计和模拟仿真，程序已能实现
3、移位、三工位装配和单工位入库等操作。关键词：装配流水线；PLC；控制系统东海科学技术学院本科生毕业论文IIAbstractNowadays, this design occupies important position in automation level. The assembly line to replace human in the process of production playing an increasingly important role, as the background.Proceeding from its concept and characteristic
4、，It Puts forward the problems and the insufficiency in the assembly line of production .Such as: production imbalance, the efficiency is low, the site management confusion, etc. In order to solve these problems ,we can take measures like adjusting the assembling work instruction，synchronization in u
5、sing process, strengthening the site management .Making improvement of the assembly production line, can finally make the whole assembly line in equilibrium, and effectively improve the assembly efficiency and enhance the site management .PLC is the control computer of modern general industrial. Its
6、 interface is easy, meanwhile the programming language of PLC is simple and can be easily understand and quickly handcuffed and master whether the users have circuit basis or not. In every field it is widely used, especially in industrial automation. Assembly line is the indispensable mode of produc
7、tion in enterprise of expanding and batch production. At present, the PLC is widely used in the assembly line. While this design on the computer which is controlling the entire process in the assembly line, with current relatively popular PLC (programmable controller) as the basis for realizing simu
8、lation control function of the assembly line. After many program design and simulation, it can basically achieve the required functions. This designs me with the beverage bottle for example. Its procedure is the flicker that controls 8 LD lights through PLC to imitate the transmission of the beverag
9、e assembles flowing water line, bottle, cover cover, stick label and finished product to store in ware house. In the program design, I used to in great quantities place with reset instruction, and make use of to compare instruction to choose different operation work, stop transmission while combinin
10、g to spread a feeling machine to make beverage bottle arrive to assemble a work. Imitate really after many program designs and emulation, the procedure can already carry out to move and 3 to assemble and list the work store in warehouse etc. operation.Keywords: assembly line; PLC; Control system.东海科
11、学技术学院本科生毕业论文III目 录前言 1第 1 章 装配流水线及传感器的基本介绍 .21.1 装配流水线的基本介绍 21.1.1 装配流水线的起源 21.1.2 装配流水线的概述 21.1.3 装配流水线的发展 21.1.4 装配流水线生产的形式 21.1.5 装配流水线生产的组织条件 31.2 PLC 控制饮料装瓶流水线的优势 31.3 传感器的基本介绍及选择 41.3.1 传感器的概念与组成 41.3.2 传感器的选择 4第 2 章 PLC 的基础知识及选型 .62.1 可编程控制器概述 62.1.1 PLC 的产生 62.1.2 PLC 的定义 72.1.3 PLC 的发展 72.2
12、 PLC 的特点 82.3 PLC 的组成及其工作原理 92.3.1 PLC 的组成 92.3.2 PLC 的工作原理 .102.4 PLC 的编程语言 .112.5 PLC 的分类及其应用领域 .112.6 PLC 与其他工业控制系统的比较 .122.7 PLC 选型 .122.7.1 FX2N 系列 PLC 的功能及基本性能 132.7.2 FX2N 系列适用范围 14第 3 章 装配流水线的 PLC 控制程序设计部分 15东海科学技术学院本科生毕业论文IV3.1 设计任务 .153.1.1 装配流水线的 PLC 控制系统的工作原理 .153.1.2 控制要求 .163.2 硬件设计 .1
13、73.2.1 输入/输出端口配置 173.2.2 PLC 的外部接线图 .173.3 梯形图分析 .183.4 调试过程 及结果 .22小结 .23致谢 .24参考文献 .25附录 指令表 26东海科学技术学院本科生毕业论文1前言本设计的目的是通过对装配流水线的 PLC 控制设计，进一步熟悉 PLC 的概念、特点和控制原理。在设计过程中，我以饮料装瓶流水线的生产为对象，使我的设计更有针对性。装配流水线是将人和机器有效的结合起来，更加充分的发挥了机器设备的灵活性和稳定性，同时节约了人力资源，提高了效率。装配流水线包括了输送系统、随行夹具、在线专机、检测设备等。他们的有机组合广泛的满足了产品的装配
14、要求。在现代装配流水线的传输方式中主要有两种，分别是同步传输（强制式）和非同步传输（柔韧式） ，在生产过程中根据配置选择，实现手工装配或半自动装配。装配流水线是现在企业批量生产和扩大发展中不可或缺的。本次设计我主要是实现装配流水线的半自动装配。当然随着装配流水线的发展，日渐成熟和新的技术的应用，但在生产上也会出现问题，如：生产不平衡、效率低、生产事故的出现、现场管理混乱等。本次设计是在电脑上控制整个装配流水线的流程，以现今较为流行的 PLC（可编程控制器）为基础来实现装配流水线的模拟控制功能。PLC 在装配流水线中的应用，使其更具可靠性、安全性和灵活性。PLC 是现代通用的工业控制计算机。其接
15、口容易，同时 PLC 的编程语言简单易懂很容易被不管是否有电路基础的用户所上手和掌握。在各个领域都得到广泛的应用，特别是工业自动化领域。本次设计我选用的 PLC 是三菱公司的 FX2N 系列。研究这个课题的意义在于通过设计和调试，让我更好的熟悉 PLC 并加强我的实际动手能力。东海科学技术学院本科生毕业论文2第 1 章 装配流水线及传感器的基本介绍1.1 装配流水线的基本介绍1.1.1 装配流水线的起源20 世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了 7882 种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装
16、配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从 12 小时 28 分缩短到 1 小时 33 分。大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。最典型的流水生产线是汽车转配生产线。流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。1.1.2 装配流水线的概述在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此
17、,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过
18、程。装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。它具有以下特征：工作地点的专业化程度非常高；具有明显的规律性；每条生产线的生产水平相似；生产过程封闭、不可逆；有很强的连续性。1.1.3 装配流水线的发展1.现代流水生产起源于 1914 年1920 年的福特制。福特制的主要内容：在科学组织生产的前提下谋求高效率和低成本。因而实施产品、零件的标准化、设备和工具的专用化以及工作场所的专业化。唯一最佳的“单一产品原则”。创造了流水线的生产方法，建立了传送带式的流水生产线。2.内容和形式上的变化内容上：产品的装配、零件的机械加工、锻压、铸造、热处理、电镀、焊接、油漆以及包装等。
19、形式上：单一产品流水线可变流水线混合流水线成组流水线半自动流水线自动化流水线 1.1.4 装配流水线生产的形式1.按生产对象的移动方式：固定流水向线和移动流水线东海科学技术学院本科生毕业论文3固定流水线：是指生产对象位置固定,生产工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动.主要用于不便运输的大型制品的生产,如重型机械、飞机、船舶等的装配；移动流水线：生产对象移动，工人和设备及工具位置固定的流水线。这是常用的流水线的组织方式。2.按生产对象的数目：单品种流水线和多品种流水线单品种流水线：又称不变流水线，是指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大，以保证流水线上的设备有足够的负荷；多品种流水
20、线：将结构、工艺相似的两种以上制品，统一组织到一条流水线上生产。3.按产品的轮换方式：可变流水线、成组流水线和混合流水线可变流水线：集中轮番地生产固定在流水线上的几个对象，当某一制品的批制造任务完成后，相应地调整设备和工艺装备，然后再开始另一种制品的生产；成组流水线：固定在流水线上的几种制品不是成批轮番地生产，而是在一定时间内同时或顺序地进行生产，在变换品种时基本上不需要重新调整设备和工艺装备；混合流水线：是在流水线上同时生产多个品种，各品种均匀混合流送，组织相间性的投产。一般多用于装配阶段生产。4.按连续程度：连续流水线和间断流水线连续流水线：制品从投入到产出在工序间是连续进行的没有等待和间
21、断时间；间断流水线：由于各道工序的劳动量不等或不成整数倍关系，生产对象在工序间会出现等待停歇现象，生产过程是不完全连续的。5.按节奏性程度：强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线强制节拍流水线:要求准确地按节拍出产制品；自由节拍流水线: 不严格要求按节拍出产制品,但要求工作地在规定的时间间隔内的生产率应符合节拍要求；粗略节拍流水线: 各个工序的加工时间与节拍相差很大,为充分地利用人力、物力，只要求流水线每经过一个合理的时间间隔，生产等量的制品，而每道工序并不按节拍进行生产。6.按机械化程度：手工流水线、机械化流水线和自动线1.1.5 装配流水线生产的组织条件1.品种稳定单一，产量足够大
22、，长期供货，单位劳动量大，保证设备足够负荷。2.产品结构和工艺相对稳定：先进性；良好的工艺性和互换性；标准化程度高。3.工艺过程既可划分为简单的工序，又可以相互合并。4.原材料和协作件的标准化、规格化，且按时供应。5.机器设备始终处于完好状态，严格执行计划预修制度。6.工作必须符合质量标准。7.厂房和生产面积适合安装流水线。1.2 PLC 控制饮料装瓶流水线的优势1.生产效率高相对于传统的饮料装瓶流水线，由 PLC 控制的装瓶流水线其电气部分由 PLC 控制。这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和不足，PLC 灵活的可编程性能很快的对程序进行改进。PLC 中大量使用了软继电器，使得外部接
23、线更加简单，更容易维护。因此，使用了PLC 控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。东海科学技术学院本科生毕业论文42.卫生条件好由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。3.安全性提高由于 PLC 的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身安全和企业的财产安全。1.3 传感器的基本介绍及选择1.3.1 传感器的概念与组成概念：传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有
24、确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。其中包含了以下几方面的含义：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路 3 部分组成，框图如下：敏感元件 转换元件 转换电路被测量 电量图 1.1 传感器的组成敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。转换电路：将上述电路参数接入转换电
25、路，便可转换成点亮输出。实际上，有些传感器很简单，有些则较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。有些传感器，转换元件不止一个，需经过若干次转换。1.3.2 传感器的选择由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。在实际生产过程中，接触到的基本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。使生产线处在正常工作状态或者最佳工作状态。本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓
26、库时，通过传感器给 PLC 一个反馈信号使传送带停止运行。操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可（即光敏传感器对于物体的存在进行反映，不管部件的移动与否，只要处在光敏传感器检东海科学技术学院本科生毕业论文5测范围内，它都会做出一个输出信号）。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。东海科学技
27、术学院本科生毕业论文6第 2 章 PLC 的基础知识及选型2.1 可编程控制器概述2.1.1 PLC 的产生上世纪 60 年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用， 在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的
28、数据采集。在 PLC 没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。世界上公认的第一台 PLC（即 PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于 1969 年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。背景：1968 年，美国通用汽车公司（GM）为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。通用汽车公司（GM）希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生
29、产成本和缩短生产周期。设计思想：将传统的继电器的控制技术和现代计算机信息处理技术有效的结合起来，以满足工业生产的需要。 传统的继电器控制系统有其本身的优点，如：简单易懂、操作方便、价格便宜；但是也有其的缺点，如体积大、可靠性低、接线复杂、不易查找、更改和排除故障，对不断变化生产工艺的适应性差； 计算机功能强大、有复杂的逻辑能力、运算能力、灵活、通用性好，但用计算机来编程其困难程度很大；所以就有了将两者有点有效的结合起来，来实现生产的需要的想法，从而产生了现代的可编程控制器。PLC 吸取继电器和计算机两者的优点，实现了将控制系统面向控制过程、面向客户，在不同环境下适应性强、操作方便、体积小、可靠
30、性高，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。GM 对汽车流水线控制系统提出的具体要求，归纳起来是： 编程简单易懂，可在现场修改和调试程序； 维护方便，采用插入式模块结构； 可靠性高于继电器控制系统； 体积比继电器控制装置小； 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制系统竞争； 可直接用 115V 交流电压输入； 输出量为 115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀、接触器等； 通用性强，易于扩展； 用户程序存储器容量至少 4kB。东海科学技术学院本科生毕业论文7这就是有名的“GM 十条” 。美国数字设备公司便是在此要求为基础下设计并制造了世界上第一台可编程序控制器（Programmable L
31、ogic Controller，简称 PLC） 。伴随着 16 位和 32 位微处理器在 PLC 中得到广泛的应用，PLC 也得到了快速的发展，现在已和 CAD/CAM、机器人并称为自动化技术的三大支柱。2.1.2 PLC 的定义随着个人计算机（简称 PC）的出现和发展起来，为了方便和反映可编程控制器的功能特点以及区别个人计算机，将可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ，不过现在仍常常将 PLC 简称 PC。在 PLC 的发展过程中，PLC 的定义有好几种。其中国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编程序控制器是一种专门为在工业环
32、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、计时、计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。可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按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。2.1.3 PLC 的发展1.PLC 的 发 展 现 状从 PLC 诞 生 发 展 到 现 在 ， 世 界 各 国 都 有 在 研 制 和 生 产 各 自 的 PLC。 目 前 世 界 上 PLC生 产 厂 家 已 经 突 破 200 多 家 ， PLC 品 牌 更 是 种 类 繁 多 。
33、当 然 ， 这 其 中 要 以 亚 洲 的 日 本 、北 美 的 美 国 和 欧 洲 这 三 个 流 派 的 PLC 最 为 突 出 。 每 个 流 派 都 有 其 本 身 各 自 的 特 点 ， 其 中日 本 主 要 生 产 和 发 展 中 小 型 PLC， 在 世 界 市 场 上 占 有 很 大 一 块 比 重 ， 因 为 其 小 型 PLC性 能 优 越 ， 价 格 便 宜 ， 被 中 小 型 企 业 所 喜 爱 。 其 代 表 公 司 有 三 菱 电 机 公 司（ Mitsubishi Electric） 和 欧 姆 龙 公 司 （ OMRON） ； 美 国 主 要 有 A-B 公 司
34、 （ Allen-Bradly） 和 GE 公 司 ； 欧 洲 主 要 有 德 国 的 西 门 子 公 司 等 。在 世 界 各 国 如 火 如 荼 的 发 展 和 研 制 PLC 的 同 时 ， 我 国 在 PLC 的 开 发 和 应 用 方 面 也发 展 很 快 。 在 上 世 纪 80 年 代 ， 我 国 为 了 发 展 自 己 的 PLC， 从 国 外 引 进 了 很 多 先 进 的PLC 设 备 。 我 国 在 使 用 这 些 先 进 设 备 的 同 时 也 以 此 为 基 础 ， 完 成 了 旧 设 备 的 改 造 和 新 设 备的 研 发 。 PLC 在 我 国 得 到 了 广
35、泛 的 应 用 ， 很 多 企 业 因 为 它 而 受 益 。 随 着 经 济 和 工 业 的 发 展PLC 在 我 国 工 业 现 代 化 和 工 业 自 动 化 的 过 程 中 起 到 了 非 常 大 的 作 用 。现 在 ， 我 国 也 有 很 多 科 研 机 构 和 企 业 在 研 制 和 生 产 自 己 的 PLC。2.PLC 的 发 展 趋 势21 世纪，PLC 在工业自动化领域所起到得作用则更加显著，也会有更大的发展。随着个人 PC 技术的在可编程序控制器中的广泛应用。PLC 设计和制造技术上都有了很大的提高，特别是 PLC 的运算速度、存储量和智能上都有了很大的提高。这些都为
36、PLC 程序处理能力的提高提供了条件。如：PLC 的扫描速度达到了 0.15s/k 步左右，存储量更是达到了几十兆字节。PLC 的发展也向着两极发展：超小型和超大型。其中小型 PLC 以三菱公司的 FX 系列为例：三菱公司的 FX 系列 PLC 只有 F1 系列 PLC 大小的 1/3 左右。其体积小但是功能齐全实用性也很强。可编程序控制器的超小型发展不仅为工业生产带来了便利，同时也在楼宇自动化和商业领域得到了广泛的应用。东海科学技术学院本科生毕业论文8当然为了适应市场的各种需要，PLC 也向着超大型方向发展。目前超大型的可编程控制器其性能更高，速度更快，拥有超大的存储量以及多 CPU 一起工
37、作，更让其在工业领域得到了更广泛的运用。为了适应现代工业自动化生产和市场的需要，PLC 产品的品种更丰富了，同时配套设施也能很快的跟上，PLC 的规格也更加的齐全了，在人机界面上也更加的完美和现代发达的网络通信技术都给用户带来了很大的便利。随着模块的出现更为 PLC 的发展起到了很大的作用。各个 PLC 厂家为了满足工业自动化控制系统的要求不断的推出功能模块更加强大的PLC，同时也扩大了 PLC 的功能。这也为 PLC 的应用范围得到了扩大。在网络通信能力上，PLC 不仅要在 PLC 之间进行联网，也要和计算机进行联网。由于PLC 种类繁多。一般每一种可编程控制器都有其自己专用的通信模块。为了
38、更好的发展PLC，各个 PLC 厂家也积极协商制定通用的标准，以此来扩大 PLC 的网络系统。在市场激烈的竞争压力下，各个国家各自生产多品种 PLC 的状况也会随之打破。进而产生新的格局，使 PLC 趋于统一化和语言通用化。随着 PLC 的发展，它将于其他工业控制计算机组构成新的工业控制系统。这将更好的为工业生产提供便利和生产效率。在计算机网络高速发展的现在可编程控制器作为自动化控制系统重要的组成部分将会在工业和工业以外的各个领域发挥出它强大的作用。2.2 PLC 的特点1.可靠性高，抗干扰能力强可靠性作为电气控制设备的重要性能。PLC 也不例外，为了让 PLC 的可靠性更高，很多厂家都做了一
39、下措施：在 PLC 内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及加入抗干扰功能，让其拥有更好的可靠性。在 PLC 的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多。这也使 PLC 的故障率大大的降低，同时很大程度上使 PLC 的可靠性大大的提高。PLC 中设置了一些自我诊断、警戒报警和可恢复等功能，在 PLC 出现故障时能及时的发现，若发生一些小故障也能自我恢复等。用户可以通过 PLC 的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入 PLC，使整个 PLC 控制系统中的其他电路和电气设备都能得到有效
40、和及时的保护。这也使 PLC 具有极高的可靠性。在工作方式上，PLC 采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。2.配套和功能齐全，适应性强PLC 发展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。由于 PLC 本身具有很强的数据运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评作为现代通用的工业自动化控制计算机。PLC 的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用
41、户所掌握。它可以用相东海科学技术学院本科生毕业论文9对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。为用户打开了方便之门。4.系统的设计和建造工作量小，容易改造、方便维护由于 PLC 出色的程序汇编使控制设备的外部接线和开关量大大的减少，这不仅缩短了控制系统的设计周期和外部设备的组成时间，也使电气设备的故障维修和维护容易起来。特别是通过 PLC 控制其电气部分，在同一个控制系统中改变程序来改变生产过程成为了可能。这给小企业带来了充分的灵活性，十分适合多品种和小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低由于半导体集成电路的应用，PLC 的体积相对很小。如超小型 PLC，其新出产的
42、品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小，很容易装进机械内部，是机电一体化的理想装置。2.3 PLC 的组成及其工作原理2.3.1 PLC 的组成PLC 的组成：PLC 的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。一般由 CPU 板、I/O 接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。其硬件简化框图如下：CPU模块输入模块输出模块编程装置按钮选择开关限位开关电源接触器电磁阀指示灯电源可编程序控制器图 2.1 PLC 硬件简化图1中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是 PLC 的核心组成部分，在 PLC 系统中它通过
43、与其他硬件结合起来，使整个系统就像人体神经中枢额，从而来协调控制整个系统。它主要由运算器、控制器、寄存器、数据和总线等组成。每一个 PLC 都有一个 CPU 进行数据的采集、接收和储存。2.存储器存储器主要用于存储程序和数据，可编程控制器（PLC）的存储器可分为两种：系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器是用来固化 PLC 生产厂家在研制系统时编写的各种系统工作程序。主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序由厂家固定，用户自己不东海科学技术学院本科生毕业论文10能更改。用户存储器是用来存放从编程器或个人计算机输入的用户程序和数据，所以又可分为用户程序存储器和数据存储
44、器两种。主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。3.I/O 接口电路I/O 接口是 PLC 与电气回路的通信接口。开关量输入接口可分为直流输入单元和交流输入单元。它能把现场的开关量信号转换成PLC 内部处理的标准信号。开关量输出接口可分为继电器输出方式、晶体管输出方式和晶闸管输出方式。它能把 PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。4.电源PLC 电源是用来给 PLC 内部各个模块提供工作电源的。一般采用开关式稳压电源为内部电路供电，向 CPU、存储器及输入/输出接口提供各自所需的直流电压。电源的性能将直接影响 PLC 的功能，同时也影响着 PLC 工作的可靠性。P
45、LC 根据型号的不同，其电源供电可分为交流供电和直流供电。交流一般为单相 220V，直流一般为 24V。5.扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6通信接口7.编程器编程器是用来编写、输入、编辑用户程序和监视可编程控制器运行时各种元器件的工作状态。检查维护的器件，它不直接参与现场控制运行。可分为简易编程器和图形编程器。8.其他部件人机界面：现在最简单的人机界面由指示灯和按钮组成。目前比较先进的有触摸屏一体式的用户终端应用也越来越广泛，当然由计算机来当作人机界面也是十分普及的。2.3.2 PLC 的工作原理在 PLC 进入工作状态后，其工作过程主要分为：输
46、入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 首先扫描所有输入状态和数据，并将它们先后存入相对应的输入映像寄存器中。输入采样结束以后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生了变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会随之改变。因此，如果输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才可以保证不管在什么情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 根据梯形图的扫描原则进行扫描程序，它总是按从左到右、从上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)的。在用户程序执行过程中，当指令涉及到了输入
47、输出状态的时候，根据用户需要的数据从映像寄存器中将元件的“0/1”状态读取出来，按照程序的要求进行逻辑运算，并将运算结果写入对应的元件映像寄存器中。因此，每个元件的映像寄存器（除输入映像寄存器外）的状态都会随着程序的执行而发生着变化。 输出刷新阶段 东海科学技术学院本科生毕业论文11当用户程序扫描结束后， 元件映像寄存器中的所有输出映像寄存器的“0/1”状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。PLC 工作原理如下图所示：上电RUN自诊断通讯输入采样输出刷新故障用户程序执行图 2.2 PLC 的工作原理2.4 PLC 的编程语言PLC 为
48、用户提供了功能十分完整的编程语言，用来适应 PLC 在工业环境中的应用。利用PLC 的汇编语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序” 。PLC 标准中规定了五种标准语言，其中梯形图（Ladder diagram）和功能块图（Function block diagram）为图形语言，指令表（Instruction list）和结构文本（Struction text）为文字语言，还有一种结构块控制程序流程图（Sequential function chart，又称为顺序功能图） 。梯形图由于其出色的易掌握性、程序表达清晰性以及与继电
49、器控制系统的电路图相似，使其成为目前使用最广泛的 PLC 图形汇编语言。本次设计 PLC 程序采用了梯形图语言，编程软件为 GX developer。GX developer 软件能够完成程序编写、对可编程控制器 CPU 的写入/读出、监控程序运行、调试程序和 PLC 错误诊断等一系列功能。2.5 PLC 的分类及其应用领域初期的 PLC 主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在上世纪 90 年代后，PLC 逐渐在工业领域中应用。随着生产的需要 PLC 被广泛地在流程工业自动化系统中使用。东海科学技术学院本科生毕业论文12直到现在 PLC 在现场总线控制系统中，PLC 更是其中的主角，其应用面越来越广泛。PLC 主要可以分为大中小三类。1.小型 PLC小型 PLC 的 I/0 点数在 256 点以下，小型 PLC 由于其体积较小，结构紧密使它的硬件系统更好。它能连接除开关量以外的特殊功能模块。2.中型 PLC中型 PLC 的 I/0 点数一般是在 2562048 点之间。3.大型 PLC一般 I/0 点数在 2048 点以上的称为大型 PLC。大型的可编程控制器其性能更高，速度更快和超大的存储量，多 CPU 一起工作更让其在工业领域得到
