1、长春工业大学毕业论文1目 录1 绪论 .31.1 课题研究目的 .31.2 PLC 的产生、定义及分类 .31.2.1 PLC 的产生 .31.2.2 PLC 的定义 .31.2.3 PLC 的分类 .31.3 PLC 的特点、功能及性能指标 .31.3.1 PLC 的特点 .31.3.2 PLC 的功能 .31.3.3 PLC 的性能指标 .31.4 PLC 的发展概况及发展方向 .31.4.1 国内/外 PLC 发展概况 .31.4.2 技术发展动向 .32 CPM2A 的性能和功能 .32.1 CPM2A 的性能 .32.1.1 CPU 单元 .32.1.2 扩展 I/O 单元 .32.
2、1.3 高速计数器和中断 .32.1.4 完善的通信能力 .32.2 CPM2A 功能一览表 .32.3 PLC 网络技术 .32.3.1 PLC 网络系统 .32.4.2 OMRON 公司的 PLC 网络 .32.4 上位链接连接 .32.4.1 11 上位链接的连接 .32.4.2 1N 上位链接通信的连接 .32.4.3 无规约通信 .32.4.4 11 NT 链接通信的连接 .3长春工业大学毕业论文22.4.5 11 PC 链接通信的连接 .32.4.6 CompoBus/S 的 I/O 链接通信的连接 .33 CX-Programmer7.3 使用指南 .33.1 软件的安装 .33
3、.2 软件的启动 .33.3 菜单简要说明 .33.4 工程工作区 .33.5 工具条 .34 GKS 型实验装置实验 .34.1 小车直线运动 .34.1.1 控制要求 .34.1.2 I/O 端口分配 .34.1.3 流程图 .34.1.4 外部电路连接图 (附图 1).34.2 五相步进电机的控制 .34.2.1 控制要求 .34.2.2 I/O 端口分配 .34.2.3 外部电路连接图 (附图 2).34.3 四节传送带的控制 .34.3.1 控制要求 .34.3.2 I/O 端口分配 .34.3.3 外部电路连接图 (附图 3).35 GKS 型可编程实验装置实验改进 .35.1 物
4、料混合控制 .35.1.1 控制要求 .35.1.2 I/O 端口分配 .35.1.3 设计思路 .35.1.4 流程图 .35.1.5 外部电路连接图 （附图 4） .35.1.6 梯形图 .35.1.7 指令表 .3长春工业大学毕业论文35.1.8 实验改进 .35.2 交通信号灯的控制 .35.2.1 控制要求 .35.2.2 I/O 端口分配 .35.2.3 设计思路 .35.2.4 流程图 .35.2.5 外部电路连接图 （附图 5） .35.2.6 梯形图 .35.2.7 指令表 .35.2.8 实验改进 .36 总结 .3参考文献 .3长春工业大学毕业论文11 绪论1.1 课题研
5、究目的随着科学技术的发展，电气控制技术在各个领域得到了越来越广泛的应用。可编程控制器（PLC）作为电气控制领域的一项新技术，经过 30 多年的发展，已经形成了完整的工业产品系列，从功能及技术指标等各个方面，都达到了成熟的工业控制计算机的软硬件水平。现已广泛的应用在包括逻辑运算，数值运算，数据转换，过程控制，位置控制，人机对话，网络通信等各种场合。PLC 正在快速的改变着电气控制技术的面貌，正在成为电气控制领域人们改造自然，创造财富的有力工具。因而，越来越多的人们希望掌握 PLC 技术，让其更好地为各行各业服务。作为一位即将走出大学校门，踏入社会的大学生，希望通过这次毕业设计，对 GKS 型实验
6、装置的研究，基本掌握对 PLC 的应用，能够运用到以后的工作中。1.2 PLC 的产生、定义及分类PLC 是从 20 世纪 60 年代未开始发展起来的工业控制装置，目前得到了广泛的使用。下面就是 PLC 的产生、定义及分给予简单的创新介绍。1.2.1 PLC 的产生在 20 世纪 60 年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电接触器组成控制系统。1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车制造公司（GM） ，为适应汽车型号的不断翻新，试图寻找一种新型的工业控
7、制器，以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件及接线、减少时间，降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用 “面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。即：1969 年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。接着，美国国 MODICON 公司也开发出可编程序控制器 084。长春工业大学毕业论文21971
8、年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器 DSC-8。1973 年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从 1974 年开始研制，1977 年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于：1. 逻辑运算 2. 计时，计数等顺序控制，均属开关量控制。所以，通常称为可编程序逻辑控制器（PLCProgrammable Logic Controller） 。 进入 70 年代，随着微电子技术的发展，PLC 采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。因此，实际上应称之为PC
9、可编程序控制器。至 80 年代，随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PC 得到了惊人的发展。使 PC 在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O 和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使 PC 向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。1.2.2 PLC 的定义可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC容易和个人计算机（Personal Comp
10、uter）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套
11、以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。长春工业大学毕业论文31.2.3 PLC 的分类PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC 的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和 I/O 点数的多少等进行大致分类。1按结构形式分类根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。（1）整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑
12、、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式结构。整体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块（有的含在 CPU 模块中）以及各种功
13、能模块。模块式PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。叠装式PLC 其 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2按功能分类根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档三类。（1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断
14、、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。长春工业大学毕业论文4（3）高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC 机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制
15、系统，实现工厂自动化。3按 I/O 点数分类根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。(1).小型 PLCI/O 点数小于 256 点；单 CPU、8 位或 16 位处理器、用户存储器容量 4K 字以下。如美国通用电气（GE）公司胡 E-I 型。 (2). 中型 PLCI/O 点数 2562048 点；双 CPU，用户存储器容量 28K字以下。如德国西门子公司的 SU-5、SU-6。(3). 大型 PLCI/O 点数 2048 点；多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 816K 字以下。如欧姆龙公司的 C100H 和 CV100。1.3 PL
16、C 的特点、功能及性能指标 PLC 受到越来越多的控制界人士的重视，是由于它具有令通用计算机望尘莫及的特点和功能 。下面就此进行简单介绍。1.3.1 PLC 的特点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，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。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。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器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千
17、分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。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、小各种规模的系列化产品。可以用于各种长春工业大学毕业论文5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 P
18、LC 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。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。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。4.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
19、。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。5. 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。1.3.2 PLC 的功能1.逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是可编程控制器的最基本的功能之一。PLC 设置有“与” 、 “或” 、 “非”等逻辑指令。利用这些指令，根据外部现场(开关、按钮或其他传感器)的状态，按照制定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象(电磁阀、接触器、继电器、指示灯等)。因此
20、 PLC 可以代替继电器进行开关控制，完成触点的串联、并联等各种连接。另外，在 PLC 中一个逻辑位的状态可以无限次地使用，逻辑关系的修改变更也十分方便。2.数据处理和数字量与模拟量的转化功能PLC 设置有数据传送、比较、运算、移位、位操作、数字转换等数据处理指令和打印输出指令，并可对存储器间接寻址。PLC 可以配有 A/D 转换模式和 D/A转换模块，能实现对模拟量的测量和控制。长春工业大学毕业论文63.数据处理功能PLC 设置有数据发送和接受指令，可与计算机、其他 PLC 和外设之间建立关系，并具有通信联网功能。4.中断处理功能PLC 设置有中断指令，通过中断响应，计时得到所输入状态的变化
21、信息，能够急性故障检测和提高运行速度。5.监控和自诊断功能PLC 设置有报警和运行信息的提示。它在系统发生异常时自动停止运行并发发送报警信号，能够保护和恢复现场，还能通过软件进行故障检测和程序校验。6.拓展功能PLC 主机上设有输入输出扩展接口，通过专用模块配置要扩大信息处理范围和实现功能扩展。例如，配置扩展接口，可增加输入/输出点数，配置智能模块可使 PLC 增加伺服电机控制、闭环过程控制、温度控制、远程通信等专项特殊功能。1.3.3 PLC 的性能指标1存储容量存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型 PLC 的用户存储器容量为几千字，
22、而大型机的用户存储器容量为几万字。2I/O 点数输入/输出（I/O）点数是 PLC 可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量 PLC 性能的重要指标。I/O 点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。3扫描速度扫描速度是指 PLC 执行用户程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标。一般以扫描 1K 字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以 ms/K 字为单位。PLC 用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种 PLC 执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。4指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量 PLC 性能的重要指标。编程指令的功
23、能越强、数量越多，PLC 的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。 5内部元件的种类与数量在编制 PLC 程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越长春工业大学毕业论文7多，表示 PLC 的存储和处理各种信息的能力越强。6特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量 PLC 产品的一个重要指标。近年来各 PLC 厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使 PLC 的控制功能日益扩大7可扩展能力PLC 的可扩展能力包括 I/O 点数的扩展、
24、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择 PLC 时，经常需要考虑 PLC 的可扩展能力。1.4 PLC 的发展概况及发展方向PLC 的发展与微电子技术和计算机技术密切相关，随着 PLC 的应用领域不断扩大，它本身也在不断发展。1.4.1 国内/外 PLC 发展概况PLC 在向微型化、网络化、PC 化和开放性方向发展 长期以来，PLC 始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与 DCS 和工业 PC 形成了三足鼎立之势。同时，PLC 也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业 PC 所带来的冲击。 目前，全世界 PLC 生产厂家
25、约 200 家，生产 300 多种产品在基于 PLC 自动化的早期 PLC 体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型 PLC（小于 32 I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软 PLC(PC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软 PLC 组态软件和PC-Based 控制的市场份额将逐步得到增长。 当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是 Ethernet 技术的扩展，PLC 也不例外。现在越来越多的 PLC 供应商开始提供 Ethernet 接口。可以相信，PLC 将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业 PC 的控制系统。1.4.2 技术发展动向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、扫描速度高速化。
