毕业设计(论文)-基于PLC的传送带的控制系统设计(3)

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大型 超大型 1024-8192 大于8192 16～64 64～256 PLC按结构形式分类可分为厢体式和模块式两种。厢体式又称为单元式或整体式。厢体式PLC将电源，CPU,I/0等都集中装在一个机箱内，结构紧凑，体积小，价格低。一般超小型PLC都采用这种结构，小型PLC多数也属厢体式，它由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有CPU,I/O和电源，扩展单元内没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。

模块式结构的PLC将各部分分成若干个单独的模块，如电源模块，CPU模块，I/O模块和各种功能模块。一般大中型PLC都采用模块式结构。有的小型PLC也采用模块式结构。有的小型PLC也采用这种结构，因为模块式结构的PLC配置灵活，安装方便，便于扩展和维修。

1.5可编程序控制器的发展 1.5.1 国外的PLC发展

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。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。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

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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的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；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、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。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都得到了长足的发展。 1.5.2 国内的PLC发展

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

1.5.3 PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（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和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

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第二章 可编程序控制器的结构和原理

2.1 可编程序控制器的基本结构

PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器(CPU)，存储器(RAM,ROM)，输入输出接口电路（I/O接口），电源及编程设备几大部分构成。 一．中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU） 是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源，存储器，I/O以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。PLC中采用的CPU 一般有三大类，一类为通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。 二．存储器

PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必须有软件才能正常工作。PLC的软件分两部分：系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

RLC常用存储器的类型：读写存储器（RAM），可擦除的只读存储器（EPROM）,电可擦除的只读存储器（EPROM） 三．输入/ 输出（I/O）

I/O接口有良好的光电隔离和滤波作用。PLC的输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。

输入接口

各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。一种是直流（12~14）输入，另一种是交流（100~120V，200~240V）输入，第三种是交直流输入。

输出接口

PLC的输出有三种形式：继电器输出，晶体管输出。继电器输出型PLC 最为常用。当CPU有输出时，接通输出电路中继电器的线圈，继电器的触点闭合，通过该触点控制外部负载电路的负载。晶体管输出型PLC是通过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。

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四．电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。模块的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池。 五．编程器

编程器是PLC的重要外围设备。编程器的主要任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还可以在线测试PLC工作状态和参数与PLC进行人机对话。

2.2 可编程序控制器的编程语言

可编程序控制器可采用的编程语言大致可分为以下儿种:梯形图(LAD)编程语言、功能块图(FBD)编程语言，指令语句编程语言和逻辑表达式编程语言。

（1）梯形图(LAD)编程语言

梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触电、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。

梯形图格式中的继电器不是物理继电器，而是软继电器。软继电器各触电均为存储器中的一位，，表示软继相应位为“１”状态，表示软继电器线圈得电，它的常开触点闭合或常闭触点断开；表示软继相应位为“０”状态，表示软继电器线圈得电，他的常开触点断开或常闭触点闭合；

（2）功能块图(FBD)

功能块图，是图形化的高级编程语言，通过软连接的方法把所需的功能块图连接起来，用于实现系统的控制。功能块图的表示格式有利于程序流的跟踪。功能块图与梯形图可以互相转换。

（3）语句表(STL)

语句表是用助记符来表达PLC的各种控制功能的，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单。

（4） 顺序功能图（SFC）

顺序功能图属于图形语言，用它经常编制顺序控制类程序。顺序功能图编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小状态的功能分别处理后在再把这些小状态依一定的顺序要求连接组合成整体的控制程序。

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（5） 结构化文本（ST）

ST被称为与PASCAL 和C语言一样的高级编程语言。ST不是采用低级的，面向机器的操作符而是以高度压缩的方式提供大量描述复杂功能的抽象语句。与语句指令表IL相比，ST语言的优点是明显的：编程任务高度压缩化的表达格式，在语句块中有清晰的程序结构。

可编程序控制器的工作原理

PLC实际上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出接口电路（I/O接口）、电源及编程设备几大部分构成。

1. 扫描工作原理

当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

2. PLC扫描工作过程

PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。如图2-11所示，整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1～100ms。

在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。

在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。

当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC

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