某大型水壓機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計5畢業(yè)論文.doc

-475控制系統(tǒng)設(shè)計5.1PLC概述PLC是可編程控制器的簡稱，它是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。5.1.1PLC的主要特點（1）高可靠性所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。（2）豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。-48（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。（4）編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。（5）安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。5.1.2PLC的功能（1）邏輯控制（2）定時控制（3）計數(shù)控制（4）步進(jìn)順序控制（5）PID控制（6）數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。（7）通信和聯(lián)網(wǎng)（8）PLC還有許多特殊的功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，例如：定位控制模塊，CRT模塊等5.2PLC的工作原理和基本結(jié)構(gòu)5.2.1PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器,接觸器構(gòu)成的控制裝置，但是這兩者的運行方式是不相同的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行方式，即如果一個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸點（包括它的常開觸點或常閉觸點）不論在繼電器控制電路的哪一個位置都會立即同時動作，然而PLC的CPU則采-49用順序逐條的掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括他的常開觸電或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該處點時才會動作。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的這種差異，考慮到繼電器控制裝置中各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運行方式掃描技術(shù)。這樣，對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置在I/O的處理結(jié)果上就沒有什么差別了。根據(jù)題目的要求和系統(tǒng)的具體工作狀態(tài)，采用可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。5.2.2PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。（1）CPU單元CPU是可編程控制器的控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有：它在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作，通過掃描方式，將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域，PLC進(jìn)入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運算、算術(shù)運算等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器、單片機(jī)和位片式計算機(jī)等。通用型微處理器常見的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片，單片機(jī)型的微處理器如Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)，位片式微處理器如AMD2900系列的微處理器。小型PLC的CPU多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ肅PU，中型PLC的CPU大多采用16位微處理器或單片機(jī)，大型PLC的CPU多用高速位片式處理器，具有高速處理能（2）存儲器可編程控制器的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。只讀存儲器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中，用戶是不可改變的。用戶程序和中間運算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲器RAM中，RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備-50用電源。它存儲的內(nèi)容是易失的，掉電后內(nèi)容丟失；當(dāng)系統(tǒng)掉電時，用戶程序可以保存在只讀存儲器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點，用來存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。（3）I/O單元及I/O擴(kuò)展接口I/O單元PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應(yīng)時間一般在0.115ms之間。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類。I/O擴(kuò)展接口可編程控制器利用I/O擴(kuò)展接口使I/O擴(kuò)展單元與PLC的基本單元實現(xiàn)連接，當(dāng)基本I/O單元的輸入或輸出點數(shù)不夠使用時，可以用I/O擴(kuò)展單元來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。（4）外設(shè)接口外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計算機(jī)連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。（5）電源電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、正負(fù)12伏、24伏），并為外部輸入元件