畢業(yè)設(shè)計（論文）PLC簡介及在常用電氣控制線路中的應(yīng)用

1、電氣控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用班級:機制091姓名:學(xué)號: 指導(dǎo)老師: 前 言通過三十個學(xué)時的學(xué)習(xí),我們初步了解了電氣控制技術(shù)的一點基本知識和組成,從中也知道了電氣控制技術(shù)在機械行業(yè)的重要性,三十個學(xué)時的學(xué)習(xí)遠遠不是我們需要完成的任務(wù),為了更好的掌握機電一體化,我們應(yīng)該更深入的學(xué)習(xí)電氣控制技術(shù)的知識,以滿足綜合型人才的培養(yǎng)要求,在本學(xué)期的學(xué)習(xí)主要包括兩大部分:(1),繼電器控制系統(tǒng)(2),可編程控制器及應(yīng)用在學(xué)習(xí)中我們了解到,可編程系統(tǒng)的可靠性等方面都優(yōu)于繼電器的傳統(tǒng)控制技術(shù),我們應(yīng)該在繼電器的基礎(chǔ)上加強可編程控制技術(shù)的學(xué)習(xí). 可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型工業(yè)自

2、動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能實現(xiàn)邏輯控制，因而被稱為可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc。隨著微電子技術(shù)和微型計算機的發(fā)展，微處理器用于plc，使其不僅可以實現(xiàn)邏輯控制，還可以進行數(shù)字運算和處理、模擬量調(diào)節(jié)和聯(lián)網(wǎng)通信等，因此美國電氣制造協(xié)會于1980年將它正式命名為可編程控制器（programmable controller），簡稱pc。但近年來pc又成為個人計算機（personal computer）的簡稱，為避免發(fā)生混淆，我們?nèi)园芽删幊炭刂破骱喎Q為plc。plc簡介及在常用電氣控制線路中的應(yīng)用摘 要 電氣控制技術(shù)是一門多學(xué)

3、科交叉的技術(shù)，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， plc技術(shù)越來越多的應(yīng)用于機床電氣，本文簡述了plc的發(fā)展和幾種常用電氣控制線路的plc控制。關(guān)鍵詞: ：繼電器控制系統(tǒng)；基本電氣控制線路；plc控制1 引言近年來，plc正越來越多地用于電動機的運行控制，為了便于采用plc對繼電器控制系統(tǒng)進行改造和設(shè)計新的控制系統(tǒng)，本文以omron公司的sysmac c系列p型機為例，介紹其在電動機基本控制線路中的應(yīng)用。這些程序通常是整個控制系統(tǒng)的一個模塊。2 plc簡介2.1 plc由來plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技

4、術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對plc做了如下定義： plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.plc是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半

5、導(dǎo)體的地方就有plc “plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?.2 plc特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時間高達30萬小

6、時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強 plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)

7、據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，

8、容易改造 plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2.3 plc的國內(nèi)外狀況 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實

9、現(xiàn)的。1968年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable ,是世界上公認的第一臺plc. 限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程

10、控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機（簡稱pc）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)

11、國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各

12、種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的s系列、蘇州電子計算機廠生

13、產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。3 繼電器控制系統(tǒng)plc是20世紀(jì)6o年代開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。在它誕生之前，生產(chǎn)過程及各種生產(chǎn)機械的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)是將各種繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等電器元件，按一定方式連接起來組成的控制線路?？梢詫崿F(xiàn)對電動機的啟動、反向、制動、調(diào)速等運行性能的控制。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，成本低廉。常用的電氣控制線路包括：電動機的正反轉(zhuǎn)控制線

14、路，電動機的y一啟動，自動往復(fù)循環(huán)控制線路等。4 常用電動機基本控制線路的plc控制4.1 具有電氣聯(lián)鎖的電動機正反轉(zhuǎn)控制在圖1(b)、(c)中，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕sb ，輸入繼電器常開觸點0001閉合，輸出繼電器0500線圈得電并自鎖，接觸器km，得電，其常開觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)；與此同時，0500的常閉觸點斷開，對0501實行電氣聯(lián)鎖，km 的常閉觸點斷開對km 實現(xiàn)聯(lián)鎖。若按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕sb，輸入繼電器常開觸點0002閉合，輸出繼電器0501線圈得電并自鎖，接觸器km 得電，其常開觸點閉合，電動機反轉(zhuǎn)；與此同時，0501的常閉觸點斷開，對0500實行電氣聯(lián)鎖，km：的常閉觸點斷開對km

15、實現(xiàn)聯(lián)鎖。停止時按下停止按鈕sb ，常閉觸點0000斷開，過載時熱繼電器常開觸點fr閉合，常閉觸點0003斷開，這兩種情況都能使輸出繼電器0500或0501線圈失電，從而使km 或km：失電，電動機停轉(zhuǎn)。4.2 自動往復(fù)循環(huán)控制線路圖2中用了四個行程開關(guān)sq，、sq。、sq，、sq ，這四個行程開關(guān)的作用分別是sq 、sq：用于電動機正反轉(zhuǎn)的自動切換，sq 、sq 用于運動部件的終端保護。當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕sb：，輸入繼電器常開觸點0001閉合，輸出繼電器0500線圈得電并自鎖，接觸器km，得電，其常開觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)，帶動運動部件前進，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定位置時，運動部件上的擋鐵碰撞行程開關(guān)sq

16、，sq 的常開觸點閉合，輸入繼電器0004線圈得電，使得0004常閉觸點斷開，輸出繼電器0500線圈失電，km失電，電動機停止正轉(zhuǎn)，運動部件停止運行；與此同時，輸入繼電器0004的常開觸點閉合，輸出繼電器0501線圈得電并自鎖，接觸器km 得電，其常開觸點閉合，電動機反轉(zhuǎn)，帶動運動部件后退，當(dāng)?shù)竭_預(yù)定位置時，運動部件上的擋鐵碰撞行程開關(guān)sq ，sq：的常開觸點閉合，輸入繼電器0005線圈得電，使得0005常閉觸點斷開，輸出繼電器0501線圈失電，km失電，電動機停止反轉(zhuǎn)，運動部件停止運行；與此同時，0005的常開觸點閉合，0500又重新得電，km 線圈得電，電動機又重新正轉(zhuǎn)帶動運動部件前進，如

17、此循環(huán)。當(dāng)按下反向啟動按鈕sb 時，也有相同的工作過程。停止時，按下停止按鈕sb，常閉觸點000o斷開，過載時熱繼電器常開觸點fr閉合，常閉觸點0003斷開，這兩種情況都能使輸出繼電器0500或0501線圈失電，從而使km 或km 失電，電動機停轉(zhuǎn)。4.3 電動機的y一啟動控制線路在圖3(b)、(c)中，按下啟動按鈕sb，輸入繼電器0000得電，常開觸點0000閉合，輸出繼電器0500線圈得電并自鎖，常開觸點0500閉合，導(dǎo)致輸出繼電器0501得電，從而使接觸器km，、km 得電，電動機形成星形啟動；與此同時，定時器too開始計時；2 s時間到，常閉觸點too斷開，輸出繼電器0501失電，常閉觸點0501閉合，又因為常開觸點too閉合，常開觸點0500閉合，所以輸出繼電器0502得電并自鎖，此時km 、km，得電，電動機接成三角形運行。在輸出繼電器0501和0502的各自回路中，相互串聯(lián)了0502和0501的常閉觸