切紙機畢業(yè)論文

1、題目：切紙機畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解*學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學校可以公布論文（設計）的全部或部分

2、內容。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡

3、工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它摘要根據程控切紙機的工作過程，為克服繼電器、接觸器控制故障率高、可靠性低等缺點，設計了一套以plc為核心的切紙機裁切自動控制系統(tǒng)。它利用plc完善的內部功能

4、，有效而可靠的實現(xiàn)了自動裁切、自動送紙等全自動控制。本文首先對現(xiàn)代可編程控制技術的應用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢作了較為詳細的介紹，并簡要介紹了切紙機的產生背景和應用意義。簡單概括了切紙機的電氣系統(tǒng)的總體方案設計，并比較了工控機、可編程控制器等控制方案的優(yōu)缺點。對于三菱公司的f2-20mr型plc也做了一定的介紹。之后詳細講述了程控切紙機系統(tǒng)主體軟硬件的研制過程和設計方法。本設計的關鍵就是要在原繼電器控制電路的基礎上，經過合理的轉換，從而設計出具有相同功能的控制程序。關鍵詞：plc ; 繼電器 ; 切紙機abstractaccording to the working process of the cut

5、ter program, to overcome the relays, high reliability, low failure rate control, a set of faults in plc is the core of cutter cutting automatic control system. it uses plc perfect internal functions, effective and reliable realizes automatic paper feeding, automatic cutting full automatic control, e

6、tc.this paper firstly modern programmable control technology application situation and the development trends are introduced, and briefly introduces the background and cutter. simply summarized cutter electrical system, and the overall design of industrial computer, compares the programmable control

7、ler to control scheme. in the f2-20mr mitsubishi type plc made certain. after discoursed program-controlled cutter system hardware and software development process and the main design method.the key originally designed is that should be on the basis of control circuit of original relay, through rati

8、onal conversion , thus design plc control procedure with same functionkey words：plc ; relay ; cardboard cutting machine目錄摘要1abstract2引言11緒論21 .1切紙機的基本概況21.2切紙機的基本設計要求22切紙機的總體設計方案32.1課題分析32.2設計思路33硬件設計與分析53.1原繼電器控制電路與分析53.2 plc控制電路分析63.3可編程控制器簡介63.3.1 plc的產生與發(fā)展63.3.2 plc的基本結構與特點84切紙機的plc控制系統(tǒng)設計194.1 p

9、lc的環(huán)境技術條件設計194.2切紙機的加工工藝過程214.3切紙機的控制要求224.4 plc型號的選擇225設備布置圖及程序說明255.1設備布置圖255.2程序設計要求及程序說明265.2.1編程方法及編程規(guī)則265.2.2程序說明30結論38參 考 文 獻39致 謝40引言 可編程控制器簡稱plc，它是一種用作數(shù)字控制的專用計算機。它按照用戶程序存儲器里的指令安排，通過輸入接口采集現(xiàn)場信號，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，進而通過輸出接口去控制執(zhí)行機構動作。它組態(tài)靈活、編程簡單、維護方便、可靠性高，現(xiàn)已成為工業(yè)自動化核心技術之一。目前，我國的造紙工業(yè)技術水平仍停留在上世紀80年代初的水平，許多機器

10、仍采用繼電器控制電路，屬于低水平加工制造業(yè)，而國外已普遍采用plc控制電路。造紙工業(yè)是國民經濟的基礎產業(yè)之一，與社會經濟發(fā)展和人民生活息息相關，紙和紙板的消費水平已成為一個國家現(xiàn)代化和文明程度的重要標志之一。本文對plc的概念，發(fā)展情況進行總結，對如何將繼電器電路如何用plc系統(tǒng)代替作了詳細的分析。1緒論1 .1切紙機的基本概況我國的造紙工業(yè)技術水平仍停留在上世紀80年代初的水平，許多機器仍采用繼電器控制電路，屬于低水平加工制造業(yè)，而國外已普遍采用plc控制電路。造紙工業(yè)是國民經濟的基礎產業(yè)之一，與社會經濟發(fā)展和人民生活息息相關，紙和紙板的消費水平已成為一個國家現(xiàn)代化和文明程度的重要標志之一。

11、可編程控制器簡稱plc，它是一種用作數(shù)字控制的專用計算機。它按照用戶程序存儲器里的指令安排，通過輸入接口采集現(xiàn)場信號，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，進而通過輸出接口去控制執(zhí)行機構動作。它組態(tài)靈活、編程簡單、維護方便、可靠性高，現(xiàn)已成為工業(yè)自動化核心技術之一。本文介紹了柴河紙板廠繼電器控制電路舊設備的改造?！皃lc控制的紙板切割機”作為控制系統(tǒng)中的一個典型的實驗設計。柴河紙板廠的紙板切割機是特種工業(yè)用紙生產重要的配套設備之一，由于該設備仍采用繼電器控制電路，設備老化，邏輯電路的接線較復雜。由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性，繼電器控制系統(tǒng)的維修工作不僅耗

12、資費時,而且停產維修所造成的損失也不可估量,而現(xiàn)代化生產過程是不斷變化的,生產工藝和市場需求也是不斷地變化,所以用plc取代繼電器控制已是大勢所趨。1.2切紙機的基本設計要求該控制系統(tǒng)的關鍵是在原繼電器控制電路的基礎上,經過合理的轉換,從而設計出具有相同功能的plc控制程序。在把繼電器控制轉換成plc控制時要注意轉換方法,以確保轉換后系統(tǒng)的功能不變。（1）根據原繼電器電路和工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作,確定這些動作之間的關系及完成這些動作的順序。（2）分配輸入、輸出設備，即確定哪些外圍設備是發(fā)送信號給plc的，哪些外圍設備是接收來自plc的信號的。同時還要將plc的輸入、輸出點與之一一對

13、應,對i/o進行分配，在此基礎上確定plc的機型。（3）根據原繼電器電路和控制系統(tǒng)的控制要求和所選plc的i/o點的情況及高功能模塊的情況,設計plc用戶程序,此時采用梯形圖形式的用戶程序。2切紙機的總體設計方案2.1課題分析plc控制的紙板切割機，就是利用plc作為紙板切割機控制電路的主控制器，plc采用環(huán)掃描工作方式，在系統(tǒng)軟件控制下，掃描輸入的狀態(tài)，按紙板切割機工作程序進行運算處理，然后向輸出發(fā)出響應的控制信號。整個工作過程可分為5個階段：自診段，與編程器或計算機等的通信，現(xiàn)場輸入信號的采集，用戶程序執(zhí)行，輸出結果。plc經過這些5個階段的工作過程，稱為一個掃描周期。完成一個掃描周期后，

14、又重新執(zhí)行上述過程，掃描周期周而復始地進行。本plc控制系統(tǒng)的具體指標要求是：對導輥從造紙機上接紙板的線速度比造紙機上紙板傳輸度高1%-5%。紙板完全靜止在切紙機導輥上的預定位置不能超過10mm。2.2設計思路本設計包括硬件配置和軟件程序設計兩部分。硬件設計時，對被控設備的工藝要求和所選plc的特點與性能有較全面的了解；軟件設計時在對原繼電器控制電路熟悉掌握的基礎上，以步為核心，一步步設計，一步步修改直到完成整個程序的設計。對于plc程序設計采取以下幾步：（1） 根據原繼電器控制電路和工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作，確定這些動作之間的關系及完成這些動作的順序。（2） 分配輸入、輸出設備，即

15、確定哪些外圍設備是送信號給plc的，哪些外圍設備是接收來自plc的信號的，同時還要將plc的輸入、輸出點與之一一對應，對i/o進行分配。在此基礎上確定plc的機型。（3） 根據原繼電器電路、控制系統(tǒng)的控制要求、所選plc的i/o點的情況及高功能模塊的情況，設計plc用戶程序，此時采用梯形圖形式的用戶程序。紙板切割機的加工工藝過程如下： 啟動設備，切紙機導輥從造紙機上接到紙板傳到預想位置。 導輥停止導紙，當紙板完全靜止在切紙機導輥上預定位置時，切紙刀車開始切割，刀車運動到另一側后，刀車電機與切刀電機停機。 導輥向接紙臺傳送已切割完畢的紙板。 送紙結束，切紙機導輥又恢復高速，等待造紙機下一副紙板的

16、到來。刀車再由另一側向原方向運動進行下一次切割過程。如此反復。（4）控制要求： 導輥的速度由主傳動機控制。主傳動電機是cyt4型三相交電磁調速電動機。調整器外裝兩只電位器，當導輥從造紙機上接紙板時為了順利地從造紙機上接到紙板，根據紙板的密度，原料和定量的不同情況，導輥速度要比造紙機上紙板傳輸速度高1%5%，由電位器w1設定。當導輥向接紙臺傳送已切割完畢的紙板時，由光電管e2發(fā)出切割完畢信號，經繼電器z5，z9調速器和電位器w2投入，由電位器w2設定。 當切紙機導輥從造紙機上接到紙板傳到預想位置時，由光電管e1向時間繼電器st2發(fā)出信號，經中間繼電器k1，控制繼電器z3，z8及c4。調速器與電位

17、器w1同時脫機發(fā)出零速度信號，導輥停止導紙。 導輥停止后，紙板在導輥上仍然存在慣性滑動，由時間繼電器st2的延時作用來調節(jié)紙副的位置。 當紙板完全靜止在切紙機導輥上預定位置時，由時間繼電器st3向切紙刀發(fā)出開始的命令。刀車電機mz與切刀電機m3，m4，m5同時啟動切割紙板。當?shù)盾囯x開紙板，運動到光電管側端后，由光電管發(fā)出切割完畢信號，刀車電機與切刀電機均斷電停機。 送紙結束后，主傳動輸出恢復高速，由于時間繼電器sj1延時時間達到，接點斷開，繼電器z6，z7失電，使k1失電，z9，c4得電。由調速器和電位器w1投入實現(xiàn)。3硬件設計與分析3.1原繼電器控制電路與分析剪板機原來采用繼電器接觸器控制，

18、但控制系統(tǒng)較復雜，大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設備的工作效率。采用plc控制可較好地解決這一問題。剪板機的原理結構，如圖31所示： 圖3.1剪切板原理結構示意圖系統(tǒng)由送料、定位壓緊、剪切、自動傳送4個部分組成。采用7個限位開關和1個光電開關檢測各部分的工作狀態(tài)。送料機構e、壓板b、剪切刀a、送料小車分別由4臺電動機拖動。系統(tǒng)未動作時，壓板及剪切刀的限位開關sq1、sq3和sq4均斷開，sq1、sq7也是斷開的。啟動時，小車應處于接料口位置，限位開關sq5、sq6閉合。若小車空載或板料數(shù)未達到設定數(shù)，起動送料機構，帶動板料c向右移動。當板料碰到行程開關sq1時，送料停止。同時啟

19、動壓塊電動機，使壓塊b壓下，壓塊上限開關sq2閉合。當壓塊到位，板料壓緊時，壓塊下限開關sq3閉合，剪切電動機起動，控制剪刀下落。此時，sq4閉合，直到把板料剪斷，板料落入小車。光電接近開關sq7對落入小車的板料進行檢測并產生計數(shù)脈沖。當小車上的板料達到設定數(shù)時，啟動小車控制電動機，帶動小車右行，將切好的板料送至包裝線。卸下后，再啟動小車左行，重新返回到剪切機下，開始下一車的工作循環(huán)。3.2 plc控制電路分析可編程控制器（以下簡稱plc）由于采用了微機技術，具有微機的許多優(yōu)良性能，又有較強的抗干擾能力，可在強電磁干擾的工業(yè)生產場合可靠運行，因而得到很快的發(fā)展。它比傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)控制精

20、度高、時間響應快、改變控制程序方便、開發(fā)周期大大縮短，而且設備體積小、能耗少。設備結構除超小型、小型機為整體式的外，大多采用模塊結構，用戶可根據控制要求選擇模塊組成系統(tǒng)，非常靈活，維護維修也容易，而軟件大多采用梯形圖程序，具有繼電接觸控制線路清晰直觀的優(yōu)點，易被廣大熟悉繼電接觸控制線路的工程技術人員接受。隨著微機技術的發(fā)展和新電子器件的不斷出現(xiàn)，plc 技術必將得到更大的發(fā)展，成為工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎控制設備之一。plc技術進入我國只有十幾年時間，已經得到相當廣泛的應用，許多工廠企業(yè)已把它作為新產品開發(fā)、老產品更新及舊設備改造的重要控制手段。其中應用最多的是進行開關邏輯控制。目前國內

21、的pc產品，功能越來越多樣，有些小型機、超小型機也裝置有一些特殊單元，如高速計數(shù)、定位、定時單元，甚至有模擬量輸入、模擬量輸出和pid單元，可用來進行閉環(huán)過程控制圖，應用前景非常廣闊。3.3可編程控制器簡介3.3.1 plc的產生與發(fā)展可編程控制器是以自動控制技術、微機技術和通信技術為基礎發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已被廣泛應用于各個領域。早期的可編程控制器只能進行計數(shù)、定時及對開關量的邏輯控制。因此，可編程控制器（programmable logic controller）簡稱plc。后來，可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已遠遠超過邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為p

22、rogrammable controller ，簡稱pc 。但個人計算機（personal computer）也常簡稱pc，為避免混淆，可編程控制器仍被稱為plc。1987年，國際電工委員會（iec）在可編程控制器國際標準草案第三稿中，對可編程控制器定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入與輸出，控制各種機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。plc是生產力發(fā)展的必然產物。

23、20世紀60年代初，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，產品更新?lián)Q代的周期越來越短，其生產線必須隨之頻繁的變更。傳統(tǒng)的繼電器控制對頻繁變動的生產線很不適應。自然，人們對控制裝置提出了更高的要求，即經濟、可靠、通用、易變、易修。首先提出plc概念的是美國最大的汽車制造廠家通用公司（gm）。1986年，該公司提出用一種新型控制裝置替代繼電器控制，這種控制裝置更把計算機的通用、靈活、功能完善等優(yōu)點與繼電器控制的簡單、易懂、操作方便、價格便宜等特點結合起來，而且要使那些不很熟悉電腦的人也能方便的使用。根據這種設想，1969年美國數(shù)字設備公司（dec）研制出了世界上第一臺plc，并在美國gm公司的汽車自動裝置生產

24、線上試用獲得成功。由于plc優(yōu)越的性能，其問世后發(fā)展極為迅速。1971年，日本引進了這項技術并開始生產plc。70年代中期，歐美及日本的一些生產廠家，其plc產品中多以微處理器及大規(guī)模集成電路芯片為其核心部件，使plc的功能進一步擴展，并且有了自診斷功能，可靠性得到進一步提高。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展，80年代中期，plc幾乎完全計算機化，其速度更快、功能更強，plc的各種智能化模塊不斷的被開發(fā)出來，一些廠家還推出了plc的計算機輔助編程軟件，許多小型plc的性能也不可小視?，F(xiàn)在，plc不僅能進行邏輯控制，在模擬量的閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網及集散控制等方面都得到廣泛

25、的應用。如今大、中、甚至小型plc都配有a/d、d/a轉換及算術運算功能，有的還具有pid功能。這些功能使plc應用與模擬量的閉合相應的傳感器及伺服裝置，plc可以實現(xiàn)數(shù)字量的智能控制；plc配合可編程終端設備（如觸摸屏）可以實時顯示采集到的現(xiàn)場數(shù)據及分析結果，為分析、研究系統(tǒng)提供依據；利用plc的自檢信號可實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；plc具有較強的通信功能，可與計算機或其他智能裝置進行通信和聯(lián)網，從而能方便地實現(xiàn)集散控制。功能完備的plc不僅能滿足控制的要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產的需要。目前，世界上一些著名的電器生產廠家?guī)缀醵荚谏aplc，產品功能日趨完善、換代周期越來越短。為了進一步擴大plc在工業(yè)自

26、動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業(yè)的不同需要，plc產品大致向兩個方向發(fā)展：小型plc向體積縮小、功能增強、速度加快、價格低廉的方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制，更便于實現(xiàn)機電一體化；大中型plc向可靠性、高速度、多功能、網絡化的方向發(fā)展，將plc系統(tǒng)的控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。我國從70年代中期開始研制plc。1977年，我國采用美國motorola公司的一位機集成芯片，研制成功了國內第一臺有實用價值的plc。此后，在不斷引進國外plc生產線的同時，積極開發(fā)國產plc。許多企業(yè)在plc的應用方面進行了積極的探索，取得了成功的經

27、驗和良好的效益。隨著plc產品性能價格比的不斷提高，中小企業(yè)普及應用plc的投資已經完全可以承受。可以預見，plc技術的推廣應用會使我國的工業(yè)自動化水平產生一個革命性的飛躍。3.3.2 plc的基本結構與特點可編程控制器內部的基本結構與普通微機是類似的，特別是和單片機的結構極為相似?？删幊炭刂破鲗嵤┛刂频幕驹硎前匆欢ㄋ惴▽崿F(xiàn)輸入、輸出變換，并加以物理實現(xiàn)。這種輸入、輸出變換就是信息處理。當今工業(yè)控制中信息處理最為常用的方式是采用微處理機技術，plc也是利用微處理機技術將其應用于工業(yè)生產現(xiàn)場，使其專業(yè)化。相對于普通微機，物理實現(xiàn)是plc的特長，因為普通微機大多只考慮自身的數(shù)據、信息處理能力和

28、通信等功能，又要考慮實際控制能力及其實現(xiàn)等問題。因此，plc在硬件設計時更注重i/o接口技術和抗干擾等問題的解決。根據控制系統(tǒng)的基本要求，plc采用典型的計算機結構，它主要由中央處理單元cpu、存儲器（ram，rom，efprom，eeprom等）、專門設計的輸入輸出接口電路、通信接口電源等單元組成。plc優(yōu)越的性能表現(xiàn)在以下幾個方面：1.靈活性和通用性強繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要使用大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組裝來完成電路的連接。其致命的弱點是，如果工藝的要求稍有改變，控制電路必須隨之做相應的變動，耗時且費力。plc是利用存儲在主機內的程序實現(xiàn)各種控制功能的。因此，在plc外部

29、接線改動極少，甚至可不必改動。一臺plc可以用于不同的控制系統(tǒng)中，只不過改變了其中的程序罷了。其靈活性和通用性是繼電器控制電路所無法比擬的。2.抗干擾能力強、可靠性高繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。繼電器控制系統(tǒng)的維修工作不僅耗力費時，而且停產維修所造成的損失也不可估量。而在plc控制系統(tǒng)中大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成，因此plc可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定的工作。從國外使用plc的實際情況來看，平均無故障率可以達到幾萬甚至幾十萬小時以上。因此plc被譽為“專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。plc在硬件

30、和軟件方面主要采取以下措施來提高其可靠性：(1)硬件方面采取的措施對電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，均采用嚴格措施進行屏蔽，以防外界干擾；對供電系統(tǒng)及輸入電路采用多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾,也削弱了各部分之間的相互影響；對plc內部所需的+5v電源采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以消除由于交流電網的波動引起的過電壓、欠電壓的影響；采用光電隔離措施，有效地隔離了內部與外部電路之間的直接電聯(lián)系，以減少故障和誤動作；采用模塊結構的plc，一旦某一模塊有故障，就可以迅速更換模塊，從而盡可能縮短系統(tǒng)的故障停機時間。(2)軟件方面采取的措施其一，對掉電、欠電壓、后備電池電壓過低及

31、強干擾信號等，plc通過監(jiān)控程序定時的進行檢測。當檢測到故障時，立即把當前狀態(tài)保存起來，并禁止對程序的任何操作，以防止存儲信息被沖掉。故障排除后立即恢復到故障前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行程序。其二，plc設置了監(jiān)視定時器，如果程序每次循環(huán)的執(zhí)行時間超過了規(guī)定值，表明程序進入了死循環(huán)，則立即報警。其三，加強對程序的檢查和校驗，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警，并停止程序的執(zhí)行。其四，利用后備電池對用戶程序及動態(tài)數(shù)據進行保護，確保停電時信息不丟失。由于采取了以上措施，plc的抗干擾能力和可靠性得到了大大的提高。3.編程語言簡單易學雖然plc是以微型計算機技術為核心的控制裝置，但是不要求使用者精通計算機方面復雜的硬件和軟件知識

32、。大多數(shù)plc采用類似繼電器控制電路的“梯形圖”語言編程，清晰直觀，簡單易學，了解繼電器控制線路的電氣技術人員很容易接受。4.plc與外部設備的連接簡單，使用方便用微機控制時，要在輸入/輸出接口電路上做大量的工作，才能使微機與控制現(xiàn)場的設備連接起來，調試也比較麻煩。而plc的輸入/輸出接口已經做好，其輸入接口具有較強的驅動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等強電電器連接，接線簡單，使用方便。5.plc的功能強、功能的擴展能力強其一，plc利用程序進行定義、計數(shù)、順序、步進等控制，十分準確可靠。而用繼電器控制時，需使用大量時間繼電器、計數(shù)器、進步控制開關等設備，其準確性與可靠性無法與plc相

33、比。其二，plc還具有a/d和d/a轉換、數(shù)據運算和數(shù)據處理、運動控制等功能。因此它即可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制，也可遠距離對生產過程進行控制。plc的功能擴展極為方便，硬件配置相當靈活，根據控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。6.plc控制系統(tǒng)的設計高度周期短由于plc是通過程序實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，所以設計人員可以在實驗室里設計和修改程序。更為方便的是可在實驗室里進行系統(tǒng)的模擬運行調試，使現(xiàn)場工作量大為減少。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調整電路的接線來改變控制功能的，調試時費時又費力。7.plc的體積小、重量輕、易于

34、實現(xiàn)機電一體化由于plc內部電路主要采用半導體集成電路，具有結構緊湊、體積小、重量輕、功耗低的特點；更由于它具有很強的抗干擾能力，能適應各種惡劣的環(huán)境，因而它已成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制裝置。.3.3.3 plc基本工作原理各與單元的作用 plc與普通微機在許多方面有相似之處，但其工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如在常見的鍵盤掃描方式或i/o動作則轉入相應的子程序，無鍵按下i/o不動作則繼續(xù)掃描鍵盤和i/o口。plc則采用循環(huán)工作方式，在plc中用戶程序按先后順序存放，其工作方式如圖3-2所示，掃描周期如圖3-3所示，即cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇

35、到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，掃描輸入的狀態(tài)（輸入刷新）。整個工作過程可分為5個階段：自診斷，與編程器或計算機等的通信，現(xiàn)場輸入信號的采集，用戶程序執(zhí)行，輸出結果。plc的工作過程如圖3-4所示。第一階段：自診斷。每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自掃描程序。洗診斷內容分為i/o、存儲器、cpu等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。第二階段：與編程器或計算機通信。plc檢查是否有與編程器或計算機等的通信請求，若有則進行相應的處理，例如接受由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示

36、。如果有與計算機的通信請求，也在這段時間內發(fā)送完成數(shù)據的接受和發(fā)送任務。 圖3.2 plc工作方式示意圖圖3.3 plc掃描周期示意圖 圖3.4 plc工作過程流程圖第三階段：讀入現(xiàn)場信號。plc的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到狀態(tài)存儲器，也即輸入采樣階段。第四階段：執(zhí)行用戶程序。cpu將指令逐條調出并執(zhí)行，以對輸入和輸出的狀態(tài)進行處理，即按程序對數(shù)據進行邏輯、運算，再將正確的結果送到輸出狀態(tài)存儲器中，這就是程序執(zhí)行階段。第五階段：輸出結果。當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出狀態(tài)存儲器的狀態(tài)通過輸出部件轉換成被控制設備所能接受的電壓或電流信號，以驅動被控設備，這就是輸出刷新

37、階段。plc經過這5個階段的工作過程，稱為一個掃描周期。完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周期周而復始的進行。掃描周期是plc的重要指標之一，plc在正常工作情況下，掃描周期t為t=（運算速度*程序步數(shù)+i/o刷新時間+故障診斷時間）由于i/o刷新時間和故障時間相對用戶程序執(zhí)行時間要小得多，因此掃描時間主要由用戶程序和的長短和cpu的運算速度決定，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于一般工業(yè)設備控制通常沒有什么影響，但對于控制時間要求較嚴格，響應速度要求快的系統(tǒng)，則應考慮plc的速度，并且應該精確計算響應的時間，精心編排程序，合理安排指令的順序，盡可能減少掃描周期造成的響應時間。由于p

38、lc是采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸入輸出響應速度受掃描周期的影響較大。plc與繼電器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器是按并行方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就有可能有幾個電路同時工作。而plc上一以反復掃描的方式工作的，這是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說plc是以串行方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。最初研制生產的plc主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的。(1)繼電器控制裝置采用硬件邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該

39、繼電器所以的觸點（包括其通常開或常閉觸點）在繼電器控制的那個位置上都會立即同時動作。(2)plc的cpu則采用順序邏輯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（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在1000ms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的運行方式掃描方式。這樣在對于i/o響應要求不高的場合，plc與繼電器控制裝置的處理結果上就沒什么區(qū)別了。1.掃描技術當plc投入運行后

40、，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。圖3.5 plc運行掃描圖(1)輸入采樣階段在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2)用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用

41、戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右，先上后下的順序對由各觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的序對由各觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)內的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該程序過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排

42、在其上面的程序起作用。(3)輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應外設。這時才是plc的真正輸出。比較下面這兩段程序執(zhí)行的結果完全一樣，但在plc中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對m4的刷新；程序2要用四次掃描周期，才能完成對m4的刷新。這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行的結果有區(qū)別。程序1程序2當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那

43、么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，plc的掃描周期包括自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。圖3.6掃描周期流量圖2plc的i/o響應時間為了增強plc的抗干擾能力，提高其可靠性，plc的每個開關量輸入端都采用光電藕等技術。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，plc采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得plc的i/o響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿得多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂i/o響應時間是指從plc的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端的時間。其最短的i/o響應時間與最

44、長i/o響應時間如圖所示：圖3.7 i/o響應時間以上是一般的plc的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進的plc中，輸入映象刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸出映象刷新循環(huán)已經各自獨立工作，提高了plc的執(zhí)行效率。1.中央處理單元（cpu）中央處理單元（center process unit ,cpu）可比作plc的大腦，是plc實現(xiàn)信息處理和控制的關鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接影響plc的技術性能指標。(1)cpu的組成cpu一般是由控制電路、運算器和總線等部件組成，這些電路一般都集成在一個芯片上。cpu通過地址總線、數(shù)據總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接。不同型號的plc使用不同的cpu部

45、件，制造廠家使用cpu部件的系統(tǒng)指令編寫系統(tǒng)程序，并固化到只讀存儲器ram中。cpu按系統(tǒng)程序賦予的功能，接收編者按編程器或計算機等編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據，存入隨機存儲器ram中。cpu按掃描方式工作，從規(guī)定著的地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停的周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。(1) cpu的主要功能運行程序：plc的程序存放于內存中，但程序運行卻在cpu中。plc運行時首先cpu從地址總線上給出存儲地址，從控制總線上給出存儲地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據總線上得到讀出行譯碼，最后，cpu執(zhí)行指令規(guī)定的操作，如讀取輸入信號，取操作數(shù)，進行邏輯

46、運算或算術運算，并將運算結果輸出給有關部件。cpu運行程序是周而復始不斷重復著的，這與plc掃描工作方式是相適應的。若plc設置在中斷主程序轉而執(zhí)行中斷服務程序。中斷服務程序完成后，自動返回主程序。接受程序：plc的系統(tǒng)程序由廠家提供并固化在cpu內部存儲器rom中，它除了能編譯、運行用戶程序以外，還對plc進行上電初始化、i/o刷新及公共處理。用戶程序由用戶根據機械設備的生產工藝和控制要求進行編制并保存在rom中。cpu通過系統(tǒng)程序對用戶程序進行編輯或計算機來實現(xiàn)上訴過程。同時，有時還需要對系統(tǒng)的特殊功能進行設置，如將系統(tǒng)設置為具有中斷控制、高速脈沖記數(shù)、高速脈沖輸出、輸入脈沖延時和捕捉等功

47、能。cpu則根據系統(tǒng)設置來實現(xiàn)上訴功能。部分plc接受程序是通過編程來實現(xiàn)的。如西門子的plc編程軟件step5，即是通過組織塊來實現(xiàn)分段程序的連接，通過功能來實現(xiàn)各種控制功能。系統(tǒng)監(jiān)控：plc除了可處于運行及編程狀態(tài)外，還可設置成監(jiān)控狀態(tài)。此時，plc即可實現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，也可通過編程和計算機修改程序或改變程序。在這種狀態(tài)下，plc的cpu工作狀態(tài)及接收編程器操作的功能。2.存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯程序、邏輯變量和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成plc各種功能的程序，這些程序由plc制造廠商相應的cpu指令系統(tǒng)來編寫，并固化到rom中。用

48、戶程序存儲用來存放由編輯器或計算機輸入的用戶程序。用戶程序是使用者根據工程現(xiàn)場的生產過程和工藝要求編寫的控制程序，可通過編程工具進行修改。在plc中主要使用兩種類型的儲存器，即rom和ram儲存器，部分plc也使用eeprom和eprom儲存器。(1)只讀儲存器romrom中的內容一般是由plc制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并且永遠駐留。系統(tǒng)主要包括檢查程序、編譯程序和監(jiān)控程序。plc啟動后，首先由檢查程序檢查plc的各部分操作是否正常，并將檢查結果顯示給操作人員；然后編譯程序將用戶鍵入的控制程序變換成由微電腦指令組成的程序，并對用戶的需要調用相應的內部程序。例如用編程器選擇了程序工作方式，則監(jiān)控程

49、序就調入“鍵盤輸入處理程序”，將用戶輸入的程序送到ram中；若用編程選擇運行工作方式，則監(jiān)控程序將啟動用戶程序。rom的容量與plc的復雜程序有關。(2)隨機儲存器ramram是可讀寫儲存器。讀出時，ram中的內容不被破壞，而寫入時，剛寫入的信息就會覆蓋原來位置上的信息。ram中一般存入用戶程序、邏輯變量、中間結果、最終運算結果及供內部監(jiān)控、管理程序使用的系數(shù)數(shù)據等內容。用戶程序是指選擇編程工作方式時，用編程工具輸入的程序經過預處理后，存入在ram的低地址區(qū)。而邏輯變量則指在輸出繼電器、內部輔助繼電器、保持繼電器、定時器、移位電器等。一般plc還開辟一定數(shù)量的數(shù)據區(qū)供數(shù)值運算，a/d，d/a，

50、高速脈沖計數(shù)等功能。內部監(jiān)控、管理程序也要使用部分存儲單元存放系數(shù)數(shù)據。由于不同型號的plc其儲存器的容量是不同的，所以在技術說明書中，一般都會給出與用戶編程和使用單元有關的指標，如輸入輸出繼電器的數(shù)量、保持繼電器的數(shù)量、內部輔助繼電器的數(shù)量、定時器和記數(shù)器的數(shù)量、允許用戶程序的最大長度等，這些指標都間接地反映了ram的容量。ram通常和鋰電池配合使用，這樣在斷電時可起到對用戶程序的保存作用。(3)eprom,efprom部分plc還使用內置eprom或外置eeprom，eeprom存儲器用于存放用戶程序，這樣用戶程序可實現(xiàn)“永久”保存，不會出現(xiàn)存儲器采用ram+鋰電池結構時，隨著鋰電池電能的

51、消耗，電量不足而出現(xiàn)用戶程序丟失的現(xiàn)象。3.電源部件電源部件將交流轉換成供plc的中央處理器、存儲器等電路工作需要的直流電源，使plc能正常工作。plc內部使用的電源是整機的供給中心，它的優(yōu)劣直接影響到plc的功能和可靠性，因此目前大部分plc采用開關式穩(wěn)壓電源供電。4.輸入輸出接口電路這是plc與被控設備相連接的接口電路。用戶設備輸入plc的各種控制信號，如限位開關、操作按扭、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等，通過輸入借口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、電機等被控執(zhí)行元件。(1

52、)輸入接口的電路輸入接口的電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。光電耦合電路：采用光電偶合電路和現(xiàn)場輸入信號相連的目的是防止現(xiàn)場的強電干擾進入plc，也防止傳導性干擾，從而起到對電信號的隔離作用。光電耦合電路的關鍵部件是光電耦合器，一般由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。微電腦輸入接口電路：它一般是數(shù)據輸入存儲器、選通電路和中斷請求邏輯電路構成，這些電路集成在一個芯片上?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合器送到輸入儲存器，然后通過數(shù)據總線送給cpu。(2)輸出接口電路plc的輸出接口電路是一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據儲存器、選通電路和中斷請求電路集成

53、而成。cpu通過數(shù)據總線將要輸出的信號放到輸出儲存器中，并通過光電耦合器隔離后輸出。功率放大電路是為了適應工業(yè)控制的要求，將plc的輸出信號加以放大。plc一般采用繼電器輸出,部分plc采用晶閘管輸出。繼電器輸出電路：負載電源由用戶提供，可以是交流也可以是直流，視負載情況而定。繼電器輸出電路抗干擾能力強，負載能力大（工作電流可達2-5a），但信號響應速度較慢，其延遲一般為8-10ms 。晶閘管輸出電路：負載電源由用戶提供，只能是直流。晶體管輸出電路負載能力較大（工作電流僅1a左右），其響應速度較快，延遲一般為導通1-2ms，關斷8-10ms。晶體管輸出電路：負載電源由用戶提供，只能是直流。晶體

54、管輸出電路負載能力小（工作電流僅為0.3-0.5a），但響應速度快，其延遲一般為0.5-1ms.除了上面介紹的這幾個主要單元以外，plc上還配有各種與外圍設備連接用的并行、串行接口，通常用插座引出到外殼上，可通過電纜或通過底板方便的配接編程器、計算機、打印機、觸摸屏、顯示器以及a/d，d/a，高速計數(shù)等模塊。4切紙機的plc控制系統(tǒng)設計4.1 plc的環(huán)境技術條件設計1.由于plc是直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制裝置，在設計制造時，充分考慮了它的環(huán)境適應性，它具有在惡劣技術條件下可靠工作的性能。但是，每種plc都有自己的工作環(huán)境技術條件，用戶在選用時，特別在設計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要給予充分的考慮。在

55、設計、安裝時盡可能地改善可編程器的現(xiàn)場工作環(huán)境，達到延長其工作命，提高系統(tǒng)的可靠性的目的。一般plc及外部電路（i/o模塊、輔助電源等）都能在下列工作條件下可靠地工作：濕度：相對濕度為5%95%（無凝結霜）：震動和沖擊：滿足國際電工委員會標準：電源：220v交流，允許變化上下15%頻率4753hz，瞬間停電保持為10ms；周圍空氣：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體。2.環(huán)境條件對plc的影響(1)溫度的影響：晶體管和電阻電容等外部電路都是由半導體集成電路（簡稱ic）、晶體管和電阻電容等元件構成的，溫度的變化將直接影響這些元件的可靠性和壽命。溫度高時容易產生下列問題：ic晶體管等到半導

56、體器件性能惡化，故障率增加和壽命降低：模擬回路的漂移變大，精度降低等。如果溫度偏低，除模擬回路精度降低外，回路的安全系數(shù)也會變小，超低溫時還可能引起控制系統(tǒng)的動作不正常。別是溫度的急劇變化（高低溫沖擊），由于電子器件熱脹冷縮，更容易引起電子器件的惡化和溫度特性變壞。(2)濕度的影響：在濕度大的環(huán)境中，水分容易通過模塊上ic的金屬表面進內部，引起內部元件的惡化，印刷板可能由于高壓或高電流而引起短路，干燥的絕緣物體上可能帶靜電，特別是mos集成電路，由于輸入阻抗高，可能會因靜電感應而損壞。控制器不運行時，溫度、濕度的急劇變化，會引起結露，結露后會使絕緣電阻大大降低，容易引發(fā)高壓的泄露，使金屬表面生

57、銹，從而導致絕緣惡化，特別是交流會20v，110v的i/o模塊，由于絕緣的惡化，可能產生預料不到的事故。(3)振動和沖擊的影響：一般plc能耐的振動和沖擊頻率為1055hz，振幅為0.5mm,加速度為2g,沖擊為10g。超過這個極限時,可能會引發(fā)電磁閥或斷路器誤動作、機械結構松動、電氣部件疲勞損壞以及連接器的接觸不良等后果。(4)周圍空氣的影響：周圍空氣中不能混有塵埃。導電煤炭煤田粉末、腐蝕性氣體、水分，油分、油霧、有機溶劑和鹽分等，否則會引起下列不良現(xiàn)象：塵?？梢鸾佑|部分的接觸不良，或使濾波器的網眼堵住，使盤內溫度上升；導電性粉末可引起誤動作，絕緣性能變差和短路等；油和油霧可能會引起接觸不良和腐蝕塑料；腐蝕性氣體和鹽分可能引起印刷電路板的底部或引線腐蝕，造成繼電路或開頭的可