基于三菱系列plc的煤礦皮帶運輸機控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文-資料下載頁

　　

【正文】 輸出可以采用市電，電流達(dá)到一定 要求（ 2A 以上）， 可直接驅(qū)動繼電器和電磁閥。 這些要求實際上提出了將繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的特點結(jié)合起來，將繼電接觸器控制硬接線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設(shè)想。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)上述要求，研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。當(dāng)時人們把它稱為可編程序邏輯控制器 PLC（ Progrmmable Logic Controller），只是用它取代繼電接觸器控制，功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數(shù)等。可編程序 控制器問世后，發(fā)展極為迅速。 1971 年日本開始生產(chǎn)可編程序控制器； 1973 年歐洲開始生產(chǎn)可編程序控制器，到現(xiàn)在世界各國一些著名的電氣制造商幾乎都在生產(chǎn) PLC 裝置，如美國羅克韋爾自動化公司的 AB、歐洲的西門子、日本的三菱、日本的 OMROM、美國的 GE等， PLC 已作為一個獨立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。 26 國際電工委員會（ IEC） 1985 年 1月對可編程序控制器作過如下定義： “ 可編程序控制器是一種數(shù)字運算的電子系統(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儲器，用來在內(nèi)部存儲執(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)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充功能的原則設(shè)計。 ” 可編程序控制器的發(fā)狀況及發(fā)展趨勢 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展； 體系結(jié)構(gòu)開放化及通信功能標(biāo)準(zhǔn)化； I/O 模塊智能化及專用化； 編程組態(tài)軟件圖形化； 發(fā)展集成技術(shù)及容錯技術(shù) 。 第 一 節(jié) 可編程控制器 的特點 抗干擾能力強，可靠性高 在 I/O 環(huán)節(jié)， PLC 采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用 EEPROM，一般 PLC 的平均無故障工作時間可達(dá)幾萬小時以上。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強 PLC 所采用的 CPU 一般是具有較強位處理功能的位處理機，為了增強其復(fù)雜的控制功能和聯(lián)網(wǎng)通信等管理功能，可以采用雙 CPU 的運行方式，使其功能得到極大的加強。 編程方便，易于使用 第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員的學(xué)習(xí)。 適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境 采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕及有毒氣體等的應(yīng)用場合。 與外部設(shè)備連接方便 采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動的端子排，提供不同的端子能適合于多種 27 電氣規(guī)格。 體積小、重量輕、功耗低 性價比高 與其他控制方式相比，性能價格比較高。 模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強 根據(jù)現(xiàn)場需要可進行不同功能的擴展和組裝，一般型號的 PLC 可用于控制從幾個 I/O 點到幾百個 I/O 點的控制系統(tǒng)。 維修方便，功能更改靈活 程序的修改就意味著控制功能的修改，因此功能的更改非常靈活。 第 二 節(jié) 可編程控制器的組成 PLC 的硬 件主要由中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出單元、 電源模塊、擴展接口、 通信接口 、編程器 等部分組成。其中， CPU是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備與 CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。 其結(jié)構(gòu)框圖如圖 四 所示： 圖 四 PLC結(jié)構(gòu)簡化框圖 （一） 中央處理單元（簡稱 CPU） 中央處理單元是 PLC 的控制中樞，核心部件，其性能決定了 PLC 的性能。 組成：由控制器，運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線，數(shù)據(jù)總線 ，控制總線，與存儲器的輸入，輸出接口電路相連。 編程器 中央處理單元（ CPU） 輸 入 單元 系統(tǒng)程序存儲器 用戶程序存儲器 輸 出 單元，電 路 電源 28 常用芯片：通用微處理器，單片機，位片式微處理器。 作用：處理和運行用戶程序，進行邏輯和數(shù)學(xué)運算，控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。具體有： 接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入印象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。 檢查電源、存儲器及 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)，并診斷用戶程序中的語法錯誤。 PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)指令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制 電路，分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取，傳送，組合，比較和變換等操作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)。 根據(jù)運算結(jié)果，更換有關(guān)影象區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，根據(jù)輸出狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實現(xiàn)對輸出的控制。 （二）存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 分類： PLC 中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和工作數(shù)據(jù)存儲器三種。 系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家編寫的系統(tǒng)程序，固化在 ROM 內(nèi)，它決定了 PLC 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 用戶程序存儲器用來存放用戶根據(jù)控制 要求用 PLC 編程語言編寫的各種用戶應(yīng)用程序，用戶可以根據(jù)需要對其內(nèi)容進行修改。 工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)。工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的，它包括輸出映像寄存器和程序執(zhí)行過程中的參數(shù)等。 PLC 的種類很多，無論用戶使用哪一種類型，要想編制正確的程序，必須對存儲器的劃分非常清楚。 作用：存放系統(tǒng)程序，用戶程序，邏輯變量和其它一些信息。 系統(tǒng)程序：控制 PLC 完成各種功能的程序，由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀式存儲器 ROM 中，用戶不能訪問。 用戶程序：用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的程序。通過 編程器輸入到 PLC 的隨機存儲器 RAM 中，允許修改，由用戶啟動運行。 29 結(jié)構(gòu)：由存儲體、地址譯碼電路、讀寫控制電路、數(shù)據(jù)寄存器組成。 存儲體由存儲單元構(gòu)成，作用：存放二進制數(shù)據(jù)。 地址譯碼電路的作用：根據(jù)地址總線上的地址編碼選取相應(yīng)的存儲單元。 讀寫控制電路的作用：將選中的存儲單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器中或?qū)?shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫到選中的存儲單元中。 數(shù)據(jù)寄存器的作用：存放從存儲單元讀出的數(shù)據(jù)，或者存放從數(shù)據(jù)總線送來并準(zhǔn)備寫到存儲單元去的數(shù)據(jù)。 （ 1） 存儲器的工作過程 ①、 數(shù)據(jù)的寫入過程 ②、 數(shù)據(jù)的讀出過程 （ 2） PLC 中使用的存儲器 ①、 只讀存儲器 ROM ②、 隨機存儲器 RAM ROM 為只讀存儲器，存放 PLC 制造廠家寫入的系統(tǒng)程序，并永遠(yuǎn)駐留在 ROM中， PLC 去電后再上電， ROM 內(nèi)容不變。 RAM 為可讀寫的存儲器，讀出時其內(nèi)容不被破壞，寫入時，新寫入的內(nèi)容覆蓋原有的內(nèi)容。為防止掉電后信息丟失，配有后備鋰電池。 除此而外， PLC 還有 EPROM、 EEPROM 存儲器。 PLC 產(chǎn)品樣本或使用說明書中給出的存儲器形式或容量等均指用戶存儲器。存儲器容量是 PLC 的一個重要性能指標(biāo)。 （三）輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元通常也稱 I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場 設(shè)備之間 相連接的橋梁 。 輸入接口模塊接收來自現(xiàn)場檢測部件傳來的各種狀態(tài)控制信號，由接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換為 CPU 能識別和處理的信號，并存入輸入映像寄存器。 輸入接口采用光電耦合電路將 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備隔離起來，以提高 PLC的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波、電平轉(zhuǎn)移及信號所存電路等。各 PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的 I/O 部件或模塊供用戶選用。 輸出接口模塊是 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接部件，用來將輸出信號送給控制 30 對象的輸出接口。其作用是將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場 需要的功率信號，驅(qū)動被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 輸出接口電路也使用了光電耦合技術(shù)，每一點輸出都有一個內(nèi)部電路，由指示電路、隔離電路和繼電器組成。輸出接口電路具有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn)移和輸出接線端子排，有多種類型的輸出部件或模塊供用戶選用。 PLC 通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時 PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而 PLC 內(nèi)部CPU 的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 I/O 接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高 PLC 的抗干擾能力。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的 I/O 接口，有各種各樣功能的 I/O接口供用戶選用。 I/O 接口的主要類型有： 開關(guān)量輸入 、 開關(guān)量輸出 、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交 /直流輸入接口。 常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向 晶閘管輸出 。 繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動直流負(fù)載，后者只能用于交流負(fù)載。 PLC 的 I/O 接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為 PLC 輸入 /輸出（ I/O）點數(shù)。 I/O 點數(shù)是選擇 PLC 的重要依據(jù)之一。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)不夠時，可通過 PLC 的 I/O 擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。 （四）電源模塊 PLC 配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比， PLC 電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定 度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值 177。15% 的范圍內(nèi)波動。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。 31 （五）擴展接口 當(dāng)用戶所需的輸入 /輸出（ I/O）點數(shù)超過 PLC基本單元的輸入 /輸出點數(shù)時，就需要對系統(tǒng)進行擴展。 I/O擴展接口就是用來連接中心基本單元與擴展單元的。 （六）通信接口 PLC 配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。 PLC 通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其它 PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。 PLC 與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接， 可將控制過程圖像顯示出來；與其它 PLC 連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模控制。與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 PLC通信主要采用串行異步通信，其常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有 RS232C、 RS422A和 RS485 等。 （七）編程器 編程器的作用是用來供用戶進行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱圖形編程器），不但可以連機編程，而且還可以脫機編程。操作 方便且功能強大。 （八） 其它外部設(shè)備 除了以上所述的部件和設(shè)備外， PLC 還有許多外部設(shè)備，如 EPROM 寫入器、外存儲器、人 /機接口裝置等。 EPROM 寫入器是用來將用戶程序固化到 EPROM 存儲器中的一種 PLC 外部設(shè)備。為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失，經(jīng)常用 EPROM 寫入器將 PLC 內(nèi) RAM 保存到 EPROM中。 PLC 內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲器作成的存儲盒等來存儲 PLC 的用戶程序，這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口，實現(xiàn)與內(nèi)存儲 器之間相互傳送用戶程序。 人 /機接口裝置是用來實現(xiàn)操作人員與 PLC 控制系統(tǒng)的對話。最簡單、最普遍的人 /機接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED 顯示器、聲光報警器等器件構(gòu)成。對于 PLC 系統(tǒng)，還可采用半智能型 CRT人 32 /機接口裝置和智能型終端人 /機接口裝置。半智能型 CRT 人 /機接口裝置可長期安裝在控制臺上，通過通信接口接收來自 PLC 的信息并在 CRT 上顯示出來；而智能型終端人 /機接口裝置有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與 PLC 相連，也可作為獨立的節(jié)點接 入 PLC 網(wǎng)絡(luò)。 第 三 節(jié) 可編程控制器 的工作原理 可編程控制器 （ PLC） 是一種專用的工業(yè)控制計算機，概括而言， PLC 是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進行工作的。 第一部分是上電及內(nèi)部處理。機器上電后對 PLC 系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。 第二部分是掃描過程。 CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。掃描周期：通常規(guī)定