毕业论文基于plc原理设计的自动售货机Word下载.docx

1、 在这种情况下，采用继电器控制就显示出过多的不足。 正是从汽车制造业开始了对传统继电器的挑战，1968年美国的General Motors（GM）公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用和周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出10项招标指标： （1） 编程简单，可在现场修改程序； （2） 维护方便，最好是插件式； （3） 体积小于继电器控制柜； （4） 可靠性高于继电器控制柜； （5） 可将数据直接送入管理计算机； （6） 输入可以是交流115V； （7） 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等； （8） 在成本上可与继电器控制柜竞争； （9）

2、 在扩展时，原系统只需要很小变更； （10） 用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。 这就是著名的GM十条。 如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么GM十条就是可编程序控制器出现的直接原因。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制生产出世界上第一台可编程控制器,并成功的应用到美国通用汽车公司的生产线上。 它既具有继电控制系统的外部特性,又有计算机的可编程性、通用性和灵活性,它开创了自动控制设备的新局面。 由于当时技术所限,使用的器件集成度不高,其建树良多,体积大,只有来取代继电系统,在功能上仅限于执行机电控制逻辑,定时和技术等。 70年代中期,随着大规模

3、集成电路和微型计算机技术的发展,美国,日本,德国等把微处理器引入PLC,使可编程逻辑控制器有更多的计算机功能,不仅用软件编程取代了硬连线逻辑,还增加了数字运算,数据处理和数据通信功能,并求做到了小型化。 在编程方面采用了面向生产,面形用户的语言,打破了以往必须有计算机知识的人员使用的计算机编程的限制,使广大工程技术人员以及具有电工知识的人员乐于接受和应用,所以得到了迅速而广泛的推广。 80年代国外工业界把引进了微处理器的可编程逻辑控制器只是命名为可编程控制器（Programmable Controller）,简称PLC。 在我国已不烦技术人员为了与个人计算机区别开来,把可编程控制器简称为PLC

4、。 1985年1月国际电工委员会对可编程序控制器给出了如下定义:可编程序控制器是一种数字运算的电子系统,专为工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器,用来在内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,技术和算术运算等操作的指令,并通过数字式,模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充的原则设计。 可编程控制器的发展相当迅速,在发达国家的应用几乎覆盖所有工业企业行业,PLC的销售额增长率在20%以上,PLC品种以多达数百种,世界上几十家著名的电器工厂都在生产PLC装置。 目前,美国处于领先的地位,著名的生产厂有德

5、州公司、通用公司、歌德公司、数字设备公司等。 日本自1971年引进PLC技术后,发展也很快,三菱公司、日立公司和立石公司是最大的三家。 德国的西门子公司、荷兰的飞利浦公司、瑞典的通用公司及英国、法国等都生产自己的PLC。 近年来,国外的PLC大量的进入我国市场.我国也引进多条PLC生产线,在逐步消化国外技术的基础上防止和自行研制。 PLC在我国大多数工业部门得到应用,已经取得显著的经济效益并正在迅速推广。 第二节 可编程控制器的特点和应用 可编程控制器专为在工业环境下应用而设计，以用户需要为主，又采用了先进的微型计算机技术，所以具有以下几个显著特点。 1 可靠性高 PLC由于选用了大规模集成电

6、路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件和软件的设计制造过程中采取了一系列隔离和抗干扰措施，使它能适应恶劣的工作环境，所以具有很高的可靠性。 PLC控制系统平均无故障时间可达2万小时以上。 高可靠性是PLC成为通用自动控制设备的首选条件之一。 2 编成简单、使用方便 PLC的编程采用类似继电控制系统电器原理的梯形图，用串联、并联、定时、计数等人们所熟悉的概念，使计算机语言大众化，只要是比较熟练的电工和熟悉工业和知识的人在几天内就能学会，只是PLC得到推广的重要原因之一。 3 通用性好，具有在线修改能力 PLC的硬件采用模块化结构，可以灵活的组态以适应不同的控制对象、控制规模和控制功能的要

7、求，给组成各种系统带来极大的方便。 同一台PLC装置用于不同受控对象时,只是输入输出组件、功能模块和应用软件不同。 同时，PLC控制系统中的控制电路是由软间编程完成的，只要对应用程序进行修改就可以满足不同的控制要求，因此PLC具有在线修改能力，功能易于扩展，给生产带来了“柔性”，具有惯犯的工业通用性。 4 短设计、施工、投产试制周期，维护容易 目前PLC产品已实现了系列化、标准化，正朝着通用化方向发展，设计人员只需要根据控制系统的需要，选用相应的模块进行组件设计。 同时，用软件编程代替了机电控制的硬连线，大大的减轻了繁重的安装和接线工作，这不仅提高了可靠性，还极大的缩短了施工周期。 PLC还具

8、有故障检测及显示的功能，使故障处理时间可缩短为10分钟，对维护人员的技术水平要求也不太高。 5 体积小 由于采用了微型计算机技术，使PLC达到了小型和超小型化，很容易装入机械设备内部，便于实现机电一体化。 由于上述特点，PLC作为通用自动控制设备，可用于单一机电设备的控制也可用于工艺过程的控制，而且控制精度相当高，操作简便，又具有很大的灵活性和可扩展性，使得PLC的应用越来越广泛。 第三节 可编程控制器与其它工业控制装置的比较 1. PLC与集散控制系统 PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，初期的功能是以数字量的顺序控制为主。 随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的发展，PLC在逻辑运算、璧

9、还调节的功能，运算速度提高，输入输出规模扩大，并开始与小型计算机联成网络，构成以PLC为重要部件的初级分散控制系统。 集散控制系统是由回路仪表控制系统发展而来，初期的功能以回路调节为主。 随着微处理器和单片机的出现，他把顺序控制技术、数据采集、过程控制的模拟量仪表和过程监控装置等有机的结合在一起，形成了新一代的集散型控制系统。 可见，不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，始终是互相渗透，互相补充。 新一代的PLC增强了模拟量控制功能，可配备各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络系统、组成分级控制的功能。 集散系统既有单回路控制功能，也有多回路控制功能，同时也有顺序控制功能。 因此，当今

10、的PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多生产过程的控制既可用PLC实现，也可用集散系统来实现。 2. PLC与工业控制计算机 工业控制计算机是指能够提供各种数据采集和控制功能，能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口，能够在恶劣的工业环境可靠运行的计算机系统。 工业控制机是由通用微机推广应用发展而来，硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。 但是，使用工业控制机的人员的技术水平要求较高，一般具有一定的计算机专业知识。 工业控制机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，因而，不如PLC那样容

11、易推广。 PLC是专为工厂现场应用环境而设计的，结构上采用整体密封或插件组合型，并采用了一系列抗干扰措施，在工业现场使用有很高的可靠性；PLC是由电气控制厂家研制出来的，采用梯形图语言编程，使熟悉电器控制的人员易学易懂，易于推广。 但是，由于PLC的运行方式不同于工业微机，微机的很多软件还不能直接应用；且PLC的标准化程度较低，各厂家的产品不通用，因此在开发上不如工业控制机那样有基础。 第四节 可编程控制器的应用场合 随着电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。 目前在先进工业国家中PLC已经成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有的工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿

12、、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车等等各行各业、特别是在轻工业中，因生产门类多，加工方式多变，产品更新换代快，所以PLC广泛应用在组合机床自动线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电器设备中。 PLC已经跃居现代工业自动化三大产柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。 它的应用可大致分为以下几类： （1）逻辑控制 这是PLC最基本的也是最广泛的应用领域。 可用PLC来取代继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。 开关量的逻辑控制可用于单机控制、多机群控，也可用于自动生产线的控制。 如化工系统中各种泵和电磁阀的控制。 （2） 运动控制 PLC可用于对直线运动或圆周运动的

13、控制。 早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。 世界上各主要PLC厂生产的PLC几乎都有运动控制功能。 PLC的运动控制空能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、电梯等。 （3） 闭环过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。 这一功能可以由PID子程序来实现，也可以使用专用的智能PID模块。 PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于加热炉、热处理炉、锅炉等设备；还应用于化工等行业。 （3）数据处理 现代的PLC具有数学运算（

14、包括矩阵、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考之相比较，也可以方便的传送到别的只能装置，或者将它们打印制表。 数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统和机器人的控制系统。 （4）过程控制 过程控制是通过配用A/D、D/A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行单回路或多回路闭环调节控制，使这些物理参数保持在设定值上。 在各种加热炉、锅炉控制记忆在化工、轻工、食品、制药、建材等许多领域的生产过程中有着广泛的应用。 （5）多级控制 多级

15、控制是利用PLC的网络通信功能模块及远程I/O控制模块实现多台PLC之间的链接、PLC与上位计算机的链接，以达到上位计算机与PLC之间及PLC与PLC之间的指令下达、数据交换与数据共享，这种由PLC进行分散控制、计算机进行集中管理的方式，能够完成较大规模的复杂控制，甚至实现整个工厂生产的自动化。 第五节 可编程控制器的发展趋势 一 技术发展迅速，产品更新换代快 随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的不断发展，PLC的结构和功能也不断改进，生产厂家不断推出功能更强的产品，平均35年更新换代一次。 PLC的发展主要由两个趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的PLC发展，使之适应于复

16、杂单机，数控机床和工业机器人等领域的控制要求。 其二是向控制、管理一体化，并且具有更完善的通讯联网功能的高档大型PLC发展，使之于计算机组成单元控制系统。 二 开发各种智能模块，增强过程控制功能 智能I/O模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的CPU与主CPU并行工作，占用主机CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。 智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入、BASIC与C语言组件等。 由于智能I/O的应用，使过程控制功能大为增强，某些PLC的过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。 三 PLC与个人计算机结合

17、目前，个人计算机主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端，其发展是使PLC具备个人计算机的功能。 大型PLC采用功能很强的微处理器和大容量存储器，将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通讯功能紧密地结合在一起。 这样，PLC与个人计算机、工业控制计算机、集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。 四 通信联网功能不断增强 PLC的通信联网功能使PLC与PLC之间、PC与计算机之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。 现在几乎所遇的PLC产品都有联网通信功能，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 目前，PLC与PLC

18、之间的网络是各厂家专用的。 通信协议想制造自动化协议靠拢，将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便的进行通信和联网。 五 发展新的编程语言，增加容错功能 改善和发展新的编程语言、高性能的外部设备和图形监控技术构成的人/机对话技术，除梯形图、流程图、专用语言指令外，增加BASIC语言的编程功能。 增加容错功能，如双机热备、自动切换I/O、双机表决（当输出状态与PC逻辑状态比较出错时，自动断开该输出）、I/O三重表决（对I/O状态进行软硬件表决，取两台相同的），以满足极高可靠性的要求。 第二章 可编程控制器的组成与基本原理 可编程控制器是工业专用微机控制装置，具有典型的计算机结构。 用

19、其结构的控制系统也是典型的工业控制系统。 第一节 编程控制器组成的控制系统 由可编程控制器作为控制器构成的自动控制系统可实现开关量的控制，也可实现模拟量控制；可实现断续控制，也可构成闭环控制系统。 该系统的组成可分为输入设备、输出设备、可编程控制器和外围设备等几部分。 图 PLC组成的控制系统 1 输入设备 输入设备的作用是产生输入控制信号送入可编程控制器。 常用的输入设备包括控制开关和传感器。 控制开关可以是按钮限位开关、行程开关、光电开关、继电器和接触器的接点等。 传感器包括各种数字式和模拟式传感器，如光栅位移式传感器、热电阻、热电偶等。 另外，常用的输入设备还有接点状态编程器和通信接口以

20、及其它计算机等。 2 输出设备 输出设备的作用是将可编程控制器的输出控制信号转换为能够驱动被控对象工作的信号。 常用的输出设备包括电磁开关、直流电动机、功率步进电机、交流电动机、电磁阀、电磁继电器、电磁离合器和加热器等。 如需要也可接CRT显示器和打印机等。 3 可编程控制器 可编程控制器在控制系统中起控制器的作用。 它将输入信号读入后按一定的控制规律进行处理，然后产生控制信号输出，驱动输出设备工作。 4 外围设备 外围设备可完成用户与可编程控制器对话、程序的存储及打印等功能。 可编程控制器的外围设备可供选用的较多，有编程器、盒式磁带、EPROM写入器等。 另外，外围设备还有复印机、个人计算机

21、等。 不同的系统根据系统功能需要选配外围设备。 外围设备在很大程度上决定了可编程控制器的发展。 第二节 可编程控制器的组成 可编程控制器的组成基本同计算机一样，有电源、中央处理器、输入输出接口及外围设备接口构成。 如图为可编程控制器的结构框图。 图 可编程控制器的基本结构 第三节 可编程控制器的基本工作原理 一可编程控制器基本工作原理 可编程控自器与继电器逻辑控制电路类似，也是根据现场输入的特定状况和控制要求来完成控制任务的。 但它与继电器逻辑控制电路不同的是，它不是靠逻辑电路的固定组合和系统中器件并行运行的方式来实现控制要求，而是在其硬件系统的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制

22、任务。 这一点则和一般计算机的工作原理相一致。 所以，从广的角度上讲，可编程控制器实质上也是一种计算机控制系统。 但与计算机相比，它与工业控制相连的接口具有更强的性能，其编程语言也更易于编写。 而更主要的区别则是PLC采用顺序的逐条的扫描用户程序的运行方式，具体说，如果根据程序运行的结果，一个输出线圈应接通或断开，该线圈的所有触点并不立即动作，而必须等用户程序全部扫描结束后，才会同时将输出动作信息全部送出执行，即是说，PLC采用了一种区别于一般计算机的运行方式扫描技术。 二 扫描原理 如前所述，可编程控制器实施控制实质上是采用了对整个用户程序循环执行的工作方式。 即执行用户程序不是只执行一遍，而是一遍一遍不停的循环执行。 这里每执行一遍我们称为扫描一次。 扫描一遍全部用户程序的时间叫做扫描周期。 扫描周期的长短，与程序中指令的数量以及每条指令执行时间的长短有关。 应保障扫描周期足够短，以保证在前一次扫描中刚好未捕捉到的某变量的变化状态，在下一次扫描过程中必定被捕捉到。 就一般控制系统而言，从控制现场取得控制信息的方式有两种： （1） 实