PLC及其在印刷机控制系统中的应用

广东科贸职业学院毕业论文题目PLC及其在印刷机控制系统中的应用专业印刷机电技术班级08印刷机电班学号14学生姓名赵世怡指导教师洪圣凯二○一一年五月摘要论述可编程控制器的原理及特点，指出PLC的发展方向，并以胶印机输纸器控制系统为例，说明PLC的应用方法。关键词：PLC；工业自动化；控制系统可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统。它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。30多年来，PLC以其优越的性能，使工业控制领域产生了根本性变化，促进了生产的快速发展[1]。目录一、前言……………………………………………………………4二、PLC组成及其工作原理……………………………………………………4PLC的应用三、……………………………………………5四、油墨的各种应用………………………………………………7五、油墨的发展前景………………………………………………8六、总结…………………………………………………………….81PLC组成及其工作原理1.1硬件组成PLC主要包括微处理器、存储器、输入和输出接口（I/O）、电源、通讯接口[2,3]（如图1所示）。1）微处理器（CPU）及其存储器微处理器及其存储器是PLC的管理指挥中心。微处理器主要有通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。存储器是可编程序控制器存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。系统程序由厂家编好并存入系统存储器中，通过外设输入的用户程序，存于用户程序存储器中。进入运行状态时，操作系统先进行自我诊断，包括电源、内部各电路的状态和用户程序的语法等，通过后转入用户程序运行，经过逻辑运算、算术运算等操作，以控制各类型的相关设备或生产过程。2）输入输出接口输入输出接口是PLC与外部设备相互联系的窗口。输入信号经过输入电路的滤波、光电隔离、电平转换等处理，变成CPU能够处理的数字信号，再经过用户程序的运算，通过输出接口到达外部执行部件,完成任务操作。3）通信接口、系统总线通信接口是人与PLC进行信息交换的窗口和桥梁，通过它与计算机编程器等相连接，可将用户程序送到PLC的用户程序存储器中，从而实现编程、调试、运行、监控等功能。系统总线把独立的各功能模块相互联结起来。4）电源PLC采用高可靠性、宽输入电压范围的电源。PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。电源部件内还装有备用电池（锂电池），以保证在断电时存放在RAM中的信息不丢失。1.2软件组成PLC控制系统的软件主要由系统软件、应用软件、编程语言和编程支持工具软件等组成。1.3工作原理如图2所示，PLC采用对整个程序循环执行的工作方式，CPU从首地址开始按次序逐个扫描所有存储器地址，执行全部用户程序。PLC开始运行时，程序计数器内容为首地址，它指出用户第一条程序指令所在的地址，CPU对这条指令进行取、译码及执行操作。这条指令使CPU首先将I/O状态表中操作对象的状态存图1PLC的硬件组成入结果寄存器中。动作完成后，程序计数器的计数值自动加1，CPU将第2条指令存入指令寄存器，再译成微处理器的指令去执行运算。CPU执行结果通过结果寄存器送到I/O状态表中。I/O状态表是PLC在RAM区中开辟的一个区，专门用作存储输入信号与输出信号的状态。逻辑解算时的输入信号是从I/O状态表中得到的，解算后的结果立即送入I/O状态表中的相应位，等待I/O刷新以实现PLC控制。这样CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后，又返回第一条执行第二次、第三次⋯⋯直到停机。顺序扫描工作方式简单直观，简化了程序设计，并为PLC可靠运行提供了有利保证。在有的场合也插入中断方式，允许中断正在扫描运行的程序。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。扫描一次用户程序的时间即扫描周期一般为0.1ms至几十ms不等。1.4PLC的特点[2]1）灵活性和通用性强、使用方便由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有各种硬件装置供用户选用。硬件配置确定后，就可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。2）抗干扰能力强，可靠性高在PLC中，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。同时采用光电隔离措施，有效地隔离了内部与外部电路间的直接联系，设置故障诊断与检测程序等措施提高抗干扰能力。3）编程语言简单易学大多数PLC采用类似继电器电路的“梯形图”语言，清晰直观，简单易学。4）与外部设备的连接简单，使用方便在PLC中，输入和输出的接口已经做好，可以直接与外设相连，接线简单，使用方便。5）功能强，适用面广，它可对开关量和模拟量进行控制；既可控制1台生产机械、1条生产线，也可控制1个生产过程。利用通讯联络功能与上位计算机构成分布式控制系统，可实现遥控功能。6）控制系统的设计周期短，安装、调试、维修方便PLC的用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机统调。一旦PLC外部的输入装置和执行机构发生故障，就可根据PLC上发光二极管或编程器上提供的信息迅速查明原因。7）体积小、重量轻、易于实现机电一体化由于PLC内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、抗干扰能力强等特点。2PLC的应用随着PLC性能价格比的不断提高,一些过去使用专用计算机的场合,也转向使用PLC。下面以某型号对开胶印机输纸器控制系统为例，简要说明PLC的应用。输纸器的作用是将待印的纸张逐一定速定位地输送至油墨印刷部，是印刷的一个重要工序。随着印刷质量、印刷速度的提高，输纸器的复杂程度和自动化程度也愈来愈高。鉴于PLC的使用特点，在印刷机控制系统中充当了十分重要的角色。这里仅以给纸堆的升降动作为例，说明PLC的控制方法[3]。1）主给纸堆升由图3、图4、图5可知，升纸按钮SB31按下后，PC105号输入点接通，使PC803号输出点接通，于是KM17得电，电动机（M13）正转，纸堆上升。当纸堆升到印刷正常高度后，升纸上限位开关SQ32动作，使PC103号输入点接通，因此802号输出点也接通，把803号输出点关断，KM17接触器断电，M13电动机停止工作。若给纸堆到达正常高度后，M13仍不停车，限位开关SQ8通过KM15切断它的电源，起安全保护作用。另一个限位开关SQ9当出现异常故障纸堆上升过高时，能直接切断KM15，使M13停转，起到安全保护作用。图2PLC循环扫描工作原理图3PLC输入连接2）主给纸堆降通过按钮SB19不经PlC直接控制KM16，使电动机M13反向运转来实现的，下降的限位则是依靠SQ10实现。3）副给纸堆升按钮SB33按下后，PC106号输入点接通，使PC600号输出点接通，于是KM18得电，电动机M14正转，副给纸堆上升，上升限位由SQ11实现。4）副给纸堆降按钮SB21不经PC直接控制KM19，使电动机M14反向运转，纸堆下降，限位由SQ12来实现。5）主副给纸堆的工作转换主给纸堆与副给纸堆的工作转换是当纸堆达到正常高度时，通过给纸架上的限位开关SQ33实现。当SQ33分断时，104号点关断，由主纸堆给纸；闭合时104号点接通由副纸堆给纸。6）运转按钮SQ24按下后，PC008输入点接通，于是KM01得电，使电动机M1正转。7）输纸机按钮SQ25按下后，PC009接入点接通，于是输纸头离合器结合，输纸头开始工作。8）定速按钮SQ27按下后，PC10接入点接通，于是变频器得到定速信号，对电动机M1控制速度。3PLC未来的发展方向[4]与PC机结合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。开放式设计和网络成为主流。开放式就是在产品设计、元器件选择、网络通信、操作系统、监控显示等方面都采用国际或者是公认的行业标准，使不同厂家的PLC产品能够在一个网络中运行。与以太网相结合，PLC将向着小型、高速、分散化的方向发展。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。智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制等，高速计数、中断输入、BASIC和C语言组件等。智能I/O的应用，使过程控制功能增强。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。容错系统。PLC的高功能也体现在近年发展起来的容错系统上，故障的自搜索、自诊断、自处理等。系统的坚韧性，使之在某些故障和软件错误的情况下,仍能安全运行。4结语本文介绍了PLC的基本原理及其特点，指出了PLC的发展方向，并以胶印机输纸器控制系统为例，简要说明了PLC的应用方法。PLC控制技术业已成为现代工业自动化的主要手段，在未来的工业生产中，PLC技术和机器人以及CAD/CAM技术将并列成为实现工业生产自动化的三大支柱。参考文献：[1]郝战存.可编程控制器发展综述[J].河北工业科技，2004[2]许多.浅谈PLC的发展趋势[J].甘肃科技，2004（6）：35-35[3]钱军浩印刷设备电气控制【M】北京：化学工业出版设2003[4]王广才.二十一世纪PLC发展方向[J].油田电气工程，2004（3）:5-7