[精品论文]基于PLC控制的作息时间控制系统

基于PLC控制的作息时间控制系统摘要本文介绍一种用PLC控制的作息时间控制系统�详细地阐述了系统组成、系统硬件接线和系统软件设计�及系统工作原理。该系统具有外设电路配置简单、扩展方便、操作容易、可靠性高、实用性强等特点�集电铃、宿舍灯、音乐广播自动控制于一体�并具有周末与假期控制功能�实现了作息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作。经调试和实验测试,该控制系统是一个优良的作息时间控制系统.关键词作息时间控制PLCI/O接线软件设计第一章概述1.1引言可编程序控制器�ProgrammableController�简称PC�在办公自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机�PersonalComputer�也简称PC�为了避免混淆�现在一般将可编程序控制器简称PLC�ProgrammableLogicController�。现代的可编程序控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置�是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品。1985年国家电工委员会�IEC�的可编程序控制器标准草案第三稿对可编程序控制器作了如下定义�“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统�专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器�用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数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�都应按易于使工业控制系统形成一个整体�易于扩充其功能的原则设计。”可编程序控制器从诞生至今�在短短的30年来里�得到了异常迅猛的发展�已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。1.2可编程控制器的发展虽然PLC问世时间不长�但是随着微处理器的出现�大规模�超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步�PLC也迅速发展�其发展过程大致可分三个阶段��一�早期的PLC(60年代末—70年代中期)早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义�其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制�定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现�在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路�存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施�以提高其抗干扰的能力。在软件编程上�采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图。因此�早期的PLC的性能要优于继电器控制装置�其优点包括简单易懂�便于安装�体积小�能耗低�有故障指使�能重复使用等。其中PLC特有的编程语言——梯形图一直沿用至今。�二�中期的PLC(70年代中期—80年代中�后期)课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏在70年代�微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国�日本�德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样�使PLC的功能大大增强。在软件方面�除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外�还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面�除了保持其原有的开关模块以外�还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量�使各种逻辑线圈的数量增加�还提供了一定数量的数据寄存器�使PLC的应用范围得以扩大。�三�近期的PLC(80年代中、后期至今)进入80年代中、后期�由于超大规模集成电路技术的迅速发展�微处理器的市场价格大幅度下跌�使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且�为了进一步提高PLC的处理速度�各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1.3可编程序控制器的应用领域在发达的工业国家�可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门�随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高�过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。可编程序控制器的应用范围不断扩大�主要有以下几个方面。1.3.1开关量逻辑控制这是可编程序控制器最基本最广泛的应用�可编程序控制器的输入信号和输出信号都是只有通/断状态的开关量信号�这种控制与继电器控制最为接近�可以用价格较低�仅有开关量控制功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备�也可以用于自动化生成线�如机床电气控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制�电梯的控制�化工系统中各种泵和电磁阀的控制�冶金系统的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制�电镀生产线、啤酒罐装生产线、汽车装配生产线、电视机和收音机生产线的控制等。1.3.2运动控制可编程序控制器可用于对直线运动或圆周运动的控制。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�世界上各主要可编程序控制器厂家生产的可编程序控制器几乎都有运动控制功能。可编程序控制器的运动控制功能广泛地用于各种机械�如金属切割机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。1.3.3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。可编程序控制器通过模拟量I/O模块�实现模拟量�Analog�和数字量�Digital�之间的A/D转换和D/A转换�并对模拟量实行闭环PID控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能�这一功能可以用PID子程序来实现�更多的是使用专用的智能PID模块。可编程序控制器的模拟量PID控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备�以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。1.3.4数据处理现代的可编程序控制器具有数学运算�包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算�、数据传送、转吴灵�基于PLC控制的作息时间控制系统2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。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较�也可以用通信功能传送到别的智能装置�或者将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统�如无人柔性制造系统�也可以用于过程控制系统�如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。1.3.5通信可编程序控制器的通信包括可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器汉人其他智能控制设备之间的通信。随着计算机控制的发展�近年来国外工厂自动化通信网络发展得很快�各著名的可编程序控制器生产厂商都推出了自己的网络系统。并不是所有的可编程序控制器都具有上述全部功能�有些小型可编程序控制器只具有上述的部分功能�但是价格较低。1.4可编程序控制器的基本结构可编程序控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机�它的硬件结构与一般微机控制系统相似�甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)、存储器�RAM和EPROM�、输入/输出模块�简称I/O�模块、编程器和电源五大部分组成。1.4.1CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器�它主要由微处理器�CPU�和存储器组成。CPU的作用类似于人的大脑和心脏。它采用扫描方式工作�每一次扫描要完成以下工作��1�输入处理�将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。�2�程序执行�逐句读入和解释用户程序�产生相应的控制信号去控制有关的电路�完成数据的存取、传送和处理工作�并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。�3�输出处理�将输出映像寄存器的内容送给输出模块�去控制外部负载。可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统�它使可编程序控制器具有基本的智能�能够完成可编程序控制器设计者规定的各项工作。系统程序由可编程序控制器生产厂家设计并固化在ROM内�用户不能直接存取。可编程序控制器的用户程序由用户设计�他决定了可编程序控制器的输入信号和输出信号之间的具体关系。用户程序存储器的容量一般以字�每个字由16位二进制数组成�为单位�日本的可编程序控制器一般以步为单位�每一步存储一条指令。1.4.2模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚�是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类�一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号�另一类是由电位器、热电偶、测速发电机各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器�可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。CPU模块的工作电压一般是5V�而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高�如直流24V课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料--欢迎你的欣赏和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件�或使可编程序控制器不能正常工作�所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外�还有电平转换与噪声隔离的作用。1.4.3编程器编程器除了用来输入和编辑用户程序外�还可以用来监视可编程序控制器运行是梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连接在可编程序控制器上�将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用�一台编程器可供多台可编程序控制器公用。1.4.4电源可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提高直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置�如接近开关�提供24V直流电源。驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。1.5PLC的基本工作原理PLC采用“顺序扫描�不断循环”的工作方式。�1�每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。�2�输入刷新过程。当输入端口关闭时�程序在进行执行阶段时�输入端有新状态�新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时�新状态才被读入。�3�一个扫描周期分为输入采样�程序执行�输出刷新。�4�元件映像寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。�5�扫描周期的长短由三条决定�CPU执行指令的速度�指令本身占有的时间�指令条数。�6�由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象�即输入/输出响应延迟。吴灵�基于PLC控制的作息时间控制系统4第二章作息时间控制系统的方案论证2.1方案论证目前作息时间的实现方式主要有单片机和PLC两种方案�单片机实现和用PLC实现。2.1.1单片机实现其特点如下��1�小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能式测、控设备及各种智能仪器仪表。�2�可靠性好�适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的�能适应各种恶劣的环境�这是其它机种无法比拟的。�3�易扩展�很容易构成各种规模的应用系统�控制功能强。单片机的逻辑控制功能很强�指令系统有各种控制功能用指令。�4�可以很方便的实现多机和分布式控制。2.1.2用PLC实现其特点如下��1�可靠性高�抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术�采用严格的生产工艺制造�内部电路采取了先进的抗干扰技术�具有很高的可靠性。此外�PLC带有硬件故障自我检测功能�出现故障时可及时发出警报信息。�2�配套齐全�功能完善�适用性强PLC发展到今天�已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外�现代PLC大多具有完善的数据运算能力�可用于各种数字控制领域。�3�易学易用�深受工程技术人员欢迎�4�系统的设计、建造工作量小�维护方便�容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑�大大减少了控制设备外部的接线�使控制系统设计及建造的周期大为缩短�同时维护也变得容易起来。�5�体积小�重量轻�能耗低�6�质优价廉�性价比高�7�实时性好2.1.3方案选择通过两种方案的比较�选择PLC控制来实现作息时间控制�更具优势。该PLC作息时间控制器采用数