plc技术论文
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plc技术论文篇一
PLC论文
一、摘要 PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。在工业生产的各个领域，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的方式，对不同类型的零件分别组成的自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制器系统是采用固定接线，很难适应这个要求，大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，随着PLC的应用日益普及,其使用方法简单,便于掌握,且可靠性极高,抗干扰性很强,自身具有完善的功能.模块化的结构,使其在工业生产线上的应用越来越广泛。
发展趋势：1.向高速度、大容量方向发展
为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。
在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
2.向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC。其共同特点是，现代PLC的结构和功能不断改进，产品更新换代周期越来越短，并不断地向高性能、高速度、高性能价格比方向发展。
3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统(DCS)不可缺少的重要组成部分。
4.增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理;而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。
5.编程语言多样化
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等)等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
关键词：PLC、应用、逻辑控制电路
二、结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
(1)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态;并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来 对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
(2) 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
1.PLC 常用的存储器类型
(1) RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。
(2) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
(3) EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
2.PLC 存储空间的分配 虽然各种PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区;系统RAM 存储区(包括I/O 映象区和系统软设备等);用户程序存储区。
(1)系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC 的性能。
(2)系统RAM 存储区
系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
I/O 映象区，由于PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区，一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字(16 个bit)， 因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区，模拟量I/O 映象区。
系统软设备存储区除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC 断电时数据被清零
1) 逻辑线圈
与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
2) 数据寄存器
与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字(16bits) ，另外PLC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。
3) 计时器
4) 计数器
(3) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。
(3) 电源
PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。
(4) I/O 模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下：
1.开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
2.模拟量：按信号类型分，有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
3.除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
4.按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
(5)PLC系统的其它设备
编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。也就是我们系统的上位机。
人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。
三、PLC特点
作为一种新型的工业自动控制装置，PLC有以下一些特点。
1.高可靠性和强抗干扰能力
高可靠性和强抗干扰能力是PLC最突出的特点之一，主要表现在：用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线大大减少，因触点接触不良造成的故障大为减少;所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离;各输入端均采用RC滤波器，并采取屏蔽措施;采用性能优良的开关电源;对采用的器件进行严格的筛选;良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防故障扩大;大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或3个CPU构成的表决系统，使可靠性更进一步增强。
2.丰富的I/O接口模块
为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，PLC除具有普通计算机的基本部分(如CPU、存储器等)外，还有丰富的I/O接口模块。对不同的工业现场信号(交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱点等)，设计有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备(按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等)直接连接就。
3.灵活性
为了适应各种工业控制需要，除了一些小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
相对于传统的电气控制线路，PLC为改进和修改原设备提供了极其方便的手段，通过修改或重新编写应用软件，就可以用一台PLC实现不同的控制功能。
4.编程简单易学
PLC大多数用梯形图作为主要的编程语言。梯形图是一种面向用户的编程语言，它的表达方式类似于继电器控制系统电路图，具有形象直观、易学易懂的特点。
5.系统安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
PLC的各种模块上大多都有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和
查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
四、应用
由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中PLC以得到了广泛应用，包括机械、冶金、化工、运输、建筑等众多领域，应用范围也在不断扩大。PLC主要的应用领域包括以下几个方面。
1. 逻辑控制
逻辑控制室PLC最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，如机床电气控制、各种电机控制等，可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等功能。
2. 运动控制
PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置的控制，使运动控制和顺序控制功能有机的结合在一起。
3. 过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
4.通信联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
5. 数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用
通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 PLC现已成为工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一，以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电—接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。
plc技术论文篇二
摘要： 本文主要介绍PLC在煤矿生产领域矿井提升机中的具体应用。探讨如何使用PLC控制技术来完成矿井提升机控制系统的改造，实现提升机的监测、控制、保护等，既增加控制功能，又提高系统的综合性能和生产效率，达到低投入高产出。以更安全、更可靠、更高效，形成比较先进的控制方案。
1、PLC概述
PLC是可编程的控制器。是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。它能完成逻辑控制、定是控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通讯联络、监控等，且具有如下特点。
1)﹑高可靠性、准确性
到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到PLC的可靠性。如果某种控制装置可以连续运行20年以上不出问题,在当前技术更新、瞬息万变的世界上,则可认为是永远不会坏的装置了。PLC用于机械的
自动控制，具有体积小、功耗低、 速度快、可靠性高、抗干扰性强等特点。
2)、编程方便、操作简单
PLC采用与实际电路接线图非常接近的梯形图,这种图形编程方式易懂易编,就是普通的工人,也能在很短的时间内学会使用。 从硬件方面来说,无论是接线、配置都极其简单,只用简单的工具即可进行全部接线工作。通常经实验室编程,模拟调试后,在现场很快就能安装调试成功。
3)﹑环境要求低
PLC抗粉尘、抗冲击、抗干扰,适用于恶劣的工业环境。
4)、功能完善
按照操作工艺要求及系统状态，实现主令操作控制软接线网络和操作台之间的信息传递、操作联锁，产生输出全数字调速系统命令(设定速度、运行种类、运行方向、故障复位及闸瓦系统、安全保护等指令)。对整个系统进行监控并根据故障种类(紧急停车、事故停车、一次提升、事故报警)作出相应的处理，并发出声光报警，指出故障类型、部位。
5)、PLC工作原理
PLC控制系统的控制回路采用先进的PLC取代有继电器逻辑控制系统。它采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。配合一些提升机专用电子模块组成的提升机控制设备，可供控制高压带动力制动。PLC作为工业计算机，具有独特的微处理功能，通过采集外部的信号进行逻辑判断后，传输给各个不同的执行元件，实现对提升机的自动控制功能。
其方框图1所示。
2、 PLC技术应用
1)﹑PLC在矿井提升中的应用
矿井提升机是煤矿的重要设备之一, 担负着提升煤炭、矸石、下放材料、升降人员和设备的重要任务, 是煤矿生产的“咽喉”。其电控系统的技术性能和可靠性直接影响煤矿的安全生产。以前我国矿用交流提升机大多为TKD型, 其控制核心采用继电器、接触器等组成的有触点控制系统。转子回路串电阻，电阻分级切换，设备运行不平稳，容易引起电气及机械冲击，控制系统继电器、接触器频繁动作，电弧烧灼触点。而且这种控制设备存在触点多、接线复杂、可靠性不高、维护成本高等无法解决的缺点。
为了解决TKD型交流提升机在生产中存在的诸多问题 ，我们建议生产矿井改造提升机控制系统，利用PLC处理开关量, 替代以前提
升机控制系统中众多的继电器、接触器、复杂的连线以及信号显示系统。由于PLC具有可靠、准确、抗干扰能力强、易维护等优点, 很好的解决了TKD控制系统无法克服的弊病, 从而保证煤矿安全生产并提高生产效率。
2)、PLC在矿井提升中的应用实例
经多方考察论证，我们将设计成果有效转换成实践效果。先后在铜川矿务局徐家沟煤矿主、副井提升机及铜川矿务局鸭口煤矿主井提升机等进行了改造。
原有提升控制系统需要操作人员通过主令控制器、制动手柄之间的相互配合实现操作控制，同时还需观察声光信号、提升机的深度行程指示、液压表、电压表、电流表等，有一点疏忽就有可能造成事故影响生产。
PLC利用Windows操作系统, 在计算机屏幕上实时动态反映提升机系统的所有运行参数和运行状态 , 如显示提升速度、提升高度、液压制动系统、装卸载系统 、运行方向、故障复位、闸瓦系统、卡其斗、减速开关失效﹑速度继电器失效﹑过速﹑接近井口失效﹑过卷开关与终点开关失效﹑反向下坠等保护和故障信息等画面, 能使司机对提升机的运行状况一目了然。有效的降低了操作人员的劳动强度，确保了矿井提升机的安全稳定运行，使煤矿安全生产得到了有效的保证。
提升机在运行中电器出现故障时，运用软件程序中的梯形图在界面上能及时准确查找故障点，处理简单方便。我们安装的PLC均采用80点加16点扩展的欧姆龙PLC机头，控制点均有富余点备用，当使用点烧坏出现故障时，能及时编程切换到其他备用点，减少故障影响时间，为矿井生产节约了时间。得到了广大用户的积极认可。
3)、系统培训及注意事项
完成了对以上矿井提升机的改造后，我们积极对相关人员的进行培训，讲述新系统与原系统的区别、系统出现故障时怎样使用查询系统进行故障的处理以及在操作中应注意的事项，使操作人员尽快了解并掌握PLC控制系统，更好的为矿井生产服务。
4)﹑PLC控制提升机的优点
(1)系统主要控制逻辑由PLC实现，灵活性强﹑控制功能多，其可扩展性﹑可变性﹑工艺指标的先进性有较大提高。
(2)PLC输入输出均有光电隔离等抗干扰和过载保护措施，程序运行为循环扫描工作方式，而且有自诊断机制，可靠性高。
(3)系统组成是模块化结构，并可显示故障类型，维护方便。
(4)只对系统中的主要关键控制逻辑加以改造﹑系统改造成本低，适合用户的需求。
(5)安全保护有特色，实现了卡其斗保护，减速开关失效保护﹑速度继电器失效保护﹑过速保护﹑接近井口失效保护﹑过卷开关与终点开关失效保护﹑反向下坠保护。主要接触器﹑加速接触器﹑动力制动接触故障保护等保护措施。安全性更高，运行平稳﹑准确。
(6)安全回路由PLC内部和外部AC回路串联实现，系统具有更完善的软件保护环节，提升操作系统能够实现手动、半自动、全自动运行，除常规的保护外，还增加了记忆保护、减速段超速保护、软件安全等功能。
3﹑结束语
采用PLC实现矿井提升机的控制逻辑，既增加控制功能，又提高系统性能。利用PLC综合测控机制，解决测速、保护等问题，实现与原系统的良好衔接，提高了系统的综合性能和生产效率，达到低投入高产出。同时提高了提升机的自动化程度，减轻了的劳动强度，使企业自动化和现代化管理水平有很大提升。