关于PLC及其应用领域的研究【文献综述】.doc

1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 关于 PLC 及其应用领域的研究 摘要： 本文介绍了可编程序控制（ PLC）的历史背景、基本结构、应用特点及其工作原理。然后在此基础上列举了 PLC的应用领域及发展现状和发展趋势。 关键词： 可编程序控制器；可编程控制系统；控制系统 1、 引言 可编程序控制器 以其 通用性 强 使用方便、 适应面广 、可靠性高、抗干 扰能力强 、 编程简单等优点 。 在工业控制领域中， PLC 控制技术的应用已成为工业界不可或缺的一员。以 PLC为控制核心的系统将继承 PLC 其本身特点，变得稳定安全，易于操作。 2、 可 编程序控制器 2.1 可编程

2、序控制器的历史背景 可编程序控制器 1(Programmable Logic Controller，简称 PLC)，是一种具有为处理器的数位电子装置，早期称为顺序控制器（ Sequence Controller）， 1978 NEMA(National Electrical Manufacture Association)美国国家电气协会正式命名为 Programmable Logic Controller，简称 PLC，其定义为一种电子装置，主要将外部的输入装置如：按键、传感器、开 关及脉冲读取后，依据这些输入信号并根据内部存储预先编写的程序，以微处理器执行逻辑、顺序、计时、计数及算式运算，

3、产生相对应的输出信号到输出装置如：继电器（ Relay）的开关、电磁阀及马达驱动器，控制机械或程序的操作，达到机械控制自动化或加工程序之目的。并藉由其周边的装置（个人电脑 /程序书写器）轻易地编辑 /修改程序及监控装置状态，进行现场程序的维护与试机调整。而普遍使用与 PLC程序设计的语言 2，即是阶梯图（ Ladder Diagram）程式语言。 2.2 可编程序控制器工作原理 虽然 PLC所使用之阶梯图程 3式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器 4等名称，但 PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制 编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减

4、少控制器所需之硬件空间。实际上PLC5执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将程式码以扫描 方式读入 CPU中并最后执行2 控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤， “输入状态检查 ”、 “程式执行 ”、 “输出状态更新 ”。 此三步骤称为 PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为 PLC之反应时间， PLC输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读 的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端 “程式结束再生 ”。 3、 可编程序控制器的应用领域 3.1 PLC在自动化生产机械手中的应用 机械手在自动化生产线上具有广泛的用途，它可以用来搬运货

5、物、运送材料、传送工件等。如在气缸生产线组装单元机械手中应用。该机械手 6由 PLC控制气缸驱动。由机身、机械臂、手爪、气源装置及 PLC控制，可以完成大臂的摆动、伸展，小臂的伸缩，及抓取工作等。能准确地抓取工件，送到指定的工位。若生产线采用 5个自由度、步进电机驱动 的机器人来完成此工作。机器人的控制复杂、价钱昂贵、运行速度慢。改用由 PLC控制的气动机械手来代替，经试验满足生产线最该部件的要求，并且控制方便、结构简单、价格便宜、可靠性高。 3.1 PLC在楼层电梯中的应用 20世纪 80年代电梯 7的安装 ,大都采用继电器、选层器控制 ,交流双速或可控硅调压调速这类电梯起动电流大 ,调速性

6、能差 ,结构复杂 ,舒适感差 ,耗电量大 ,运行效率低。采用主要由PLC、变频器、旋转编码器和输入 /输出等组成。采用 PLC集中处理电梯的内 /外呼召唤信号开/关门信号等 ,通过逻辑运算 ,形成变频器运行必 须的控制信号 (如正 /反转信号、多段速度信号、起动 /停止信号等 )及楼层显示信号、方向信号、门机驱动信号等；同时变频器也将工作状态信号送给 PLC,形成双向联络关系；变频器则根据 PLC输出的控制信号控制电机运转 ,以达到控制电梯运转的目的。使用 PLC控制的电梯在运行性能、安全性能、乘坐舒适感、节能等方面均优于原电梯。 3.3 PLC在停车场管理系统中的应用 该自动车库系统 8由硬

7、件和软件两大部分组成。硬件部分由 PLC、停车位霍尔传感器、大门处安装的传感器、两个读卡器及一台服务器组成。软件系统为用组态软件开发的数据 库管理软件。 PLC控制底层设备 ,如各个传感器、与传感器相对应的显示灯、车库空 /满的标志液晶数字显示等需连到 PLC的输入口 , 门控信号连到 PLC的输出 , 驱动直流伺服电机； PLC还要与服务器进行串行通讯；微机上需开发图形界面实时显示各车位的满 /空状态 , 其数据库能实时记录车主的入库出库信息及每次泊车费用 , 并可处理每月车主停车的总费用。软件主3 要控制车库模型的输入输出信号，软件还需开发数据库管理系统可根据读卡器及数据库信息为 PLC发

8、出控制指令， PLC将执行指令并反馈系统信号，系统将反馈信息及时更新数据库。 3.4 PLC技术应用于专用组合机床 采用 PLC控制、液压 -机械传动的专用机床设备 9，它有 1个 15根主轴的通用主轴箱，可对 3种不同规格的杠杆进行钻、扩、铰孔加工，并可同时加工 15个工件。工作台采用端面齿盘定位的六工位液压回转工作台，其中 5个工位上同时依次进行钻、扩、铰孔加工，剩余 1个工位是装卸工件工位。工件夹紧和松开是通过液压系统实现，工件的装夹定位是通过夹具体上可旋转的偏心定位销实现。控制系统采用可编程序控制器进行控制，可实现装卸工件意外的其余自动循环过程。 PLC控制系统由输入量 -PLC-输出

9、量组成，此系统的 输入量主要是一些开关和按钮等，经PLC外部输入端子输入到内部存储器中，经 PLC内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为 PLC的输出量对电磁阀和指示灯等执行部分进行控制，从而实现设备的个部分动作。该系统共有 13点输入和 9点输出，输入信号通过个开关、按钮传输给 PLC，经 CPU处理后输出给各个电磁阀，进而完成要求的各个顺序动作。另外，各输出支路有报警熔断器及指示灯，一旦报警即可查出是哪路输出出现故障，方便了维修。 3.5 配电装置中 PLC的应用 当配电装置 10隔离开关合闸后， PLC首先对整个系统进行自检 ，系统正常后方可投入运行 。配电装置运行后， P

10、LC对高压开关的线路电压、电流、分合闸状态进行实时监控及显示，对系统的过载、短路、断相、过压、欠压等故障以及低压侧反馈来的故障， PLC根据各种逻辑关系，输出控制和保护信号送给执行单元，驱动断路器上的脱扣器动作使断路器跳闸，从而实现保护。 过载保护：配电装置的过载保护采样值取自 B相电流 电压变换器，该取样值送入 PLC的 CHOA D通道。经 A D转变后送入 PLC内部 D1寄存器。当该寄存器内数据大于 PLC内部设定值的 1.2倍时， PLC延时输出开关信号使高压真空断路 器跳闸，动作时间小于 120s，同时人机屏显示过负荷故障画面。 短路保护：本装置的短路保护采样值取自 A、 C相电流

11、 电压变换器，该取样值送入 PLC的 CH1A D通道。经 A D转换后送入 PLC内部 D2寄存器。当 A、 C任一相电流超过设定值时， PLC按规定的反时限特性进行保护，当 A、 C任一相电流超过速断设定值时， PLC送出开关信号迅速使高压真空断路器动作，动作时间小于 200ms，同时人机屏显示短路故障画面。 断相保护： PLC在每个扫描周期内将送入 D1、 D2、 D3寄存器内的电流值进行比较，找出4 电流最大值寄存器 (如 D1)，然后分别用 D1减去其它两寄存器内的数据，当差值超过设定电流值的 70时，断相保护动作。 欠压、过压保护：欠压、过压保护采样值取自配电装置电压 电压转换器，

12、送入 PLC的 CH3A D通道。经 A D转换后送入 PLC内部 D4寄存器。 PLC在每个扫描周期内将 D4内数据与设定值进行比较 .当取样电压低于设定电压的 75时，或高于设定值的 125时， PLC控制断开高压真空断路器，同时人机屏显示对应保护画面。 超温保护：当变压器温度超过变压器规定温度时， PLC控制断开高压真空断路器，同是人机屏显示对应保护画面。 4、 结论 本文介绍了 PLC的特点及其在工业生产中的应用，并且列举了 PLC在机械手、楼层电梯、停车场管理、组合机床和配电装置中的应用。可以看出使用 PLC为控制核心的系统和以往的控制系统相比，自动化高，稳定安全，功能丰富。 PLC

13、的价格决定其的应用在一些功能复杂、稳定性和安全性要求比较高的控制系统，如果只需用一些继电器和接触器的组合来实现其简单的功能的系统，使用 PLC则是不明智之举。 参考文献 1 吉顺平 .可编程序控制器原理及应用 M.北京：机械工业出版社， 2011.01. 2 何衍庆 ,黄海燕 ,黎冰编 .可 编程控制器原理及应用技巧 M.北京：化学工业出版社，2010.2. 3 隋媛媛，廉鸿帅，迟军 .西门子系列 PLC原理及应用 M.北京：人民邮电出版社， 2009.06. 4 弭洪涛 .PLC应用技术 M.北京：中国电力出版社， 2004.2. 5 熊幸明 .电气控制与 PLCM. 北京：机械工业出版社， 2011.01. 6 杨存智 .PLC在自动化生产机械手中的应用 J.机床电器， 2006， 33（ 1）： 38 40. 7 周志敏 .PLC在电梯控制系统中的应用 J. 中国电梯， 2003， 14（ 23）： 23 25. 8 蒋圣平，陈晔 .PLC在立体车库系统控制中的应用 J.华北工学院测试技术学报， 2000，14（ 12）： 76 79. 9 冯红梅 ,王双平 , 秦峰 .PLC技术应用于专用组合机床 J.煤矿机械， 2004， 2（ 11）： 117118. 10 丁筱玲 ,赵立新 .配电装置中 PLC的应用 J.山东农业大学学报 ,2008,39(2):308 314.