优秀毕业论文——基于plc的自动扶梯控制系统设计

优秀毕业论文——基于plc的自动扶梯控制系统设计内容摘要：

总之 ，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。 它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时， 其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编 制。 PLC 的基本组成 从广义上将， PLC实质上是一种以数字控制为主要特征的工业控制计算机，由硬件和软件两部分组成。 与一般的计算机相比，它具有更强的与工业控制相连接的接口，编程语言更直接使用于控制要求。 因此，在硬件结构上， PLC 与计算机的组成十分相似，主要包括中 央处理器（ CPU） /存储器、 I/O 接口、电源等。 PLC的基本结构如图 21 所示。 图 21 PLC 的基本结构 CPU模块 I/O模块 编程器 电源 接口 南京工业大学本科生毕业设计（论文） 7 中央处理单元 (CPU) 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。 存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器。 系统存储器用来存放系统软件用户程序存储器用来存放应用软件。 PLC 通常使用以下几种物理存储器 （ 1） 随即存取存储器（ RAM） 用户可以用编程装置读出 RAM 中的内容，也可以将用户程序写入 RAM，其存取速度最快，由锂电池支持。 （ 2） 只读存储器（ ROM） ROM 的内容只能读出，不能写入，它是非易失性的，电源切断后，仍能保存储存的内容。 ROM 用来存放 PLC的系统程序。 （ 3）电擦除可编程的只读存储器（ EEPROM） EEPROM 是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有 ROM 的非易失性和 RAM 的随机存取优点，但是将信息写入它所需的时间比 RAM 长得多。 EEPROM 用来存放用户程序和需长期保存的重要数据，存储器的信息 可保留 10 年以上。 I/O 接口 I/O 接口是 PLC 与外界连接的接口。 PLC 通过输入模块把控制现场的状态、信息读入主机，通过输出模块把经用户程序的运算与决策所得的操作结果输出给第二章 S7200 系列 PLC 的概述 8 执行机构。 输入模块用于将控制现场输入信号变成 CPU能接受的信号，并对其进行滤波、电平转换、隔离、放大等。 输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号：一类是有按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。 输出模块用于将 CPU的决 策输出信号变换成驱动控制对象执行机构的控制信号（含开关量或模拟量），执行元件如，接触器、电磁阀、指示灯，调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等，并对输出信号进行功率放大、隔离 PLC 内部电路和外部执行元件等。 可编程控制器的特点、分类和技术指标 可编程控制器的特点 PLC 技术之所以迅速发展，除了工业自动化领域的客观需要外，主要原因在于与现有的各种控制方式相比，它具有一系列深受用户欢迎的特点。 它较好地解决了工业领域中普遍关注的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 主要具有以下特点： 、通用性强 PLC 的硬件是标准化的，加之 PLC 的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。 在 PLC构成的控制系统中，只需在 PLC 的端子上接入相应的输入输出信号线。 当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个 PLC 装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。 、抗干扰能力强 微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传 统的继电器 — 接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看， PLC 控制系统的平均无故障时间一般可达 4～ 5万小时。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工南京工业大学本科生毕业设计（论文） 9 业现场，并具有故障自诊断能力。 如一般 PLC 能抗 1000V、 1ms 脉冲的干扰，其工作环境温度为 0～ 60℃ ，无需强迫风冷。 、维护方便 PLC 的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流 220V，直流 24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。 有的 PLC 甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。 、功耗小、性价比高 以小型 PLC（ TSX21）为例，它具有 128 个 I/O 接口，可相当于 400～ 800 个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为 216 127 110mm3，重 ，不带接口的空载功耗为 ，其成本仅相当于同功能继电 器系统的 10～ 20％。 PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、 I/O 点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。 、容易掌握 PLC 是面向用户的设备， PLC 的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。 大多数 PLC 的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。 编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工 艺知识的人员都可在短时间内掌握。 利用专用的编程器，可方便地查看、编辑、修改用户程序。 、施工、调试周期短 用继电器 — 接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。 而采用 PLC 控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 由于用软件 编程取代了硬接线实现控第二章 S7200 系列 PLC 的概述 10 制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。 PLC 是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。 可编程控制器的分类 PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。 对 PLC 的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和 I/O点数的多少等进行大致的分类。 根据 PLC 的结构形式，可将 PLC分为整体式和模块式两类。 （ 1）整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、 CPU、 I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。 小型 PLC一般采用这种整体式的结构。 整体式的 PLC 由不同 I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。 基本单元内有 CPU、 I/O接口、与 I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。 扩展单元内只有 I/O 和电源等。 没有 单元和扩展单元之间一般用扁平的电缆连接。 整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 （ 2）模块式 PLC 模块式 OLC 是将 PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，入 CPU 模块、 I/O 模块、电源模块（有的含在 CPU 模块中）以及各种功能模块。 模块式 PLC由框架或基板和各种模块组成。 模块装在框架或基板的插座上。 这种模块式 PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配匥，便于扩展或维修。 大、中型 PLC一般采用模块式结构。 还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式 PLC。 叠装式 PLC 的 CPU、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但他们之间是靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层 地叠装。 这样，不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。 根据 PLC所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档 PLC三类。 （ 1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 主主南京工业大学本科生毕业设计（论文） 11 要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制和单机控制系统。 （ 2） — 中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量 I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。 有 些还可增设中断控制、 PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。 （ 3）高档 PLC 除具有中档 PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。 高档 PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 I/O 点数分类 根据 PLC的 I/O点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型 PLC三类。 （ 1）小型 PLC I/O 点数为 256点以下的为小型 PLC。 期中， I/O 点数小于64点的为 超小型或微型 PLC。 （ 2）中型 PLC I/O 点数为 256点以上、 2048 点一下的为中型 PLC。 （ 3）大型 PLC I/O 点数为 2048以上的为大型 PLC。 其中， I/O 点数超过 8192点的为超大型 PLC. 在实际中，一般 PLC 功能的强弱与其 I/O 点数的多少事相互关联的，即 PLC的功能越强，其可配置的 I/O点数越多。 因此，通常我们所说的小型、中型、大型 PLC，除指 I/O点数不同外，同时也表示其对应功能为低档、中档、高档。 可编程控制器的技术指标 1．存储容量 存储容 量一般是指用户程序存储的容量。 用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。 一般来说，小型 PLC 的用户存储器容量为几千字节，而大型PLC的用户存储器容量为几万字节。 有些 PLC 的用户存储器需要另购外插的存储卡，或者可以用存储卡扩充。 2． I/O 点数 I/O 点数是 PLC 可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量 PLC 性能的重要指标。 I/O 点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就第二章 S7200 系列 PLC 的概述 12 越大。 3．扫描速度 扫描速度是指 PLC执行用户程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标。 一般以扫描 1K步 用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以 ms/K 步为单位。 PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种 PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 4．指令的功能与数量 指令功能的强弱、数量的多少也是衡量 PLC性能的重要指标。 编程指令的功能越强，数量越多， PLC 的处理能力和控制能力也就越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。 5．内部元件的种类与数量 在编制 PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量。