目  录

第一章 可编程控制器的概述
1.1  可编程控制器的基本概念·1
1.2  可编程控制器的硬件构成·1
1.3  可编程控制器的用途与特点·2
1.4  可编程控制器的发展历史及发展趋势4
1.5   可编程控制器的应用领域·6
第二章 方案设计
2.1  题目及控制要求7
2.2  本课题主要研究内容·8
2.3  主要解决问题·8
2.4  功能流程图·9
2.5  I/0地址分配·10
2.6  主控电路11
2.7  端子接线图12
2.8  SFC流程图13
2.9  梯形图·14
2.10  程序指令表·15
2.11  时序图16
2.12  调试过程·17
设计心得体会·18
参考文献19

第一章  可编程控制器概述

可编程控制器的基本概率

 可编程控制器（Programmable logic Controller）简称PLC，是一种专门为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、定时、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。
可编程控制器的硬件构成

 可编程控制器的硬件结构大体相同。主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备几大部分构成。如图1所示：

图1  PLC基本结构图框

1）中央处理器（CPU）
 中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分工作等任务。它决定着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
 存储器是可编程控制器存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。PLC的存储器分为只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类。
3）输入输出接口
 输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入接口用来接受生产过程的各种参数。并存放于映像寄存器中。可编程控制器运行程序后
4）电源
 可编程控制器的电源包括为：1.开关电源：为可编程控制器个工作单元集成电路提供工作电源。2.后备电源：为掉电保护电路提供电，一般为锂电池，其目的是为了外部电源故障是内部重要数据不致丢失。
5）外部设备
 包括编程器和其他外部设备，其作用是用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统工作状况，其是通过通讯端口与CPU联系，建立与PLC的人机对话。
编程控制器的用途与特点

(一)  可编程控制器的用途
 PLC目前在国内外已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等多个行业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域仍在不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可以归为以下六种类型：
1 开关量的逻辑控制
 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，即可用于但台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。
模拟量控制
 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器能够处理模拟量信号，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器可用于模拟量控制。
运动控制
 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早起直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专用的运动控制模块。1)   工程控制
 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控制是一般闭环控制系统中常用的控制方法。目前不仅大中型PLC都有PID模块，而且许多小型PLC也具有PID功能。
2)  数据处理
 现代PLC具有数学运算、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。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的的柔性制造系统；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。
3)  通信及联网
 PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发站，工厂自动化网络发展见会加快，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。最新生产的PLC都具有通讯接口，实现通讯非常方便。
(二)  可编程控制器的特点
1） 可靠性高，抗干扰能力强
 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的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。
 2） 控制系统结构简单、通用性强、灵活运用
 PLC产品品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的段子上接入相应的输入、输出信号线即可。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，只是输入、输出组件和应用软件不同而已。
3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎
 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，其编程语言易于为工程技术人员接受。想梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电器接触器电路的功能。
4） 系统设计周期短，维护方便，改造容易
 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，由于PLC具有完善自诊断、履历情报和监视显示功能，便于故障的迅速查找和处理，是维护变得十分容易。
5）体积小，重量轻，功耗低
 超小型的PLC，其产品都采用的是单元箱体式结构，其体积和重量只有通常的接触器大小，功耗很低，易于安装在机械内部控制运动物体，是实现机电一体化的理想控制设备。
6）与网络技术相结合
 网络上层大型计算机极强的数据处理能力和管理功能与现场网络中的PLC的高可靠性结合起来，形成一种新型的全分布式的计算机控制系统，实现了远程控制和集散系统控制。
7）易于实现机电一体化
 PLC的体积小、质量轻、功耗低、可靠性高，使之易于安装在机器设备内部，构成机电一体化产品。
 总之，只生产了短短几十年的PLC，目前的市场销售额能超过150亿美元，在全球工业控器的市场份额超过55%，主要原因在于PLC具有继电器控制、计算机控制及其他控制不具备的显著特点。
1.4  可编程控制器的产生与发展

 1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更行，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。GM公司公开招标，提出了十项设计标准。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了第一台可编程控制器PDP-14，并在GM公司汽车生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器由此诞生。所以可编程控制器是生产力发展的必然产物。
 可编程控制器自问世以来，发展极其迅速。20世纪70年代中期，美、日、德等国在可编程控制器中引入微机技术，微机处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅度提高。国外工业界在1980年正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），缩写为PC。但由于他和个人计算机（Personal Computer）的简称容易混淆，仍把可编程控制器缩写为PLC。
 在新的世纪，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。具体表现在以下几个方面：
向小型化、专用化、低成本方向发展
 20世纪80年代初，小型PLC在价格上价格上还高于小系统用的续电器控制装置。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为紧凑，功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。
向大容量，高速度方向发展
 大型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理功能。另外，存储容量大大增加。
与计算机联系密切
 从功能上看，PLC不仅能完成逻辑运算，且计算机的复杂运算功能在PLC中也进一步得到利用；从结构上看，计算机的硬件和技术越来越多地应用到PLC。
发展多样化
 可编程控制器发展的多样化体现在3个方面：产品类型、编程语言、和应用领域。
网络与通讯能力增强
多样化与标准化
1.5  可编程控制器的应用领域

     随着现代工业的发展，可编程控制器在国内外都取得了长足的发展，已经广泛应用在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域。随着PLC的小型化，它不仅仅应用在工业中，还扩大到远离工业控制的其他行业，如医院手术室，酒店的旋转门和车库门等。甚至引入了人类的日常生活中，如：交通十字路口的红绿灯控制、自带电梯、广告的霓虹灯、各个娱乐场所和城市的夜景灯等等。
     总之随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件设置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面的进步，将使可编程控制器的应用领域得到进一步的扩展。

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