PLC控制原理及其应用

PLC控制原理及其应用摘要：在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。本文对PLC的发展、基本结构、配置、等基本知识作一简介。对其在工业领域中应用案列加以分析。关键词：PLC基本知识与移位组合机床一、PLC基础知识1.PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2、PLC的构成从结构上分，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。3、CPU的构成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。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。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：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。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。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。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、电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。6、底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。7、PLC系统的其它设备（1）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。（2）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。（3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。二、移位组合机床的运动及控制情况我公司是专业生产485、4102和4105柴油机大型企业，柴油机零部件加工精度高，加工难度大。一般的机加工机床难以满足要求。我们根据零部件加工工艺要求，设计、制造了专用组合式机床（专机）。机加工车间机体生产线、缸盖线等拥有很多专用组合机床，提高了生产效率，节约了成本。1PLC控制系统我们新一代专机采用PLC控制系统，代替原先继电器逻辑控制。专机的手动、中间零位、自动循环三种状态由选择开关SA1控制，首先按下电源启动按钮SB2，控制电源供电，再按油泵启动按钮SB4，油泵电机工作向液压站供油，并为专机步进循环动作做好准备。将SA1选择开关拨至是自动状态，按下夹紧按钮SB11，夹具将工件夹紧，同时插销碰触行程开关2SQ，向PLC发出输入信号，工作台左移位，到待刀具切削位置，同时工作台碰触行程开关3SQ，向PLC发出输入信号，滑台快进工进（刀具进刀），主电机工作切削工件，工进到位碰触行程开关4SQ，滑台延时2秒后退，后退到位碰触行程开关1SQ，工作台右移位，调整工件切削位置，右移到位碰触行程开关5SQ，滑台二次快进工进（刀具进刀），主电机工作切削工件，工进到位碰触行程开关4SQ，滑台延时2秒后退，后退到位碰触行程开关1SQ，工作台左移位（复位），复位到位碰触行程开关3SQ，夹具松开，松开到位碰触行程开关6SQ，卸荷电磁阀1YV失电，回到原位，取出工件。待下一个工件放上工作台，按下夹紧按钮，开始又一个步进循环过程。2PLC控制的设计2.1PLC的I/O分配表根据组合机床的电气控制、液压系统原理，设备要求的输入/输出均为开关量，分析输入、输出点数，选择了日本三菱公司的FXON-60MR型的PLC，其中利用PLC的输入点是18点，输出点是9点。9个输出点对应控制2台电动机（主电机与油泵电机）的2个接触器，7个电磁阀线圈，。对于输入点，有SA的3个档位（手动、自动、中间零位），以切换组合机床手、自动运行状态。具体的PLC的I/O点分配表如表所示。液压动作循环图2.2PLC控制的程序设计PLC控制程序用梯型图编程完成，根据控制要求，总框图如图所示。图中有一个复位至原位的程序，这是考虑到油泵电动机起动后，选择自动循环工作方式时，如果机床不在原位状态，按下工作起动按钮，可能会使各动力头相撞。因此必须使工作台左移、滑台快退回原位，夹具松开到位。（梯形图略）上述应用案例只是自动化控制领域中一部分应用，PCL还成功应用于我公司的校机试验室恒温恒湿送风系统、4102缸盖自动线与铸造混砂线，它具有体积小、功能强、可靠性高、简化电路，提高故障诊断率等特点，因此以PLC为基础的低成本工业控制自动化已成为主流。参考文献1.电机与拖动基础李发海清华大学出版社2.可编程序控制器技术及应用戴一平北京机械工业出版社3.三菱可编程序控制器使用手册