關(guān)于plc及其應(yīng)用領(lǐng)域的研究【文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述</p><p><b>　　電氣工程及自動(dòng)化</b></p><p>　　關(guān)于PLC及其應(yīng)用領(lǐng)域的研究</p><p>　　摘要：本文介紹了可編程序控制（PLC）的歷史背景、基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點(diǎn)及其工作原理。然后在此基礎(chǔ)上列舉了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。</p><

2、;p>　　關(guān)鍵詞：可編程序控制器；可編程控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)</p><p><b>　　1、引言</b></p><p>　　可編程序控制器以其通用性強(qiáng)使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用已成為工業(yè)界不可或缺的一員。以PLC為控制核心的系統(tǒng)將繼承PLC其本身特點(diǎn)，變得穩(wěn)定安全，易于操作。</p&

3、gt;<p><b>　　2、可編程序控制器</b></p><p>　　2.1 可編程序控制器的歷史背景</p><p>　　可編程序控制器 [1](Programmable Logic Controller，簡稱PLC)，是一種具有為處理器的數(shù)位電子裝置，早期稱為順序控制器（Sequence Controller），1978 NEMA(Nationa

4、l Electrical Manufacture Association)美國國家電氣協(xié)會正式命名為 Programmable Logic Controller，簡稱PLC，其定義為一種電子裝置，主要將外部的輸入裝置如：按鍵、傳感器、開關(guān)及脈沖讀取后，依據(jù)這些輸入信號并根據(jù)內(nèi)部存儲預(yù)先編寫的程序，以微處理器執(zhí)行邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及算式運(yùn)算，產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出信號到輸出裝置如：繼電器（Relay）的開關(guān)、電磁閥及馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，控制機(jī)械或程

5、序的操作，達(dá)到機(jī)械控制自動(dòng)化或加工程序之目的。并藉由其周邊的裝置（個(gè)人電腦/程序書寫器）輕易地編輯/修改程序及監(jiān)控裝置狀態(tài)，進(jìn)行現(xiàn)場程序的維護(hù)與試機(jī)調(diào)整。而普遍使用與PLC程序設(shè)計(jì)的語言[2]，即是階梯圖（Ladder Diagram）程式語言。</p><p>　　2.2 可編程序控制器工作原理</p><p>　　雖然PLC所使用之階梯圖程[3]式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器

6、[4]等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制 編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC[5]執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將程式碼以掃描 方式讀入CPU中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”。此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱為PLC之反應(yīng)時(shí)間，PLC輸入訊號之時(shí)

7、間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。</p><p>　　3、可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　3.1 PLC在自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械手中的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線上具有廣泛的用途，它可以用來搬運(yùn)貨物、運(yùn)送材料、傳送工件等。如在氣

8、缸生產(chǎn)線組裝單元機(jī)械手中應(yīng)用。該機(jī)械手[6]由PLC控制氣缸驅(qū)動(dòng)。由機(jī)身、機(jī)械臂、手爪、氣源裝置及PLC控制，可以完成大臂的擺動(dòng)、伸展，小臂的伸縮，及抓取工作等。能準(zhǔn)確地抓取工件，送到指定的工位。若生產(chǎn)線采用5個(gè)自由度、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人來完成此工作。機(jī)器人的控制復(fù)雜、價(jià)錢昂貴、運(yùn)行速度慢。改用由PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手來代替，經(jīng)試驗(yàn)滿足生產(chǎn)線最該部件的要求，并且控制方便、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、可靠性高。</p><p

9、>　　3.1 PLC在樓層電梯中的應(yīng)用</p><p>　　20世紀(jì)80年代電梯[7]的安裝,大都采用繼電器、選層器控制,交流雙速或可控硅調(diào)壓調(diào)速這類電梯起動(dòng)電流大,調(diào)速性能差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,舒適感差,耗電量大,運(yùn)行效率低。采用主要由PLC、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器和輸入/輸出等組成。采用PLC集中處理電梯的內(nèi)/外呼召喚信號開/關(guān)門信號等,通過邏輯運(yùn)算,形成變頻器運(yùn)行必須的控制信號(如正/反轉(zhuǎn)信號、多段速度信號、起動(dòng)

10、/停止信號等)及樓層顯示信號、方向信號、門機(jī)驅(qū)動(dòng)信號等；同時(shí)變頻器也將工作狀態(tài)信號送給PLC,形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系；變頻器則根據(jù)PLC輸出的控制信號控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),以達(dá)到控制電梯運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。使用PLC控制的電梯在運(yùn)行性能、安全性能、乘坐舒適感、節(jié)能等方面均優(yōu)于原電梯。</p><p>　　3.3 PLC在停車場管理系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　該自動(dòng)車庫系統(tǒng)[8]由硬件和軟件兩大部分組成。硬

11、件部分由PLC、停車位霍爾傳感器、大門處安裝的傳感器、兩個(gè)讀卡器及一臺服務(wù)器組成。軟件系統(tǒng)為用組態(tài)軟件開發(fā)的數(shù)據(jù)庫管理軟件。PLC控制底層設(shè)備,如各個(gè)傳感器、與傳感器相對應(yīng)的顯示燈、車庫空/滿的標(biāo)志液晶數(shù)字顯示等需連到PLC的輸入口, 門控信號連到PLC的輸出, 驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)；PLC還要與服務(wù)器進(jìn)行串行通訊；微機(jī)上需開發(fā)圖形界面實(shí)時(shí)顯示各車位的滿/空狀態(tài), 其數(shù)據(jù)庫能實(shí)時(shí)記錄車主的入庫出庫信息及每次泊車費(fèi)用, 并可處理每月車主停車的

12、總費(fèi)用。軟件主要控制車庫模型的輸入輸出信號，軟件還需開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)可根據(jù)讀卡器及數(shù)據(jù)庫信息為PLC發(fā)出控制指令，PLC將執(zhí)行指令并反饋系統(tǒng)信號，系統(tǒng)將反饋信息及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫。</p><p>　　PLC技術(shù)應(yīng)用于專用組合機(jī)床</p><p>　　采用PLC控制、液壓-機(jī)械傳動(dòng)的專用機(jī)床設(shè)備[9]，它有1個(gè)15根主軸的通用主軸箱，可對3種不同規(guī)格的杠桿進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸孔加工，并可同時(shí)加工1

13、5個(gè)工件。工作臺采用端面齒盤定位的六工位液壓回轉(zhuǎn)工作臺，其中5個(gè)工位上同時(shí)依次進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸孔加工，剩余1個(gè)工位是裝卸工件工位。工件夾緊和松開是通過液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，工件的裝夾定位是通過夾具體上可旋轉(zhuǎn)的偏心定位銷實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)采用可編程序控制器進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)裝卸工件意外的其余自動(dòng)循環(huán)過程。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)由輸入量-PLC-輸出量組成，此系統(tǒng)的輸入量主要是一些開關(guān)和按鈕等，經(jīng)PLC外部輸入端子輸入

14、到內(nèi)部存儲器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算，處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出量對電磁閥和指示燈等執(zhí)行部分進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的個(gè)部分動(dòng)作。該系統(tǒng)共有13點(diǎn)輸入和9點(diǎn)輸出，輸入信號通過個(gè)開關(guān)、按鈕傳輸給PLC，經(jīng)CPU處理后輸出給各個(gè)電磁閥，進(jìn)而完成要求的各個(gè)順序動(dòng)作。另外，各輸出支路有報(bào)警熔斷器及指示燈，一旦報(bào)警即可查出是哪路輸出出現(xiàn)故障，方便了維修。</p><p>　　配電裝置中PLC的應(yīng)用&l

15、t;/p><p>　　當(dāng)配電裝置[10]隔離開關(guān)合閘后，PLC首先對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，系統(tǒng)正常后方可投入運(yùn)行 。配電裝置運(yùn)行后，PLC對高壓開關(guān)的線路電壓、電流、分合閘狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及顯示，對系統(tǒng)的過載、短路、斷相、過壓、欠壓等故障以及低壓側(cè)反饋來的故障，PLC根據(jù)各種邏輯關(guān)系，輸出控制和保護(hù)信號送給執(zhí)行單元，驅(qū)動(dòng)斷路器上的脫扣器動(dòng)作使斷路器跳閘，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)。</p><p>　　過載保護(hù)

16、：配電裝置的過載保護(hù)采樣值取自B相電流——電壓變換器，該取樣值送入 PLC的CHOA／D通道。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)變后送入PLC內(nèi)部D1寄存器。當(dāng)該寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)大于PLC內(nèi)部設(shè)定值的1.2倍時(shí)，PLC延時(shí)輸出開關(guān)信號使高壓真空斷路器跳閘，動(dòng)作時(shí)間小于120s，同時(shí)人機(jī)屏顯示過負(fù)荷故障畫面。</p><p>　　短路保護(hù)：本裝置的短路保護(hù)采樣值取自A、C相電流——電壓變換器，該取樣值送入 PLC的CH1A／D通道。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)

17、換后送入PLC內(nèi)部D2寄存器。當(dāng)A、C任一相電流超過設(shè)定值時(shí)，PLC按規(guī)定的反時(shí)限特性進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)A、C任一相電流超過速斷設(shè)定值時(shí)，PLC送出開關(guān)信號迅速使高壓真空斷路器動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間小于200ms，同時(shí)人機(jī)屏顯示短路故障畫面。</p><p>　　斷相保護(hù)：PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)將送入D1、D2、D3寄存器內(nèi)的電流值進(jìn)行比較，找出電流最大值寄存器(如 D1)，然后分別用D1減去其它兩寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，當(dāng)差值超過設(shè)

18、定電流值的70％時(shí)，斷相保護(hù)動(dòng)作。</p><p>　　欠壓、過壓保護(hù)：欠壓、過壓保護(hù)采樣值取自配電裝置電壓——電壓轉(zhuǎn)換器，送入PLC的CH3A／D通道。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入PLC內(nèi)部D4寄存器。PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)將D4內(nèi)數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較.當(dāng)取樣電壓低于設(shè)定電壓的75％時(shí)，或高于設(shè)定值的125％時(shí)，PLC控制斷開高壓真空斷路器，同時(shí)人機(jī)屏顯示對應(yīng)保護(hù)畫面。</p><p>　　超溫保

19、護(hù)：當(dāng)變壓器溫度超過變壓器規(guī)定溫度時(shí)，PLC控制斷開高壓真空斷路器，同是人機(jī)屏顯示對應(yīng)保護(hù)畫面。</p><p><b>　　4、結(jié)論</b></p><p>　　本文介紹了PLC的特點(diǎn)及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并且列舉了PLC在機(jī)械手、樓層電梯、停車場管理、組合機(jī)床和配電裝置中的應(yīng)用?？梢钥闯鍪褂肞LC為控制核心的系統(tǒng)和以往的控制系統(tǒng)相比，自動(dòng)化高，穩(wěn)定安全，功能豐富

20、。PLC的價(jià)格決定其的應(yīng)用在一些功能復(fù)雜、穩(wěn)定性和安全性要求比較高的控制系統(tǒng)，如果只需用一些繼電器和接觸器的組合來實(shí)現(xiàn)其簡單的功能的系統(tǒng)，使用PLC則是不明智之舉。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吉順平.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.01.</p><p>　　[2]

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