发布时间 : 星期三 文章基于PLC的工业搅拌过程控制系统设计更新完毕开始阅读4ca8d734ee06eff9aef80774
甘肃某大学毕业设计（论文）
域，可编程序控制器已完全取代了传统的逻辑控制装置，模拟量仪表控制装置和以小型机为核心的DDC（直接数字控制）控制装置。由于联网能力增强，既可和上位计算机联网，也可以下挂远程I/O，从而组成分布式控制系统（DCS）已无困难。梯形图语言和语句表语言完全成熟，基本上标准化，SFC（顺序功能图）语言逐步普及，专用的编程器已被个人计算机和相应编程软件所替代，人机界面装置日趋完善，已能进行对整个工厂的监控、管理，并发展了冗余技术，大大加强了可靠性。 2.1.1 PLC技术发展概况
以往的顺序控制主要由继电器组成，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序的工作，若要改变控制的顺序就必需改变控制器的硬件接线，使用起来不灵活。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种更好的控制器。1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出第一台可编程序控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，PLC由此诞生。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算，闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、德国和法国相继研制出自己的PLC，我国在1974年也开始研制。 70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高性能方向发展，形成了多种系列化产品。这时面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上PLC已可以代替某些模拟控制装置和小型机的DDC系统。
进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产出，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但它仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。PLC未来的发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC与其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，PLC将在今后的工业自动化中扮演重要角色。目前PLC朝以下几个方向发展：
(1) 大型网络化：网络化和强通信能力是PLC发展的一个主要的方面，向下与多个智能装置相连，向上与工业计算机、以太网等相连构成特殊的控制任务。
(2) 多功能：为了适应特殊功能的需要，连续推出多种智能模块，如模拟量输入输出、回路控制、通信控制、机械运动控制、高速计数、中断输入等。这些智能模块以处理器为基础，其CPU与PLC的CPU并行工作，占用主机CPU时间很少，有利
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于提高PLC扫描速度和完成特殊的控制任务。
(3) 高可靠性、好兼容性：由于现代控制系统的可靠性和兼容性日渐受到人们的重视，一些公司将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中。 2.1.2 可编程控制器在我国的发展
我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：
(1) 可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）
国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。
(2) 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期） 80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。随着应用能力的提高和市场需求的扩大，一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针，一方面进行二次开发和应用研究，一方面也在引进可编程序控制器的生产线，建立生产可编程序控制器的合资企业，积极开发自己的产品。
(3) 可编程序控制器的广泛发展阶段（90年代初期到现在）
进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：
① 政府重视：1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。
② 应用更加广泛。这一阶段可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。
2.2 PLC的分类
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可编程控制器一般从点数、功能、结构形式和流派等方面进行分类[2]。 (1) 根据点数和功能进行分类
根据点数和功能可以分为小型、中型和大型PLC。小型PLC的输入/输出端子数量为256点以下；中型PLC的输入/输出端子数量为1024点以下；大型PLC的输入/输出端子数量为1024以上。
小型PLC、中型PLC和大型PLC不光体现在输入输出端子数量上，更重要的是功能的差别。小型PLC主要用于完成逻辑运算、计时、计数、移位、步进控制等功能。中型PLC的功能，除完成小型PLC的功能外，还有模拟量控制、算术运算、数据传送和矩阵等功能。大型PLC，除完成中型PLC的功能外，还有更强的连网、监视、记录、打印、中断、智能、远程控制等功能。
另外，小型、中型和大型PLC的分类不是绝对的，有些小型PLC的功能可以具备部分中型PLC的功能。
(2) 根据结构形式进行分类
按照结构形式分，PLC有整体式和模块式两种。
① 整体式PLC是一个整体，其所有部件均在一个盒内。它的优点是结构紧凑、体积较小，成本低，安装方便，缺点是输入输出点数是固定的，不一定能适应具体的控制现场的需要。整体PLC根据需要也可以进行扩展。
② 模块式PLC是由多个模块组成的，通过内部总线连接在一起，用户可以根据需要组建自己的PLC系统。模块式PLC的优点是1/O模块及I/O点数可根据用户需要灵活组合，扩展能力强、使用方便、便于维修。缺点是体积较大、插件较多，影响工作的可靠性，并且价格较高。
(3) PLC的流派分类
世界上PLC的生产厂家约200多家，生产的产品大概有400多种。按地域分为4个流派：
① 美国产品，性价比适中，使用比较方便；
② 欧洲产品，性价比适中，易用性一般，扩展性强； ③ 日本产品，性价比高，使用方便，扩展性一般； ④ 中国产品，性价比特别高，使用比较方便，扩展性一般。
2.3 PLC的工作原理
由于PLC具有比计算机更强的与工业过程相连的接口，具有更适应与控制要求
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的编程语言，因此，PLC可以被视为是一种特殊的工业控制计算机[3]。但由于有特殊的接口器件及监控软件，其外形不像计算机，编程语言、工作原理与普通计算机相比也有一定的区别。另一方面它作为继电器控制电路的替代物，由于其核心是计算机芯片，因而与继电器控制逻辑的工作过程也有很大差别。普通计算机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式。当按下键盘或I/O动作后，计算机转入相应的子程序运行，无键按下或无I/O动作责则继续扫描；PLC则采用循环扫描的方式，整个扫描过程分为输入采样、内部处理、用户程序执行、输出刷新4阶段。PLC周而复始的循环执行这4个阶段，这种工作方式称为扫描工作方式。PLC每重复一次这4个阶段所用的时间称为一个扫描周期（或称循环周期、工作周期）。
内部处理阶段是运行PLC内部系统的管理程序，该程序是厂家在PLC出厂时就已经固化好了的，与用户的控制程序无关，一般比较固定，其运行时间与用户程序运行时间相比要短的多。因此，为了理解上的方便，通常忽略内部处理阶段，而认为PLC的工作过程为3个阶段：输入采样阶段、用户执行阶段、输入刷新阶段。并近似的认为每重复一次这3个阶段所用的时间为一个扫描周期。PLC的工作过程图如图2-1所示。
(1) 输入采样阶段
PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号输入到寄存输入状态的输入映像寄存器中存储，这一过程称为采样。在这个工作周期内，这个采样结果的内容不会变，而且这个采样结果将在PLC执行程序时被执行。
输入信号输入端子输入映像区输出映像区输出锁存输出端子输出信号用户程序输入采样程序执行 图2-1 PLC的工作过程图
输出刷新(2) 程序执行阶段
PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右的扫描每条指令，并分别从输入映像寄存器、内部元件寄存器（内部寄存器、定时器、计数器等）和输出映像寄存器中获取所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输
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