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工业机器人及PLC 2017-12-07 06:41:42 PLC控制系统典型组成 一 、PLC的产生及定义 1.PLC中文称可编程序控制器，是一种用于自动化实时控制的数位逻辑控制器，广泛应用于目前的工业控制领域。 2.PLC定义如下：可编程控制器是一种数字运算的电子操作系统装置，专为工业现场应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作的指令，并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。 3. 它的起源可以追溯到60年代，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断翻新的需要，对生产线上的控制设备提出了新的要求，为此研制了第一台可编程控制器用于生产线上，通过改变存储在里面指令的方法来改变生产线的控制流程，从而提供了继电接触器控制系统无法比拟的灵活性。但这一时期它主要是替代继电接触器控制系统完成顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，实际上只能进行逻辑运算，主要应用于开关量的逻辑控制，因此也称为可编程序逻辑控制器。 进入80年代以后，随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程控制器的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，可以进行模拟量控制、位置控制，特别是远程通讯功能的实现，易于实现柔性加工和制造系统，因此将其称为可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，但为了与个人电脑PC相区别，仍将其称为PLC（Programmable Logic Controller，PLC）。 二、PLC的应用1PLC是基于微计算机技术、自动控制技术、通信技术发展起来的现代工业控制装置，随着电子技术的发展，PLC的功能也不断提升，在各领域的生产过程中也得到了越来越广泛的应用。 2 PLC的工业应用主要包括开关量逻辑控制、过程控制和运动控制。PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺交通运输、环保及文化领域等行业，各个行业使用情况大致可归纳为如下几类： （1）开关逻辑控制，逻辑控制是根据某些条件的逻辑关系决定措施的控制，逻辑指自然界的二值逻辑，包括“与”、“或”、“非”这三种逻辑关系；这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电接触器控制，可以实现复杂逻辑及顺序流程，实现逻辑控制、顺序控制，如装配生产线，包装生产线、电镀流水线等。 （2）运动控制，运动控制就是对部件的位置、速度等进行实时的控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。早期采用的方式是开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块，可驱动步进电机或伺服电机，实现单轴或多轴的位置控制。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （3）过程控制，过程控制是以表征生产过程的参量为被控制量，使之接近给定值或保持在给定值范围内的自动控制，一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要形式。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制，较为典型的就是PID算法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 工业领域传统解决方案，开关逻辑控制系统通常使用电控装置，，运动控制系统通常使用电传装置，过程控制系统通常使用电仪装置。PLC 集三电于一体，是一种同时具备逻辑控制功能、运动控制功能、过程控制功能、数据处理功能和联网通信功能的多功能控制器。因此PLC被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。 现代PLC已具备复杂数学运算能力，包括矩阵，函数运算，同时具有大量存储空间，以实现数据存储和分析处理，通讯技术的发展也带动工业网络、现场总线的诞生，使集散控制系统搭建成为可能。工业4.0浪潮的到来，必将推动信息化和工业化的融合，PLC的应用也将更为广泛。 一 . 控制器与输入、输出模块（I/O模块） （1）控制器主要由微处理器芯片与存储器组成，即CPU模块。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人 的大脑和心脏。它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出，存储器用来存储程序和数据。 （2）I/O模块即输入、输出模块。开关量输入、输出模块简称为DI模块与DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，DI、DO、AI、AO统称为信号模块。信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。 开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制电动调节阀、变频器等执行器。 2.传感器与执行器 （1）传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出、以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 （2）执行器是接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接收来自控制器的控制信息把它转化为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。执行机构按所使用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。 在PLC控制系统中，传感器可以检测现场的开关量信号（如光电开关、物料位置开关等）或模拟量信号（如现场温度、现场压力等）的状态。I/O模块将传感器的信号传递给PLC，由CPU对其进行处理，处理后的结果将被转换为控制信号，由输出模块送至执行器，执行器对被控对象执行操作。 3.人机交互（HMI） HMI可连接可编程序控制器、变频器、直流调速、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备。 4.网络通信 网络通信处理器可实现PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机和其它智能设备之间的通信，可以将PLC 接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工业以太网，或者用于实现点对点通信等。 5.编程设备 编程设备是PLC很重要的外部设备，是对可编程序控制器进行编程和组态的工具，通常包括手持编程器和计算机两种。编程器分简易型和智能型两类。小型PLC常用简易编程器，大、中型PLC多用智能编程器。编程器的作用是编制用户程序并送入PLC程序存储器。利用编程器可检查、修改、调试用户程序和在线监视PLC工作状况。现在许多PLC采用计算机作为编程器，并利用专用的工具软件进行编程或监控。 6.项目管理软件 项目管理软件可实现系统范围的可视化，诊断和维护过程控制组件，对整个维护流程进行概览，对状态变化和维护程序进行完全的追踪和备案，目前项目管理软件通常涵盖编程软件。 |
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