《可编程序控制器》课程设计任务书格式

第一篇：《可编程序控制器》课程设计任务书格式

设 计 任 务 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 学 院： 学 号： 专业（方向）年级： 学 生 姓 名：

福建农林大学机电工程学院电气工程系

2014年 2 月 17日

可编程控制器课程设计任务书

（一）设计题目

（二）情况简介

（三）设计要求

（四）设计步骤

１.查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。

２.确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。３.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。４.编程。５.调试。

６.编写设计说明书。

（五）设计说明书要求 ①.完整的设计任务书。

②.确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。③.正确合理地进行编程元件的地址分配。

④.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。⑤.设计梯形图控制程序。⑥.编制系统的操作说明。

⑦.编制系统的调试说明及注意事项。⑧.设计体会（可选）.⑨参考文献.（六）列出设计参考资料目录设计时间

2014 年 6月 8 日至 2014 年 6 月 21 日（2周）

指导教师 张 翠 云

（一、二、三部分内容每个同学根据自己的题目填写）

第二篇：可编程序控制器

基础知识

可编程序控制器（Programmable Controller）原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC（Programmable Logic Controller），但并非说PLC只能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。

一、PLC基本组成

PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，见图4-1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

图4-1 PLC的基本组成

1.中央处理器

中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。

小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。

CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。2.存储器

PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。

1）系统程序存储器

PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。

系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。

系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。

2）用户程序存储器

用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。

通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。

3）数据存储器

PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。

RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。3.接口

输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。

现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。

1）输入接口

输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。

以图4-2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平（简称TTL），同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路

这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。

图4-2 直流输入接口电路

滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。

2）输出接口

输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。

微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。

3）其它接口

若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元（不带CPU）相接进行扩充。

PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。4.编程器

编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。

编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。

目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。5.电源

PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。

PLC工作原理 1.PLC内外部电路

1）外部电路接线

图4-3是电动机全压起动控制的接触器电气控制线路，控制逻辑由交流接触器KM线圈、指示灯HL1、HL2、热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、起动按钮SB1及接触器常开辅助触头KM通过导线连接实现。

合上QS后按下起动按钮SB1，则线圈KM通电并自锁，接通指示灯HL1所在支路的辅助触头KM及主电路中的主触头，HL1亮、电动机M起动；按下停止按钮SB2，则线圈KM断电，指示灯HL1灭，M停转。

图4-4是采用SIEMENS的一款S7系列PLC实现电动机全压起动控制的外部接线图。主电路保持不变，热继电器常闭触头FR、停止按钮SB2、起动按钮SB1等作为PLC的输入设备接在PLC的输入接口上，而交流接触器KM线圈、指示灯HL1、HL2等作为PLC的输出设备接在PLC的输出接口上。按制逻辑通过执行按照电动机全压控制要求编写并存入程序存储器内的用户程序实现。

图4-3 电动机全压起动电气控制线路

a)主电路 b)控制线路

图4-4 电动机全压起动PLC控制接线图

a)主电路 b)I/O实际接线图

2）建立内部I/O映像区

在PLC存储器内开辟了I/O映像存储区，用于存放I/O信号的状态，分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，此外PLC其它编程

I/O映像区的大小由PLC的系统程序确定，对于系统的每一个输入点总有一个输入映像区的某一位与之相对应，对于系统的每一个输出点也都有输出映像区的某一位与之相对应，且系统的输入输出点的编址号与I/O映像区的映像寄存器地址号也对应。

PLC工作时，将采集到的输入信号状态存放在输入映像区对应的位上，运算结果存放到输出映像区对应的位上，PLC在执行用户程序时所需描述输入继电器的等效触头或输出继电器的等效触头、等效线圈状态的数据取用于I/O映像区，而不直接与外部设备发生关系。

I/O映像区的建立使PLC工作时只和内存有关地址单元内所存的状态数据发生关系，而系统输出也只是给内存某一地址单元设定一个状态数据。这样不仅加快了程序执行速度，而且使控制系统与外界隔开，提高了系统的抗干扰能力。

3）内部等效电路

图4-5是PLC的内部等效电路，以其中的起动按钮SB1为例，其接入接口I0.0与输入映像区的一个触发器I0.0相连接，当SB1接通时，触发器I0.0就被触发为“1”状态，而这个“1”状态可被用户程序直接引用为I0.0触头的状态，此时I0.0触头与SB1的通断状态相同，则SB1接通，I0.0触头状态为“1”，反之SB1断开，I0.0触头状态为“0”，由于I0.0触发器功能与继电器线圈相同且不用硬连接线，所以I0.0触发器等效为PLC内部的一个I0.0软继电器线圈，I0.0线圈状态的I0.0触头就等效为一个受I0.0线圈控制的常开触头（或称为动合触头）。

图4-5 PLC内部等效电路

同理，停止按钮SB2与PLC内部的一个软继电器线圈I0.1相连接，SB2闭合，I0.1线圈的状态为“1”，反之为“0”，而继电器线圈I0.1的状态被用户程序取反后引用为I0.1触头的状态，所以I0.1等效为一个受I0.1线圈控制的常闭触头（或称动断触头）。而输出触头Q0.0、Q0.1则是PLC内部继电器的物理常开触头，一旦闭合，外部相应的KM线圈、指示灯HL1就会接通。PLC输出端有输出电源用的公共接口COM。2.PLC控制系统

用PLC实现电动机全压起动电气控制系统，其主电路基本保持不变，而用PLC替代电气控制线路。

1）PLC控制系统构成

图4-6是电动机全压起动的PLC控制系统基本构成图，可将之分

输入电路

图4-6 PLC控制系统基本构成框图 输入电路的作用是将输入控制信号送入PLC，输入设备为按钮SB1、SB2及FR常闭触头。外部输入的控制信号经PLC输入到对应的一个输入继电器，输入继电器可提供任意多个常开触头和常闭触头，供PLC内容控制电路编程使用。

输出电路

输出电路的作用是将PLC的输出控制信号转换为能够驱动KM线圈和HL1指示灯的信号。PLC内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了PLC内部控制电路提供编程用的常开触头和常闭触头外，还为输出电路提供一个常开触头与输出端口相连，该触头称为内部硬触头，是一个内部物理常开触头。通过该触头驱动外部的KM线圈和HL1指示灯等负载，而KM线圈再通过主电路中KM主触头去控制电动机M的起动与停止。驱动负载的电源由外电部电源提供，PLC的输出端口中还有输出电源用的COM公共端。

内部控制电路

内部控制电路由按照被控电动机实际控制要求编写的用户程序形成，其作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入、输出信号的制信号驱动输出设备：电动机M、指示灯HL1等。

用户程序通过个人计算机通信或编程器输入等方式，把程序语句全部写到PLC的用户程序存储器中。用户程序的修改只需通过编程器等设备改变存储器中的某些语句，不会改变控制器内部接线，实现了控制的灵活性。

2）PLC控制梯形图

梯形图是一种将PLC内部等效成由许多内部继电器的线圈、常开触头、常闭触头或功能程序块等组成的等效控制线路。图4-7是PLC梯形图常用的等效控制元件符号。

图4-7 梯形图常用等效控制元件符号 a)线圈 b)常开触头 c)常闭触头

图4-8是电动机全压起动的PLC控制梯形图，由FR常闭触头、SB2常闭按钮、KM常开辅助触头与SB1常开按钮的并联单元、KM线圈等零件对应的等效控制元件符号串联而成。电动机全压起动控制梯形在形式上类似于接触器电气控制线路图，但也与电气控制线路图存在许多差异。

图4-8 电动机全压起动控制梯形图

梯形图中继电器元件物理结构不同于电气元件

PLC梯形图中的线圈、触头只是功能上与电气元件的线圈、触头等效。梯形图中的线圈、触头在物理意义上只是输入、输出存储器中的一个存储位，与电气元件的物理结构不同。

梯形图中继电器元件的通断状态不同于电气元件

梯形图中继电器元件的通断状态与相应存储位上的保存的数据相关，如果该存储位的数据为“1”，则该元件处于“通”状态，如果该位数据为“0”，则表示处于“断”状态。与电气元件实际的通断状态不同。

梯形图中继电器元件状态切换过程不同于电气元件

梯形图中继电器元件的状态切换只是PLC对存储位的状态数据的操作，如果PLC对常开触头等效的存储位数据赋值为“1”，就完成动合操作过程，同样如对常闭触头等效的存储位数据赋值为“0”，就可完成动断操作过程，切换操作过程没有时间延时。而电气元件线圈、触头进行动合或动断切换时，必定有时间延时，且一般要经过先断开后闭合的操作过程。

梯形图中继电器所属触头数量与电气元件不同

如果PLC从输入继电器I0.0相应的存储位中取出了位数据“0”，将之存入另一个存储器中的一个存储位，被存入的存储位就成了受I0.0继电器控制的一个常开触头，被存入的数据为“0”；如在取出位数据“0”之后先进行取反操作，再存入一个存储器的一个存储位，则该位存入的数据为“1”，该存储位就成了受继电器I0.0控制的一

只要PLC内部存储器足够多，这种位数据转移操作就可无限次进行，而每进行一次操作，就可产生一个梯形图中的继电器触头，由此可见，梯形图中继电器触头原则上可以无限次反复使用。

但是PLC内部的线圈通常只能引用一次，如需重复使用同一地址编号的线圈应慎之又慎。与PLC不同的是电气元件中触头数量是有限的。

梯形图每一行画法规则为从左母线开始，经过触头和线圈（或功能方框），终止于右母线。一般并联单元画在每行的左侧、输出线圈则画在右侧，其余串联元件画在中间。3.PLC工作过程

PLC上电后，在系统程序的监控下周而复始地按一定的顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行等，见图4-9所示。

图4-9 PLC顺序循环过程

1）上电初始化

PLC上电后，首先对系统进行初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查、停电保持范围设定及清除内部继电器、复位定时器等。

2）CPU自诊断

在每个扫描周期须进行自诊断，通过自诊断对电源、PLC内部电路、用户程序的语法等进行检查，一旦发现异常，CPU使异常继电器接通，PLC面板上的异常指示灯LED亮，内部特殊寄存器中存入出错代码并给出故障显示标志。如果不是致命错误则进入PLC的停止（STOP）状态；如果是现致命错误时，则CPU被强制停止，等待错误排除后才转入STOP状态。

3）与外部设备通信

与外部设备通信阶段，PLC与其他智能装置、编程器、终端设备、彩色图形显示器、其他PLC等进行信息交换，然后进行PLC工作状态的判断。

PLC有STOP和RUN两种工作状态，如果PLC处于STOP状态，则不执行用户程序，将通过与编程器等设备交换信息，完成用户程序的编辑、修改及调试任务；如果PLC处于RUN状态，则将进入扫描过程，执行用户程序。

4）扫描过程

以扫描方式把外部输入信号的状态存入输入映像区，再执行用户程序，并将执行结果输出存入输出映像区，直到传送到外部设备。

PLC上电后周而复始地执行上述工作过程，直至断电停机。

用户程序循环扫描

PLC对用户程序进行循环扫描分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，见图4-10。

图4-10 PLC用户程序扫描过程

1）输入采样阶段

CPU将全部现场输入信号，如按钮、限位开关、速度继电器的通断状态经PLC的输入接口读入映像寄存器，这一过程称为输入采样。输入采样结束后进入程序执行阶段后，期间即使输入信号发生变化，输入映像寄存器内数据不再随之变化，直至一个扫描循环结束，下一次输入采样时才会更新。这种输入工作方式称为集中输入方式。

2）程序执行阶段

PLC在程序执行阶段，若不出现中断或跳转指令，就根据梯形图程序从首地址开始按自上而下、从左往右的顺序进行逐条扫描执行，扫描过程中分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中将有关编程元件的状态数据“0”或“1”读出，并根据梯形图规定的逻辑关系执行相应的运算，运算结果写入对应的元件映像寄存器中

而需向外输出的信号则存入输出映像寄存器，并由输出锁存器保存。

3）输出处理阶段

CPU将输出映像寄存器的状态经输出锁存器和PLC的输出接口传送到外部去驱动接触器和指示灯等负载。这时输出锁存器保存的内容要等到下一个扫描周期的输出阶段才会被再次刷新。这种输出工作方式称为集中输出方式。

4）PLC扫描过程示例

梯形图将以指令语句表的形式存储在PLC的用户程序存储器中。指令语句表是PLC的另一种编程语言，由一系列操作指令组成的表描述PLC的控制流程，不同的PLC指令语句表使用的助记符并不相同。采用SIEMENS S7-300系列PLC指令语句表编写的电动机全压起动梯形图的功能程序如下：

A（O

I0.0

//取I0.0，存入运算堆栈；

O

Q0.0

//Q0.0和堆栈内数据进行或运算，结果存入堆栈；

AN

I0.1

//I0.1取非后

AN

I0.2

//I0.2取非后和堆栈内数据进行与运算，结果存入堆栈；

=

Q0.0

//将堆栈内数据送到输出映像寄存器Q0.0；

A

Q0.0

//取出Q0.0数据存入堆栈；

=

Q0.1

//将堆栈内数据送到输出映像寄存器Q0.1；

MEND

//主程序结束。

指令语句表是由若干条语句组成的程序，语句是程序的最小独立单元。每个操作功能由一条或几条语句执行。PLC语句由操作码和操作数两部分组成。操作码用助记符表示（如A表示“取”、O表示“或”等），用于说明要执行的功能，即告之CPU应执行何种操作。操作码主要的功能有逻辑运算中的与、或、非，算术运算中的加、减、乘、除，时间或条件控制中的计时、计数、移位等功能。

操作数一般由标识符和参数组成。标识符表示操作数的类别，例如输入继电器、输出继电器、定时器、计数器、数据寄存器等；而参数表示操作数的地址或一个预先设定值。

以电动机全压起动PLC控制系统为例，在输入采样阶段，CPU将SB1、SB2和FR的触头状态读入相应的输入映像寄存器，外部触头闭合时存入寄存器的是二进制数“1”，反之存入“0”。输入采样结束进入程序执行阶段，见图4-11。

执行第1、2条指令时，从I0.0对应的输入映像寄存器中取出信息“1”或“0”，并存入称为“堆栈”的操作器中。

执行第3条指令时，取出Q0.0对应的输出映像寄存器中的信息“1”或“0”，并与堆栈中的内容相“或”，结果再存入堆栈中（电路的并联对应“或”运算）。

执行第4条、第5条指令时，先取出I0.1的状态数据进行非运算，再和堆栈中的数据相“与”后存入堆栈，然后取出I0.2的状态数据进行取非运算，再和堆栈中的数据相“与”后再次存入堆栈（电路中的串联对应“与”运算）。

执行第6条时，将堆栈中的二进制数据送入Q0.0对应的输出映像寄存器中。

执行第7条指令时，取出Q0.0输出映像寄存器中的二进制数据存入堆栈。

执行第8条指令时，取出堆栈中的二进制数据送入Q2.0对应的映像寄存器中。

执行第9条指令，结束用户程序的一次循环扫描过程，开始下一次扫描过程。

在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出锁存器。如果Q0.0、Q0.1对应的输出映像寄存器存放的二进制数为“1”，则外接的KM线圈、指示灯HL1通电，反之，将断电。

图4-11 电动机全压起动PLC控制扫描过程

5）继电器控制与PLC控制的差异

PLC程序的工作原理可简述为由上至下、由左至右、循环往复、顺序执行。与继电器控制线路的并行控制方式存在差别，见图4-12。

图4-12a)控制图中，如果为继电器控制线路，由于是并行控制方式，首先是线圈Q0.0与线圈 Q0.1均通电，然后因为常闭触头Q0.1的断开，导致线圈Q0.0断电。

如果为梯形图控制线路，当I0.0接通后，线圈Q0.0通电，然后是Q0.1通电，完成第1次扫描；进入第2次扫描后，线圈Q0.0因常闭触头Q0.1断开而断电，而Q0.1通电。

图4-12b)控制图中，如果为继电器控制线路，线圈Q0.0与线圈Q0.1首先均通电，然后Q0.1断电。

如果为梯形图控制线路，则触头I0.0接通，所以线圈Q0.1通电，然后进行第2行扫描，结果因为常闭触头Q0.1断开，所以线圈Q0.0始终不能通电。

图4-12 梯形图与继电器图控制触头通断状态分析

a)触头通断无差异 b)触头通断有差异

三、工作任务

叙述PLC各组成部分作用；识读PLC外围接线图；掌握PLC梯形图基本绘制规则。

资讯：整理归纳听课笔记

决策：确定电气控制基本环节线路作为改换为PLC控制后外围接线的练习图

计划：以电动机全压起动为例，制定外围接线、绘制相应PLC梯形图的计划

实施：课余完成PLC外围接线图及PLC控制梯形图的绘制

检查：小组互查 评估：小组评估

第三篇：可编程序控制器总结

《可编程序控制器PLC》总结

时间过的真快，转眼间，一学期的课程结束了。这学期主要学习了《可编程序控制器应用技术及项目训练》，以三菱FX2s为样机，通过4个由易到难的实际工程项目，让我学会合理运用PLC及相关工控产品，掌握小型控制系统设计、安装与调试的工作方法。

通过本课程的学习，使我更加熟悉了相关国家标准和行业规范；熟练进行PLC控制柜装配；掌握小型PLC控制系统设计、安装、调试的工作方法；掌握收集、查阅PLC及相关产品资料的渠道和方法；熟悉位置、温度等工业传感器的选型与用法，会规范绘制电路图、接线图、位置图等电气图纸；会规范编写设备设计说明书和设备使用说明书等文档，也让我了解了有关PLC的很多知识。其中包括一下这些方面：

PLC的基础知识 PLC的定义

PLC是可编程序控制器的简称。可编程序控制器（ProgrammableController）本应简称PC，但是由于个人计算机（PersonalComputer）也简称为PC，为了区别，同时由于早期的可编程序控制器只是具有逻辑控制功能，因此人们仍习惯称可编程序控制器为PLC（ProgrammableLogicalController）。PLC的发展概况

20世纪60年代中期，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出了一种设想：把计算机的功能完善、通用灵活等优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，并提出了新型电气控制的十点招标要求。其中包括：编程方便，可在现场修改程序；维护方便，最好采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；数据可直接进入管理计算机；体积小于继电器控制装置；成本可与继电器控制装置竞争；输入电源可为交流115V；输出为交流115V，负载电流应在2A以上，能直接驱动电磁阀接触器等；扩展时，原系统要求变更最少；用户程序存储器大于4KB等。

PLC的基本构成

电源：PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

输入输出接口电路（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。

PLC的特点:可靠性高，抗干扰能力强。

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

可编程控制器编程语言

可编程控制器PLC中有多种程序设计语言，它们是：梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。

梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。

功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。

PLC的应用领域

开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；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。

通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，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。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

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。

PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

了解PLC的这些知识之后，要想完成一个项目，最关键的是软件部分，也就是程序。创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。

下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P），RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。

为了我们能顺利的完成一个项目，PLC系统设计时，首先应确定控制方案，接下来就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应等等。

通过这学期的学习，我熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言，这让我在以后的实践中有了很多的帮助。最后，感谢王老师的教导，让我学会了PLC的相关知识。

第四篇：可编程序控制器课程设计报告封皮及内容

可编程序控制器 课程设计报告

学校：哈尔滨理工大学荣成学院 院系：电气信息系 专业班级：电机10-XX 学号： 姓名： 题目（黑体，小二）

一、任务要求

（正文宋体四号字）

二、系统总体方案

（正文宋体四号字）

三、PLC型号选择及其他PLC元器件分配

（正文宋体四号字）

四、PLC控制系统硬件接线图

（正文宋体四号字）

五、程序框图和梯形图

（正文宋体四号字）

六、心得体会和参考资料

（正文宋体四号字）

第五篇：实用可编程序控制器的典型电气控制

实用可编程序控制器的典型电气控制

王青龙

摘 要 可编程控制器在现代 工业生产中发挥着及其重要的作用：它和CAD.机器人技术一起，已成为现代工业的三大支柱。可编程控制器是20世纪60年代末，随着计算机技术的发展而兴起的工业通用控制器。它通过传统的继电器控制手段，满足现代企业寻求高生产.低成本和强灵活性的迫切需求。可编程控制器借助于工程技术人员非常熟悉的继电器梯形图设计方法，以满足不同设备多变的控制要求，从而使所设计飞控制系统具有通用化.标准化和柔性化以及高可靠性等特点，可缩短控制系统的设计.安装和调试以及升级更新周期，降低生产成本。自20世纪60年代末美国首先研制成功可编程控制器后，其应用范围迅速拓广。可编程控制器由于其在控制方面的意义日趋明显，并在发电、化工、等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,智能化中央空调也正被广泛地应用,在将其俩双双结合的情况下,不仅促进了的,也提高了人民生活水平。

关键词 PLC 控制系统 智能化 编程 控制器 1.1 引言

随着我国的不断发展，高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计《智能化小型中央空调》阐述PLC控制设计与智能化中央空调(冷冻站)系统的关系。

1.2 系统及工艺简介

现介绍如下：我们本次的设计中有两套中央空调系统，由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、一台冷却塔风机、两台冷水机组等主要设备组成两套制冷

系统（因系统小，冷却塔功率大，实验室要求等，本系统较一般两套制冷系统不同的是两台冷水机组却只选择一个冷却塔，经核定，这并不其效果）其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。根据本次设计的实验室要求，我们选择了2*5匹全封闭式压缩机冷水机组。它一般是根据空气调节原理及等由微处理器自动控制。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷机进入冷凝器，被冷却水冷却后，变成液体，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量，使冷冻水降温，然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。如此循环不已，把室内的热量带出，达到降低环境温度的目的。因此，中央空调冷冻系统的工艺控制要求为：（1）测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到最佳节能状态。（2）各设备的程序联动：启动：冷却塔风机——冷却水泵——冷冻水泵——冷水机组。停止：冷水机组——冷冻水泵——冷却水泵——冷却塔风机。当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时，备用冷却水泵/冷冻水泵会自动投入工作。

（3）测量冷冻水系统供回水管的压差△P=P1－P2控制其旁通阀(TV)的开口度，使其维持压差。

（4）因我们本次设计的实验室的目的是为给同学们更形象生动的理解中央空调系统，所以设计过程中，我们还会考虑到在合适并重要的位臵处装上便于观察制冷剂或水流情况的窥视镜。

1.3 PLC原理及应用

中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC

其本身的抗干扰能力和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。

可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为PLC。

PLC具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易发故障，维修复杂，现在已被大中型设备的控制系统所抛弃。而PLC正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着技术不断的飞跃发展，PLC也不断得到完善和强大，同时它的功能也大大超过了逻辑控制的范围，如联网通信功能和自诊断功能等。因此今天这种装臵被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装臵为PLC。

PLC的体系结构 2.1 PLC结构图

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图所示：

图2.1.1 PLC硬件的基本结构

PLC主要是模块式的，包含CPU模块、I/O模块等，PLC一端接传感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经PLC读、运算等处理下达给执行器，执行器动作。PLC相当于 继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。2.2 PLC的选型及设臵

为了满足以上所介绍的空调工艺要求，整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别是112点和32点，其中模拟量输入、输出为6点和4点。根据PLC的I/O原理使用原则，即留出一定的I/O点以做扩展

时使用，以及系统设计中实际所需的I/O点数。选用华光电子工业有限公司的SU－5/B型。主机：SU－5/B；输入模块：U－25N、U－01AD；输出模块：U－05T、U－01DA。这种机型的I/O点数为256点，有RS－422通讯端口，其编程指令有143条，并配有相应的编程软件S－62P，不仅可以通过手持编程器对其编程。而且可以通过PC机对其进行编程输入。该软件还能在PLC运行时监控其运行状况。

2.3 软件设计

制冷系统的启动/停止是用于制冷系统的手动启动/停止控制。也可以通过温度设定，依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动、备用三种运行状态，自动用于联锁集中控制；手动用于调试或检修；备用状态用于热备用。三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换，提高设备的保养率。各台设备按工艺要求顺序自动启动/停止时，采用每台设备启动后经15s左右延时，再启动下一台设备。一是考虑水泵稳定运行有个过程，二是避免数台电动机同时启动，冲击变压器，影响供电质量。

为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备进行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和DDC控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器(PLC)来进行控制。PLC控制系统主要功能与特点 3.1 PLC控制系统功能说明

如空气处理机PLC控制原理简图所示：

1.当启动空气处理机时，PLC发出控制指令。首先开户回风门和新风门到设定位臵，然后启动送风机，同时通过控制变频器，从而调节风机的转速。

2.露点温度与系统设定值相比较后,用PID方式调节冷水电动阀,控制冷水流量, 使送风温度达到设定值。

3.送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。

4．当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号。5．当空气处理机停止运行后，新风门、回风门和冷水电动阀回复到全关位臵，并关停冷水环泵。

上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的协调控制以及数据的处理、等任务，下位PLC主要完成数据采集、现场设备的控制及连锁等功能。除此以外，PLC系统还有如下功能：

◆ 数据显示功能

显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。

◆ 数据的存储及检索功能

对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间最长为10年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。

◆ 控制功能

根据设定的参数，并考虑经验运行数据，PLC应用反馈数据(如室内温度等)进行PID调节，以保证运行参数满足系统要求。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手动和自动。就地手动就是通过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动是通过PLC对机组进行手动控制，自动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和经济性。

◆ 连锁与保护功能

各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC的连锁程序完成。同时，为保证机组的可靠运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。3.2 系统特点

◆ 灵活性

本控制系统选用可利用公司的小型一体化PLC代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配臵及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明显缩短了程序开发周期。

◆ 高可靠性

PLC控制核心能够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。

强大的功能

用PLC改造门的电气控制系统

用PLC改造老式继电器——接触式大门的电路接线，是现代普遍采用的技术。该门的控制电动机过去是正反转工作，使用的久留接触器，现在改造电路是全部采用PLC控制。

1.可靠性高，抗干扰能力强。能在恶劣的环境中可靠的工作，控制设备具有很强的抗干扰能力（如电磁干扰，电源电压波动，机械震动，温度变化等）。PLC的平均无故障间隔时间（MTBF）高，如日本三菱公司的F1，F2系列PLC平均无故障间隔时间长达30万小时。与继电器相比，采用PLC控制后，大量的开关动作有无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器的复杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。

2.控制系统构成简单，通用性强。PLC是一种存储程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制系统类似，但他们可连接在PLC的I/O端。例如，对开关量的输入，可将无源触点开关接到PLC 的输入端，而PLC的输出具有很强的驱动能力，可直接驱动接触器等执行元件。由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变要改变控制系统时，不必改变PLC的硬件设备，只要改变编程软件的程序，当同一台PLC用于不同的控制对象时，也只是输入与输出的不同，应用软件不同，因此说PLC有很好的通用性。

3.编程简单，使用，维护方便。目前大多的PLC均采用与实际电路接

线图非常相近的梯形图编程（Ladder Programming）,这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC具有故障检测，自诊断等功能，能及时检查出报警显示，使操作人员能迅速的检查，判断，排除故障，具有较强的在线编程能力，维修十分方便。

4.模块化，体积小，功耗低，性价比

PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗大约1.2W。由于PLC的结构紧密，抗干扰能力强，很方便的将其装在机械设备内部。

PLC的编程语言遵从易学、易懂、易用的标准。除了具备传统PLC助记符和梯形图编程功能外，还具有结构化语言和顺序功能图编程功能。PLC提供各种功能模块，包括各种通讯功能选择、通讯参数设臵，以及可以具体到某年、某月、某日、某个时刻的多种定时器和超长定时器等，方便了各种功能的实现，有利于缩短开发周期和节省程序容量。◆ 优良的开放性

上位软件Focsoft3.1支持DDE、OPC、ODBC、SQL，并提供丰富的API编程接口，方便接入其它系统。4 控制 4.1

对于冷冻水系统，其出水温度取决于蒸发器的设定值，而回水温度取决于蒸发器接收的热量，中央空调冷冻水出水温度与冷冻水的回水温度设计最大温差为：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），现采用在蒸发器出水管和回水管上装有检测其温度的变送器、PID温差调节器和变频器组成闭环控制系统，通过冷冻水温差（如：△T=5℃）控制，即可使冷冻水泵 9 的转速相应于热负载的变化而变化。

4.2

对于冷冻水系统，由于低温冷冻水的温度取决于冷却塔的工作情况，我们只需控制高温冷冻水（冷凝器出水）的温度，即可控制温差。现采用温差变送器、PID 调节器和变频器组成闭环控制系统，冷凝器出水的温度控制在 T2（如： 37℃），使冷却水泵的转速相应于热负载的变化而变化。4.3

在管道中取压力信号采样和温差变送器，通过PID调节器进行优化，通过PLC控制变频器，以此控制3台水泵电机的运行，系统启动开始工作，当第1台电机运行至工频状态时，如管网压力不够，变频器控制第2台电机开始工作，若工作到工频状态时管网管压仍不够时，变频器自动切换至第3泵使其变频运行，第1、2台电机工频运行，直至管网所需管压。当外部需求降低，管网管压提高时，第3台运行停止，变频器自动切换至第2泵，使其工作在变频状态下若还达不到要求，再切换至第1电机，如此周而复始，始终让系统工作在最优、最佳、最省的工作状态。5 系统的设计和

由于整个实验室正在逐步筹划和建设的过程中，许多设计还处于探讨之中，众多功能还未付诸实施。

现在本文就系统改造实现情况作简单介绍：本文的系统调试应分为两步，设备电气控制系统调试和中心系统调试。我们就已完成的设备电气控制系统设计、调试及使用情况作一下说明：针对实验室的要求：要求电气系统运行稳定，感温精确度高，维护方便寿命长，并能联网进行管理。除此之外在实际使用中系统的故障报警部分设计还不够完善，许多功能还未开发。本文经过对设备状况和同学们对中央空调认识的调研，本文认为可采用三菱公司的A系列PLC作为设备的控制系统核心。它不仅具备普通PLC可编程控制器的各种优点，而且能够利用以太网网络模块（B2/B5）组建MELSECNET网络，最终达到建成先进的分布式控制系统，既实现各种设备之间的联网，实现远程控制和管理。PLC 硬件电路的设计

1.PLC的I/O地址分配如表1所示。

L、N接电源（220V）、PLC 应接地，输入COM和输出COM应分开。

必须要键入程序后，图2中的PLC 才能工作。

输入

输入元件

地址 输出

输出元件

地址

停止按扭 SB1 X1 正转（开门）高速按扭SB2 X2 正转（开门）中速按扭SB3 X

3正转（开门）低速按扭SB4 X4 反转（关门）高速按扭SBX5 反转（关门）中速按扭SB6 X6

反转（关门）低速按扭SB7 X7 变速器正转启动端子STF Y0 变速器高速端子RH

Y1

变速器中速端子RM

Y2 变速器低速端子RL

Y3 KM1线圈

Y4 KM2线圈

Y5

当然系统基本达到了设计的要求，它不仅具备基本逻辑控制功能，还具有联网通信功能和管理功能等。另外相对与老的控制系统，它工作稳定、故障率低，并能进行系统自动报警，操作及维护十分简便，维修综合成本（待机时间等）大大降低。6 结束语

在智能化中央空调冷冻系统中，采用PLC控制系统是切实可行的，中央空调冷冻系统用PLC控制可以有效地保证其工作稳定、可靠，便于维护，且性能价格比高。同时以PLC为核心的高可靠的监控系统实现了对空调主机的控制及两台主机之间的协调控制，具有先进、可靠、、灵活等显著特点。

1．《中央空调工程设计与施工》，吴继红、李佐周编著，高等出版社 2．《制冷空调自动控制》，张子慧等编著，出版社1 3.三菱公司，三菱微型可编程控制器编程手册，2000 4.《可编程控制器原理及应用》，顾战松、陈铁年编著，国防出版社，1996 5.肖海亮等编著，实现微机和PLC在以太网中的通信，电气自动化，2001.5