基于plc自动售货机毕业设计

第二章 PLC的介绍

第二章 PLC的介绍

2.1 PLC的概论

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能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。PLC具有体积小、结构简单、操作方便、可靠性好等特点。

2.1.1 PLC的产生

20世纪20年代起，人们把各种继电器，定时器，接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定的范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是机电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与现实较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

1， 编程方便，可现场修改程序 2， 维修方便，采用插件式结构 3， 可靠性高于继电器控制盘 4， 体积小于继电器控制盘 5， 数据可直接送入管理计算机 6， 成本可与继电器控制盘竞争 7， 输入可以是交流150V以上

8， 输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等

9， 扩展时源系统改变最小

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10，用户存储器至少能扩展到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）

2.1.2 PLC的定义

美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器作出以下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入活输出，控制各种类型的机械或产生过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展的原则而设计。 定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力。并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

2.1.3 PLC的发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。

（1）向小型化、专用化、低成本方向发展 （2）向大容量、高速度方向发展 （3）智能型I/O模块的发展 （4）基于PC的编程软件取代编程器 （5）PLC编程语言的标准化 （6）PLC通信的易用化 （7）组态软件与PLC的软件化 （8）PLC与现场总线相结合 （9）开发新型特殊功能模块 （10）CPU的处理速度进一步加快 2.1.4 PLC的特点

（1）抗干扰能力强，可靠性好 （2）控制系统结构简单，通用性强 （3）编程方便，易于使用 （4）功能完善

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（5）体积小，维护操作方便 （6）易于实现网络化 （7）可实现三电一体化 2.1.5 PLC的基本功能

1， 条件控制功能

2， 定时/计数控制功能 3， 数据处理功能

4， A/D与D/A转换功能 5， 运动控制功能 6， 过程控制功能 7， 扩展功能

2.2 PLC的基本结构和原理

PLC的工作原理与计算机的工作原理基本是一致的，可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完成用户任务。如图2-1所示。

图2-1 PLC工作原理

（1）中央处理器 CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊的工作，它的基本功能是从内存中取出指令和 执行性指令。它的重要功能如图2-2所示。

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图2-2 结构图

（2）存储器 PLC的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 而大部分使用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。

（3）输入输出接口电路 PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

（4）电源 PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。

（5）输入输出I/O扩展接口 若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。

（6）PLC的基本工作原理 PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序,COU从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，知道遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC的扫描周期全过程如图2-3所示。具体过程如下：

（1）输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。

（2）程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

（3）输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

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