3 基于PLC的皮带控制系统的硬件组态

3.1PLC简介

可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器和生产过程的自动控制装置[16][17][20]

。它专为在工业环境应用而设计，应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 3.1.1PLC组成

PLC由中央处理单元，输入输出单元高速计数单元组成。西门子研制的PLC

以其极高的性能价格比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业得到了广泛的应用。S7—300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装到机架上。通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上。

PLC可以认为是由输入部分、控制部分和输出部分等组成，但它是采用大规模的集成电路的微处理器和存储器来代替继电器控制线路，控制作用是通过编制好并存入内存的程序来实现的。PLC的等效电路如下：

电源模块接口模块扩展机架接触器输入模块CPU模块通信接口输出模块电磁阀指示灯电源其他设备其他PLC计算机

图3.1.1PLC等效电路图

输入部分：用于接受外部输入信号，与外部输入设备连接。可以等效为一个受控于外部用户输入设备的继电器线圈（输入继电器）。

控制部分：等效于一个受控于内部逻辑的一个线圈，接点可用于驱动外部输出设备的继电器。

输出部分：用于与外部输出设备连接。 3.1.2PLC特点

PLC具有以下特点[21]： 1)灵活、通用

PLC是通过在存储器中的程序实现控制功能，若控制功能需要改变，只需修改程序及少量接线即可。而且，同一台PLC还可用于不同控制对象，通过改变软件则可实现不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的灵活性和通用性，结构形式多样化，可以适用于各种不同规模、不同工业控制要求。

2)可靠性高、抗干扰能力强

PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力，不会出现继电器一接触器控制系统中

接线老化、脱焊、触点电弧等现象，因此，在各种恶劣工作环境和条件下也可以可靠工作，将故障率降至最低。

3)编程简单、使用方便

PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形图语言编程方式，它既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到电气技术人员的读图习惯和应用实际，电气技术人员易于编程，程序修改灵活方便。此外，PLC的I/O接口可直接与控制现场的用户设备联接,如继电器、接触器、电磁阀等联接，具有较强的驱动能力。

4)接线简单

PLC只需将输入设备(如按钮、开关等)与输入端子联接，将输出设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子联接。接线极其简单、工作量极少。

5)功能强

PLC不仅具有条件控制、定时、计数、步进等控制功能，而且还能完成A/D. D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网、生产过程监控等。因此，PLC既可对开关量进行控制，又可对模拟量进行控制；可控制一台单机、一条生产线，也可控制一个机群、多条生产线；可用于现场控制，也可用于远距离控制；可控制简单系统，又可控制复杂系统。

6)体积小、重量轻、易于实现机电一体化

PLC具有体积小、重量轻、功耗低等特点。由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用，以及有很强的可靠性和抗干扰能力，易于嵌入机械设备内部。因此，PLC在机电一体化产品中被广泛应用. 3.1.3PLC应用领域

1、开关量的逻辑控制：它是PLC最基本的功能。所控制的逻辑可以是各种各样的，如时序的、组合的、计数的、等待，控制的输入/输出点数可以不受限制，少则10点，几十点，多则成千上万点，并可以通过联网来实现控制。

2、模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换及算术运算功能，一次可以实现模拟量控制，有的PLC还具有PID控制或模糊控制的功能。可用于闭环的位置控制、速度控制的过程控制。

3、数字量的智能控制：利用PLC能接受和输入高速脉冲的功能，再配备相应的传感器或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），就能实现数字量的智能控制，较高级的PLC还专门开发了位控制单元模块、运动单元模块等，可实现曲线插补。现开发的运动单元模块还能识别数控技术的编程语言，为PLC进行数字量的智能控制提供了方便。

4、数据采集与监控：PLC实现控制时，可以把现场的数据实时现实出来或采集保存下来，供进一步分析研究。较普遍使用的是PLC加上触摸屏，可以随时观察采集来的数据及统计分析结果。

5、通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强，除了PLC和PLC之间的通信联网以外，PLC还可以与计算机进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理。PLC也能与智能仪表、智能执行装置（如变频器）进行通信和联网，互相交换数据并对其实施控制。

利用PLC的强大的通信功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间及上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了集散型计算机控制系统(DCS)或现场总线控制系统。 3.1.4PLC的基本工作原理

PLC运行时，内部要进行四大类操作[28]：公共操作（以故障诊断、通信处理为主），数据输入和输出操作，执行用户程序的操作，以及服务于外部设备的操作（如果外部设备有中断请求）。其过程示意图如图所示。