第二章
2.1 PLC
PLC的发展史
的简史及定义
1. 继电器控制
用弱电信号控制强电信号。故障查找与排除非常困难、改造工期长、费用高。
① GM首先提出【可编程序控制器】设想
– 编程简单，可在现场修改程序； – 维护方便，采用插件式结构； – 可靠性高于继电器控制柜； – 体积小于继电器控制柜； – 成本可与继电器控制柜竞争； – 可将数据直接送入计算机；
– 可直接使用115V交流输入电压；
– 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载；
– 通用性强，扩展方便；
– 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB.
② 1969年DEC研制出世界上第一台可编程序控制器
从上述10项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为以下四点： (1) 用计算机代替继电器控制盘。 (2) 用程序代替硬件接线。
(3) 输入/输出电平可与外部装置直接连接。 (4) 结构易于扩展。
? 可编程序控制器的定义
1985年1月，国际电工委员会（IEC）定义： 可编程序控制器是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
一部数字电子计算机若是用来执行PC的功能，亦被视同为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 可编程序控制器简称
? Programmable Controller — PC
Personal Computer — PC
? Programmable Logic Controller — PLC
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2.2 PLC的特点
① 无触电免配线，可靠性高，抗干扰能力强 ② 通用性强，控制程序可变，使用方便 ③ 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 ④ 编程简单，容易掌握
⑤ 系统的设计、安装、调试工作量少 ⑥ 维修工作量小，维护方便 ⑦ 体积小，能耗低
可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时 。
★硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。
★软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。
目前，各种PLC都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。
同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。
许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。
现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。
同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。
由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。
PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。
在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。
PLC结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。
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2.3 PLC的应用与发展前景
① 开关量逻辑控制
自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制 ② 运动控制
金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。 ③ 闭环过程控制
温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 ④ 数据处理
数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。 ⑤ 通信联网
PLC与远程I/O、PLC之间、PL与其它智能控制器之间。
▲ 高性能、高速度、大容量发展
? 多CPU结构
? 高性能、流水RISC结构CPU(32位机) ? 增加智能控制功能 ? 支持组态设计
▲ 大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能
? 掌上PLC ? 高性能
? 支持多种编程方式
▲ PLC编程语言标准化
IEC1131-3 (IEC 1994年5月公布)
? 顺序功能图（SFC） ? 梯形图 ? 功能块图 ? 指令表 ? 结构文本
▲ PLC与其它工业控制器产品相互融合 ● 与个人计算机PC ● 集散控制系统DCS ● 计算机数控CNC
▲ 大力开发智能I/O模块
模拟量I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读器、多路BCD输入/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信模块
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第三章 自动生产线的组成及基本功能
2.1 基本组成
自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图2-1所示。
图2-1 自动生产线外观
其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。
设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。
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