学士论文
型的控制装置取代传统的继电器控制装置，提出了以下10条招标的技术指标：
① 简单方便，可在现场修改程序； ② 硬件维护简单，采用模块化设计； ③ 可靠性要高于继电器控制系统； ④ 体积小于继电器控制系统； ⑤ 可将数据直接送入管理计算机； ⑥ 成本可与继电器控制系统竞争； ⑦ 输入可以是交流115V；
⑧ 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀和接触器等； ⑨ 在进行扩展中，原有的系统只需要很小的改动； ⑩ 用户程序储存器的容量至少可扩展到4KB。
1969年，美国的数字设备公司（Digital Equipment Corporation,DEC）开发出世界上第一台能满足上述要求的样机，并在GM公司的汽车装配线上获得成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列有点很快就推广应用到食品、饮料、冶金、造纸等其他工业领域。随后德国、日本等国相继引进这一技术，迅速在工业控制中得到了广泛的应用。我国从1974年开始研制，1977年开始应用于工业领域。
（2） 可编程控制器的发展过程、
虽然PLC的应用时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模和超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断发展，PLC的发展也极为迅速。其发展过程大致分为三个阶段：
① 第三代PLC（20世纪60年代末～70年代中期）
早期的PLC作为继电器控制系统的替代物，其主要功能只是执行原先继电器完成的顺序控制和定时控制等任务。
② 第二代PLC(2O世纪70年代中期～80年代后期)
20世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。各个PLC制造 商先后采用微处理器作为PLC的中央处理器（Central Processing Unit,CPU）, 使PLC的功能大大增强。
③ 可编程控制器的发展方向（20世纪80年代后期至今）
20世纪80年代后期，，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的价格大幅度下降，各种PLC采用的微处理器的性能普遍提高。
（3） 可编程控制器的发展方向
现代PLC的发展有两个主要趋势。其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、良好的兼容性和多功能方面发展，趋向于当前工业控制计算机（Industrial Personal Computer,IPC,即工
16
学士论文
控机）的性能。
① 微型、小型PLC功能明显增强，很多知名的PLC制造商相继推出了小型、特别是微型、高性能的PLC。
② 集成化发展趋势增强
③ 由于控制对象的复杂化和高难度化，使PLC向集成化方向发展。PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成、PLC与现场总线集成等，并增强了通信和网络能力，尤其是以PC为基础的控制产品增长迅速。
④ 向开放型转变
⑤ PLC存在的严重缺点主要是PLC的软、硬体系结构是封闭的而不是开放的，绝大多数的PLC 采用专用总线、专用通信网络协议。 4.4.2可编程控制器的定义
在可编程控制器的早期设计中，虽然采用了计算机的设计思想，但只有用来代替继电器实现逻辑（开关量）控制，主要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC。随着技术的发展，这种装置的功能早已大大超过了逻辑控制的范围。美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association,NEMA）经过调查，将其正式命名为Programmable Controller,简称PC。由于PC容易与个人计算机（Personal Computer）的缩写相混淆，因而人们仍沿用PLC作为可编程控制器的简称。
国际电工委员会（International Electrorechninal Commission,IEC）颁布的PLC的定义为：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，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，并通过数字的、模拟的输入和输出来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，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 4.4.3可编程控制器的特点
PLC把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一起，兼具计算机的功能完备，灵活性强、通用性好以及继电器接触器控制系统的简单易懂、维修方便等特点，主要体现在以下几个方面：
①编程简单易学 ②可靠性高 ③功能强
④安装简单，维修方便 ⑤采用模块化结构 ⑥接口模块丰富 ⑦系统设计与调试周期短
17
学士论文
4.4.4可编程控制器的应用
经过长期的工程时间，PLC的上述特点越来越为广大技术人员所认识和接受，已经广泛地应用到石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、轻工、采矿、水力、环保等各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业控制网络。从功能上看，PLC的应用范围大致包括以下几个方面：
?逻辑（开关量）控制 ?定时控制 ?计数控制 ?步进控制
?模拟量处理与PID控制 ?数据处理 ?通信和联网功能 4.4.5可编程控制器的组成
PLC的产品型号很多，发展非常迅速，应用日益广泛，不同的产品在硬件结构、资源配置和指令系统等方面各不相同。但从整体来看，不同厂商的PLC在硬件机构和指令系统等方面大同小异。下面主要介绍三菱公司FX系列的PLC得硬件组成、工作原理和系统资源配置等内容。
图4-2 PLC的组成
PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在系统硬件结构上基本相同、整体式PLC一般由CPU板、I/O板、显示面板、内存和电源等组成，一般按PLC性能又分为若干型号，并按I/O点数分为若干规格。模块式PLC一般由CPU模块、I/O模块、内存模块、电源模块、底板或机架等组成。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式的开放结构，其I/O能力多数可根据用户需要进行扩展与组合。PLC组成如图4-2所示。CPU224 AC/DC继电器基本数据如表4-2。
18
学士论文
表4-1PLC现场控制系统信号总表 信号 紧急停止信号 预防喘振信号 防喘振信号 上限信号 下限信号 阀门接触信号 阀门位置信号 转速信号 手动/自动转换信号 自动提升信号 机组异常信号 电动机正转信号 电动机反转信号 维持电磁吸合信号 提升电磁吸合信号 信号位置 风机 机械运动机构 差压传感器 手动控制柜 电气控制柜 机械运动机构 信号特性 输入4～20mA 输入24VDC 输出24V 备注 每组系统各一 共计28个数字输入 10个数字输出 2个模拟量输入 RS485通信信号 监控系统 100～230V AC 14个 10个 表4-2 CPU224DC继电器输出数据 电源 数字量输出端口 数字量输入电压额定值 数字量输出电压范围 带屏蔽输入输出电缆长度 程序存储器 数据存储器 位操作执行时间 计数器 定时器 24V DC～230V AC（继电器隔离） 500m 8k字节 2.5k字节 0.37μS 256个，计数范围256，可扩充 256个，定时范围1ms到54分钟 19
学士论文
4.5实验台控制系统主要硬件的选取
系统硬件结构如图4-3所示
图4-3控制系统硬件结构图
4.5.1直流调速系统的选择
根据实验台的相关要求，调速系统应具有调速准确和抗干扰性能。因为双闭环直流调速系统具有以上性能，所以就选取双闭环直流调速系统作为实验台的调速系统。
全数字直流调速装置采用Siemens6RA70全数字直流调速器。Siemens6RA70是一个以电流环为内环，速度环为外环的双闭环调速系统，采用逻辑无环调速方案。 4.5.2 PLC选取及其开关量控制
在实验台PLC硬件设计的过程中，充分考虑了实验台的控制方案及控制过程，以使PLC硬件设计满足实验台的控制要求，由于I/O点数较少，所以选择小型的整体式PLC。实验台选用的是PLC是三菱FXIN-60MR系列，主机为CPU224，直流输出。它能扩展7个模块，同时配备数字量输入扩展模块EM221和模拟量输入扩展模块EM231，组成电控部分PLC控制系统。PLC可以和控制系统的RS485进行通信，信号列表如表4-2所示。
PLC控制系统组成为：CPU224AC/DC/继电器+数字量输入扩展模块EM221+模拟量输入扩展块EM231。
20