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20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机;从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外,无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期,随着我国现代化进程的深入,PLC在我国将有更广阔的应用天地。
21世纪,PLC会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
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1.2电镀生产控制技术的现状
电镀生产作为一种传统产业自开始以来,几十年间有了极大的发展,从早期的纯手工作坊式生产发展到今天的半自动甚至全自动生产,电镀工业的进步是长足的巨大的,电镀产品的种类和电镀工艺的复杂程度也是发生了极大的变化,大到汽车,飞机,小到生活用品金银首饰,各式各样的工业产品都离不开电镀技术,电镀技术己发展形成一个重要的工程领域—表面工程。
随着工业现代化的发展,电镀工业生产控制技术的发展也是突飞猛进的,几十年前,电镀一个工件只要备一个镀槽,用两只电极(阴、阳极)装上工件通上电就完事,渐渐地人们觉得这样的镀覆不能适应复杂镀层要求,于是就开始产生了生产线,引入一两台行车挂上工件,用继电器控制技术控制行车运动,进而实现不同镀液镀覆过程的有序进行。按照工艺要求在不同镀槽内镀覆的时间是不同的,镀覆电流也有所区别,电流的大小事先调定,时间的长短人为控制,因此这种生产线还是典型的半自动生产线,随着时间的推移和新技术的发展与进步,人们渐渐地感到这种半自动的生产线难以提高生产率,因而在控制技术上开始考虑能否实现生产过程的全自动化,控制的手段开始引入计算机控制,也就是人们所熟知的工业控制计算机系统(PIC),用计算机实现对控制过程的参数预设、参数检测、数学运算等,在电流控制方面,采用晶闸管变流技术、变频器、高频开关电源等新技术,使得电流的控制能按照生产工艺要求实现精确控制,随着生产工艺要求的进一步提高和生产过程的实际变化,人们觉得这种工控机(PIC)控制手段有着明显的弱势,一方面是要求生产工人具有一定的文化知识,要熟悉电脑操作,能实现电脑维护,另一方面工控机虽然是为工业生产而设计的,但其工作的可靠性以及抗干扰等措施还是显得有些不够,因而,随着市场上新的数字设备和数字技术的发展,新的工控装置—PLC受到越来越多的青睐,PLC的应用场合从早期的逻辑控制到后来的模拟控制等设备的外部控制模块也有了很大的发展,出现了很多的特殊功能模块,这极大地丰富了PLC的功能,也极大地拓展了其应用空间,PLC技术引入电镀生产以后,电镀生产有了极大的发展,近年来随着生产的发展和不同产品工艺的特殊要求,电镀生产的生产过程在有些领域显得相当复杂,有许多
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条流水线构成一套完整的生产线,这就要求各流水线之间能实现互联,因而在有些地方就引入了网络技术,工业以太网是网络技术里比较活跃值得信赖的一种,在有些领域则提出采用DCS、FCS技术,然而截止今日,真正把DCS技术应用到生产中的情况尚难见到,FCS技术更是没有。
1.3 PLC的基本组成
PLC是微机技术和控制技术相结合的产物,是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机,因此PLC的组成与一般的微机类似,由硬件和软件组成。
PLC的硬件组成:
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中CPU是核心,输入单元和输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。下面简单介绍下各部分情况。
1.中央处理单元(CPU)
CPU是PLC的核心,PLC中所有配置的CPU随机型不同而不同。常见的CPU有三类:通用微处理器(如Z80、8086、80286等)、单片微处理器(如8031、8096等)和位片式微处理器(如AMD29等)。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器;中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器;大型PLC多采用高速位片式微处理器。
2.存储器
存储器主要有两种:一种是可读/写操作的随机存储器RAM,另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中,存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
3.输入/输出单元
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据,以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据;同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的。
4.通信接口
PLC配有各种通信接口,这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC
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通过这些通信接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。
PLC的软件组成:
PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的,并存入PLC的系统存储器中,用户不能直接读写或更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言,根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中,最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序,以实现控制目的。
1.4 PLC的主要特点及功能
1.4.1 PLC的主要特点
现代工业生产过程是复杂多样的,它们对控制的要求也各不相同,由于PLC具有诸多优点,一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。
(1)可靠性高,抗干扰能力强
由于采用了现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺,且内部电路采取了先进的抗干扰技术,所以PLC具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性。使用其构成控制系统,和同等规模的继电器接触器系统相比,电气接线及开关接点数可减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。PLC是专为工业控制而设计的,因此,在恶劣的工业环境下仍能保证很高的可靠性,一般平均无故障时间可达到4~5万小时,甚至远远超过计算机控制系统。
(2)编程简单易学,开发周期短
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所接受。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,使用者不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。另一方面,PLC多以软件编程取代硬件接线实现控制功能,使得繁重的安装接线工作大大减轻,且编程简单,程序设计和调试修改也
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很方便安全,因此,控制系统的开发周期大幅缩短。
(3)体积小、重量轻、能耗低,使用方便
PLC采用半导体集成电路,具有体积小、重量轻、功耗低等优点,是实现机电一体化的理想控制设备。以超小型PLC为例,底部尺寸可小于100mm,重量小于150g,功耗仅为数瓦。PLC编程简单,自诊断能力强,出现故障时可及时发出警报信息,使得维护方便容易。
(4)功能强,通用性好
PLC运用了计算机、电子技术和集成工艺的最新技术,在硬件和软件两方面不断发展,使其具备很强的信息处理能力,可进行逻辑、定时、计数和步进等控制,能完成A/D、D/A转换、数据处理和通信联网等功能。同时,PLC品种多,档次高。同一台PLC可适用于不同的控制对象或同一对象的不同控制要求,同一档次、不同机型的功能也能方便地相互转换。
1.4.2 PLC的功能
随着PLC技术的不断发展,它目前主要有以下控制功能: (1)条件控制功能
条件控制又称逻辑控制,用PLC的“与”、“或”、“非”等逻辑指令取代继电器触点的串联、并联及其他各种逻辑连接来实现开关控制,实现逻辑运算功能。
(2)计数、定时功能
PLC具有计数、定时功能,即使用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制,以取代时间继电器和计数继电器。计数、定时值可由用户在编程时设定,在运行中读出与修改,使用与操作都很灵活方便。
(3)步进控制功能
步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中,只有前一道工序完成后,才能进行下一道工序操作的控制,即顺序控制,可利用移位寄存器或步进指令直接编程。
(4)数据处理功能
数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。
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