基于plc的胶带控制系统设计--学位论文

摘要

基于对输送带运行的可靠性与稳定性的要求,该系统选用可靠性高、抗干扰能力强、编程简单并且功能完善的西门子300系列的S7-315-2DP CPU 进行控制。PLC程序编写采用便于阅读和修改的梯形图方式。

根据现场设备情况及总体集控要求，设置了就地起停按钮，为满足就地及集控起停的要求，控制回路中设置运行转换开关，起动方式互为闭锁。不管哪种运行方式，当按下停止按钮时立即停车。根据皮带运行规程要求和实际的需要，皮带设置有急停开关、跑偏传感器和堆煤限位传感器、自动洒水灭火装置、低速打滑等保护措施。拉线急停每100米一个、跑遍开关每100米设置一对、测速传感器安装在胶带机的机头、自动洒水灭火装置也安装在胶带机的机头、堆煤传感器安装在胶带机的转载点。在皮带机的运行过程中，各传感器将相应的状态信号反馈给PLC的输入模块。

煤矿输送集控系统采用上位机组态和底层PLC二级结构的控制方式，上位机显示各种工矿图形、参数并发出设备运行指令，底层PLC负责信号的检测和具体指令的执行。达到输送系统设备的起停控制，以及在运输过程中能正确的判断故障类型、位置并能进行报警提示功能。

关键字：PLC 传感器传输带限位开关

随着煤矿生产技术的改进，煤矿井下开采的煤炭主要以胶带方式进行运输。以往胶带机的控制大都以继电控制手段为主，在井下湿度大、粉尘高以及含有腐蚀性气体环境下，继电控制器工作可靠性差，故障率较高。随着电子技术的发展，尤其是PLC的发展，越来越多的胶带运输机广泛采用了PLC 控制技术，更有一些先进的煤矿将PLC技术和网络技术相结合，实现了在地面对井下胶带机的远程控制。

本文主要研究了满足煤矿安全要求的井下胶带运输机PLC控制器的设计。系统选用具有MA论证的KJD15控制器为主控制器，配以安全规程要求的六大保护（急停、堆煤、纵撕、超温洒水、速度、跑偏）传感器，组成了胶带机的就地控制装置。KJD15控制器选用西门子S7-300系列PLC为主控单元，能满足井下胶带机的控制需求。

设计系统具有就地PLC自动控制、PLC手动控制和继电手动控制三种模式，并且当传感器检测参数超限时具有自动停车功能，满足了生产运行的需求。

本设计依据煤矿胶带控制的实际需求，主要进行了硬件选型、配置、电路图绘制，PLC控制程序的编写以及部分程序的仿真运行，结果表明系统的软硬件设计达到了系统功能要求。

关键字：煤矿运输胶带 PLC控制传感器

（根据新的摘要进行翻译）

Abstract

Based on the requirement for the reliability and stability of the conveyer belt’s operation, this system chooses the S7-325-2DP CPU of Siemens 300 serials as the controller, which has high reliability, strong anti-interference capability, simple programming and good functions. Program the PLC using the ladder diagram which is easy to read and edit.

According to the equipment and requirement of overall centralized control, set a button to meet the requirement of starting and stopping locally and centrally. Set the function conversion switch in he control loop, and the start is locked to each other. Pressing the stop button will stop the machine immediately, whatever operation mode it is working on.

According to requirement of belt operation rules and the actual needs, set safeguard measures for the belt such as emergency stop switch, sensor of deflective operation, sensors of coal heap limit, automatic sprinkler device, low-speed skid protection. Set one emergency switch and a pair of throughout switch in every 50 meters. Install the speed sensor and the automatic sprinkler device on the head of tape machine, and install the coal heap sensor on the reproduced point of tape machine. The sensors feedback the signals of the corresponding status to the PLC ’s input module.

Coal transportation control system use two levels’control, which is composed of the PC configuration and the underlying PLC. PC can display all kinds of mine’s graphics, parameters and issue the instructions for equipment operation. Underlying PLC is responsible for signal detection and the implementation of specific instructions. PLC also take charge on-off control of the transportation system, judge the right exception type and location during the transportation, and alert function.

Key words: PLC Sensors Transmission belt Limit switch

目录

1 前言.................................................................................................错误！未定义书签。

1.1 研究背景和意义 (1)

1.2 本文研究内容 (1)

1.3 论文结构 (2)

2 PLC在工业控制中的应用 (3)

2.1 PLC在工业中的控制 (3)

2.1.1 PLC的定义 (3)

2.1.2 PLC的特点 (3)

2.1.3 PLC的发展状况 (5)

2.1.4 PLC的功能和应用 (7)

2.1.5 PLC的未来发展 (9)

2.2 其他工业控制方式 (11)

2.2.1 基于工业PC控制 (11)

2.2.2 基于工业控制计算机的控制 (13)

2.2.3 基于工业以太网的控制 (14)

3 控制系统的的硬件设计 (15)

3.1 西门子PLC概述 (15)

3.2 西门子S7－300系列PLC的概述 (17)

3.3 S7-300CPU模块和功能模块的介绍 (18)

3.3.1 CPU模块介绍 (18)

3.3.2 功能模块介绍 (20)

3.4 传感器的选择 (22)

3.4.1 急停闭锁开关 (22)

3.4.2 胶带跑偏开关 (24)

3.4.3 胶带纵向撕裂保护装置 (26)

3.4.4 测速传感器 (26)

3.4.5 堆煤传感器 (29)

3.4.6 自动洒水灭火装置 (32)

3.5 系统硬件设计 (36)

3.5.1 设备继电控制回路设计 (36)

3.5.2 皮带保护传感器选型设计 (37)

3.5.3 PLC控制点位设计 (38)

3.5.4 模块配置 (40)

3.5.5 硬件原理描述 (42)

3.5.6 现场总线PROFIBUS简介 (44)

3.5.7 PROFIBUS的优点 (44)

4 控制软件设计 (46)

4.1 STEP7编程软件介绍 (46)

4.2 软件总体设计 (46)

4.2.1 编程流程 (46)

4.2.2 所涉及的功能块及控制模式介绍 (46)

4.3 软件编程 (47)

4.3.1 新建一个项目 (47)

4.3.2 在STEP7中插入对象与编程 (47)

4.3.3 主程序与功能模块的建立 (48)

4.3.4 系统模块的编程 (49)

5 程序的仿真与调试 (54)

5.1 PLCSIM仿真软件简介 (54)

5.1.1 仿真软件介绍 (54)

5.1.2 S7-PLCSIM的特性简介 (54)

5.1.3 S7-PLCSIM的使用方法 (55)

6 结论 (61)

7参考文献 (62)

附录1：监控系统完整程序 (64)

附录2：硬件CAD图 (73)

翻译 (81)

外文原文： (81)

中文翻译： (87)

致谢 (91)

1 前言

1.1 研究背景和意义

输送带系统可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。例如，在采矿业的输送带系统、火电厂的燃料煤进料系统、食品工业的输送带系统等这些领域都采用了输送带。输送带运行的可靠性与稳定性，直接影响着企业的生产发展。

对于输送带的控制，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。特别是在采矿业中，现场环境恶劣，湿度大、粉尘高以及含有腐蚀性气体环境下，继电控制器工作可靠性差，故障率较高。PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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，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。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

中国煤矿已经向高产，高效益方向发展，而输送带是煤矿必不可少的运输工具，也是实现煤矿高产、高效的主要生产设备之一，而且目前PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。煤矿胶带机的PLC控制已有十几年的发展历史，实施集中监控，实现系统的综合保护，为煤矿皮带机得安全可靠运行提供了保障。

1.2 本文研究内容

煤矿胶带运输系统分布在煤矿井下各运输巷道内，一般有多条胶带组

成，对胶带运输系统的控制大都采用分布式集控系统的结构，由控制上位机和就地PLC控制器组成，上位机显示各种工矿图形、参数并发出设备运行指令，底层PLC负责信号的检测和具体指令的执行。

本设计完成就地PLC控制系统的软硬件设计，在设计时以安全可靠、便于维护、扩展性好为原则，选用具有MA论证的KJD15控制器为主控制器，该控制器以西门子S7-300 PLC核心控制单元，能满足井下胶带控制的所有需求。设计系统具有就地PLC自动控制、PLC手动控制和继电手动控制三种模式，并且当传感器检测参数超限时具有自动停车功能，满足了生产运行的需求。

根据《煤矿安全规程》中的第三百七十三条：采用滚筒驱动带式输送机运输时应遵的规定，可知在矿井中输送带安全的重要性，所以为确保系统运行时的安全性设置了一系列的皮带运输的安全保护装置，有打滑、堆煤、超温洒水、温度、沿线急停、跑偏、撕裂等多种保护和装置，在模拟量中通过传感器感应电动机电流、胶带机速度、滚筒温度、电机轴温的输入值进行模拟量的采集后和规定值进行比较、同时通过传感器感应拉线急停和跑偏开关的动作位置等各种保护状况来确定胶带机的是否继续正常运行工作。

1.3 论文结构

根据设计任务要求，本文详细介绍了设计过程和相关的背景知识，全文结构安排如下：

第一章绪论，主要介绍研究输送带系统的背景和意义及本文主要研究内容。

第二章 PLC在工业控制中的应用，主要介绍PLC在工业中的控制和其他工业控制方式。

第三章控制系统硬件设计，主要介绍系统选用的西门子S－300系列PLC的特点，硬件系统设计依据，选用的模块，以及相应的电路图等。

第四章控制软件设计，介绍了S－300PLC的开发工具——西门子STEP7的使用，说明了软件设计的总矿体，介绍了部分设计程序。

第五章控制程序仿真调试，介绍了西门子的仿真调试软件 PLCSIM，以及对系统仿真调试的说明。

第六章设计总结。

2 PLC在工业控制中的应用

2.1 PLC在工业中的控制

2.1.1 PLC的定义

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。虽然PLC问世以来的时间不长，但发展迅速。因此，对它进行确切的定义是比较困难的。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1980年首先将其正式命名为PC （Programmable Controller），并给PC作了如下定义: “PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”

1982年，国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，1985年提交了第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程，面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

2.1.2 PLC的特点

PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下：

可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的

机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

PLC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接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

●配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。并且起产品已经标准化、系列化、模块化，配备有各种齐全的各种硬件配置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

●易学易用

梯形图是PLC使用最多的编程语言，图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。而PLC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，梯形图编程语言形象直观，易学易懂容易被工程技术人员接受。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

●系统的设计、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计算机等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法，这种编程方法很有规律，容易掌握，在现场的统调过程中发现问题一般通过修改程序就可以解决使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

●体积小，重量轻，能耗低

对于复杂的控制系统，使用可编程序控制后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开光柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。

PLC的配线比继电器控制系统的配线少很多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.1.3 PLC的发展状况

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价

比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

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。

中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，中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中国比较著名的PLC 生产厂家。可以预期，随着中国现代化进程的深入，PLC在中国将有更广阔的应用天地。

早在20世纪90年代初，一些国家开始在这方面进行研究，由于技术不成熟，发展速度缓慢。进入21世纪以来，PLC芯片技术有所突破，此项技术的发展速度明显加快，目前正朝着实用化方向发展。

英国联合电力公司的子公司Norweb通讯公司在1990年开始对电力线载波通讯进行研究。1995年，该公司又与加拿大Nortel(北电网络)公司联手，共同开发这项新技术。1995～1997年的两年间，Norweb和Nortel公司已经成功地在英国曼彻斯特对20个居民用户进行了试验，传输速率达到1Mbps ，但仅进行了小规模现场试验，未能得到推广。1997年10月，这两家公司声称已经解决了电力噪声等问题，取得了电力线载波技术的重大突破，利用新开发的数字电力线载波技术DPL(Digital Power Line，数字电力线)实现了在低压配电网上进行1Mbps的远程通讯，从而将四通八达的电力线转化为信息高速公路。1998年3月25日，成立合资公司NOR.WEB，进行该技术的市场推广。

1998年，美国lntelogis公司推出了passPort商业化PLC产品，用于户内联网，最高速率为350kbps。由于技术不成熟，亦未能大规模商用。到2001年初，PLC专用芯片制造技术的进展明显加速，美国lntellon公司用于户内联网的14Mbps芯片达到实用水平。同年6月26日，电力线通信联盟（HOMEPLUG）在lntellon公司基础上发布了HOMEPLUG1.0工业标准，为能够开发出相互兼容的产品提供了准则。目前，美国市面上已有近十家公司的PLC户内组网产品问世，这些产品基本上都满足了HOMEPLUG1.0标准的规范性、相互可操作性、运行稳定、无干扰、系统可靠、应用普遍、诊断和维护简便等要求。

早些时候，美国联邦通讯署（FCC）讨论了美国对PLC技术的相关政策。总的来说，目前还没有一个统一完善的PLC宽带通信经营认证标准，因为技术本身还未形成规范，但FCC正努力在做这方面的工作，而且以后将要制定PLC设备的入网认证，建立PLC专业测试机构，以确保将电力通信中的辐射降到最低。

德国RWE电力线通信公司（RWE Powerline GmbH）从1997年开始与瑞士ASCOM公司合作开发PLC产品， 2000年5月开始进行200户的现场试验。2000年11月起在德国埃森RWE Plug公司总部大厅开放PLC演示样板间。2001春季推出了RWE PowerNet（PLC上网）、RWE PowerSchool（PLC学校联网）和RWE eHome（智能家庭自动化）三项业务及相应产品。自2001年7月1日起正式开始商用化，致力于德国电力线接入市场的运营、数字化家居的建设以及电力线数字学校的建设和运营。RWE电力线宽带接入产品在德国的埃森安装了1500户，从而使RWE公司成为世界上首家宣布实现PLC接入系统商业化运营的企业，同时德国也是迄今为止世界上唯一允许PLC进入商业化运行的国家，并颁布了有关法律（NB30）。

韩国Xeline公司成立于1999年5月，它的前身是韩国Keyin Telecom 公司。主要业务是开发、制造、销售基于PLC的产品和网络解决方案。在2001年3月在德国汉诺威举办的CeBIT 2001展览会上，推出PLC产品解决最后一公里接入、家庭网络应用解决方案。在韩国汉城建立了与互联网相连接的示范点，实现了同步互联网接入的家庭联网、文件共享和MP3音乐播送。目前，该公司除在汉城外，还在德国、日本、美国、中国等地建设了PLC试验。

2.1.4 PLC的功能和应用

在PLC的发展初期，由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近今年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面，由于为处理机芯片及有关元件的价格大大的下降，使得PLC的成本下降；另

一方面，PLC的功能大大增强，能解决复杂的计算机和通信问题。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，主要功能是完成开关逻辑运算和顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求，并且它既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书的机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等等。

2）模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位和速度等，这些都是模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，从而使实现可编程控制器用于模拟量控制。

3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5）定时控制

PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，起定时间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

6）PLC在煤矿的应用

矿山对矿山设备的要求越来越高。矿山设备不断更新，不断进步，可

靠性、易操作性、可监视性，易维护性已是最基本的要求了。用继电器搭成的控制电路具有可靠性差，不易维护，不易监视，已不能适应生产的要求。许多矿山设备已选用了PLC进行控制。煤矿生产五大件设备，即通、压、提、排、运设备无一例外都已开发出了PLC控制装置，此外，胶带运输机、工作面设备监测、变电所高配柜监控、瓦斯抽放系统、井下降温系统、洗煤厂、锅炉房设备等生产环节，也有大量应用PLC进行设备监控的实例， PLC已成为目前煤矿生产设备监控的主要控制手段。

图2-1 PLC的煤矿生产应用

2.1.5 PLC的未来发展

众所周知，科技世界里只有一个永恒真理，那就是变化。这在可编程逻辑控制器（PLC）及其各种应用的发展过程中尤为明显。自从三十多年前将PLC引进以来，PLC已经在广泛的工业领域中成为几十万控制系统的基础。

本质上，PLC是一台用高度专业化语言编程而成的工业计算机，并继续受益于计算机领域和信息技术领域的技术进步。小型化和通信技术是它的最突出之处。

来自Reed研究团的一份2005年PLC产品中心研究指出了一些对于PLC 使用者、机器制造商和采购决策人员愈加重要的因素。排在最前的、有重要特征的因素是：

1）联网能力和方便使用性

以太网通信在通信王国中独占熬头。不单单是新协议在逐渐平面化，许多已经使用了许多年的工业标准化连续协议也在逐渐地接入到以太网平台上，这些协议包括Modbus (ModbusTCP)、DeviceNet (Ethernet/IP)和Profibus (Profinet)。PLC的以太网通信模块已经具备高速性能和灵性的协议群。同样，许多PLC上的CPU在工作时已经可以接入以太网，这就节省了I/O槽空间。PLC将会继续发展更成熟的连通性，使它可以将信息传输到其它PLC系统、系统控制系统、数据采集（SCADA）系统和企业资源计划（ERP）系统上。另外，无线通信方式将会进一步普及化。

2）用PC连接PLC输入/输出（I/O）的能力

同样的一个趋势，过去使PLC联网获益良多，但现在已经转移到了I/O 水平上。许多PLC生产商已经支持最受大众接纳的现场总线网络，使得PLC 的I/O可以分配在广阔的物理距离上或者定位在以前被认为是几乎不可能的位置上。这使得个人电脑接入到标准PLC的I/O子系统成为可能，而这种接合卡主要是由PLC生产商或第三方开发商提供的。现在，这些具挑战性的空间位置都可以由个人电脑监控。至于在不需要技术等级控制引擎支持的地方，使用者可以利用更为先进的软件包和硬件机动性，这成本也比较低廉。

3）使用通用编程软件编制多对象/平台的能力

过去，人们都认为一个智能型控制器需要复杂的编程，但现在并不再是这样了。使用者不再只是受过培训的编程人员（如设计工程师和系统整合人员），而是期待在更熟悉的设计上可以用上简单易用软件的最终用户。在他们个人电脑上，基于视窗(Windows)的外观和触感是最为人所熟悉的，它已成为最受大众接纳的图形用户界面。开始时用于为PLC编程的简单继电逻辑仿真已经发展成为使用更高水平功能块的编程语言（这些功能块可以更直观在配置出来）。PLC生产商也已经开始一体化不同功能块的编程，使你在构造逻辑、HMI、动态控制和其它特定功能时只需学习一个编程软件包。也许，最终用户的最终愿望是获得一个可以无缝地为多个PLC和子系统编程的软件包。毕竟，无论是安装在Dell、HP电脑上还是安装在IBM电脑上，微软的视窗（Windows）操作系统和应用程序都是同样地运行。这就方便了系统用户。

总的来说，PLC用户对现行可用的PLC产品感到满意。同时，他们密切关注着新的趋势并在他们认为有利可途的地方用上新的PLC产品。新装置利用先进的技术，使它们在工业界更容易地被采用

2.2 其他工业控制方式

2.2.1 基于工业PC控制

几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前依然在工业领域中被大量使用，PLC制造商已经开始注重于基础工业PC控制技术所带来的强大冲击。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。

诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。

在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。

另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。

可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短系统投放到市场的周期，降低系统投资费用，提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。

关于工业PC控制系统的实时响应问题已经得到很好的解决，也许其主要的东西仍然隐藏在技术背后，但缺乏相应的跟踪记录。对于PLC来讲，坚固性是其主要特点之一，这已经有相当多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC，他们正在对PLC作不同的技术测试工作。在利用一种新技术时，工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险，同时需要考虑对其商务活动能够带来多少机会和收益。

但工业用户不完全相信开放式控制系统所带来的好处。随着技术的进一步发展，他们开始逐渐淡化这些思想观念。工业用户正在平衡采用新技术