【正文】 。 （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。繼 電器接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在 PLC 系統(tǒng)中，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的，加上 PLC 充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，因而具有極高的可靠性。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC，其平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)了IEC規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)，有的甚至達(dá)到了幾十萬(wàn)小時(shí)。 （ 2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。由于 PLC 產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶 可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡(jiǎn)各異的控制要求。重要的是， PLC 系統(tǒng)接線很少，其主要功能是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，在需要修改設(shè)備的控制功能時(shí)，只要修改程序，專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 6 修改接線的工作量很小。 （ 3）功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。 PLC 中含有數(shù)量巨大的供用戶使用的編程軟元件，可輕松的實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的控制。 PLC 配合功能單元能方便地實(shí)現(xiàn) A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換及 PID 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。它不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn) 程監(jiān)控。 （ 4）維修方便，簡(jiǎn)單，工作量少。 PLC 有完善的自診斷、履歷情報(bào)存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。對(duì)于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O點(diǎn)狀態(tài)均有顯示。工作人員通過(guò)這些信息可以查找故障原因，便于迅速處理。 （ 5）編程簡(jiǎn)單，易于使用。易于使用 PLC 的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語(yǔ)言，直觀易懂，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。 （ 6）體積小，能耗低，易于機(jī)電一體化。 （ 1）數(shù)字量邏輯控制：這是 PLC 應(yīng)用最廣的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器控制。含觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及組合邏輯或控制、定時(shí) 、計(jì)數(shù)控制等。 PLC 可應(yīng)用于單片機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制。其應(yīng)用領(lǐng)域已遍布各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 （ 2）運(yùn)動(dòng)控制： PLC 使用專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度運(yùn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸控制。使運(yùn)動(dòng)控制與邏輯控制結(jié)合起來(lái)，可編程運(yùn)動(dòng)控制可以用于各種機(jī)械，如機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。 （ 3）過(guò)程控制：通過(guò)模擬量 I/O 模塊， PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。 PID 功能的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制能力，可用于過(guò)程控制。使 PLC 廣泛地應(yīng)用于塑料 成型、加熱爐、熱處理設(shè)備、鍋爐及輕化工、冶金、電力等行業(yè)。 （ 4）數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、查表、排序、位操作等工能，可以完成數(shù)據(jù)的采集及處理。運(yùn)算數(shù)據(jù)可以與參考值比較用于控制，也可以通過(guò)通信傳送給其他智能裝置，或?qū)?shù)據(jù)打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過(guò)程控制系統(tǒng)、無(wú)人柔性控制系統(tǒng)等。 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 7 （ 5）通信聯(lián)網(wǎng)：可編程控制器通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺(tái)可編程控制器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置之間的通信，這些設(shè)備由于網(wǎng)絡(luò)組成集 中管理分散控制的分布式控制系統(tǒng)，極大地提高了控制的可靠性。 可編程控制器的組成 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同， PLC 可分為整體式（單元式）和組合式（也稱(chēng)模塊式）兩類(lèi)： （ 1）整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 將中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信端口、 I/O 擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)，另外還有獨(dú)立的 I/O 擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊等與主機(jī)配合使用。整體式 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機(jī)常采用這種結(jié)構(gòu)，其組成示意圖見(jiàn)圖 1－ 1 所示。 中 央 處 理 單 元（ C P U ）輸出單元輸出單元存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序存 儲(chǔ) 器用 戶 程 序存 儲(chǔ) 器外設(shè)接口I / O擴(kuò)展口電 源用戶輸出設(shè)備用戶輸出設(shè)備編 程 器盒 式 磁 帶 機(jī)打 印 機(jī)E P R O M 寫(xiě) 入 器上 位 計(jì) 算 機(jī)P L C可 編 程 終 端 P T…I / O 擴(kuò) 展 單 元特 殊 功 能 單 元圖 3－ 1 整體式 PLC 的組成示意圖 （ 2）組合式的 PLC 是將 CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能 I/O單元、通信單元等分別做成單個(gè)的電路或模塊，各模塊可以插在帶有總線的底板上。組合結(jié)構(gòu) PLC的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出結(jié)點(diǎn)的數(shù)量可靈活選擇，各種功能模塊可以依需要配置，中、大型常用組合式結(jié)構(gòu)。 可編程控制器主要組成部分介紹： （ 1）中央處理器（ CPU） CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮 PLC 有條不紊地進(jìn)專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 8 行工作。主要用途如下： 1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)； 2)用掃描 方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器 )； 3)監(jiān)測(cè)和診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等； 4)執(zhí)行用戶程序。從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送和存儲(chǔ)等功能； 5)根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （ 2）存儲(chǔ)器 PLC 使用的物理存儲(chǔ)器有隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM），只讀存儲(chǔ)器（ ROM）及可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM 或 EPROM）等。從用途上分系統(tǒng)存儲(chǔ)器 和用戶存儲(chǔ)器兩部分，系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改，它使 PLC 具有基本的智能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和功能存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。 （ 3）輸入、輸出接口 輸入輸出接口是 PLC 與外界連接的接口，含開(kāi)關(guān)量接口及模擬量接口。開(kāi)關(guān)量輸入接口用來(lái)連接鈕、選擇開(kāi)頭、行程開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入接口用來(lái)連接電位器、傳感器等模擬輸入信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出接口用來(lái)連接接觸器、電磁閥及指示燈等執(zhí)行器件；模擬量輸出接口連接 使用模擬量控制的調(diào)節(jié)閥及調(diào)速裝置等。 常用開(kāi)關(guān)量輸入單元有直流輸入單元與交流輸入單元。常用的開(kāi)頭量輸出單元有三種，可分為晶體管輸出單元、晶閘管輸出單元、繼電器輸出單元。 1)晶體管輸出單元：輸出器件為晶體管，只能用于直流負(fù)載，它最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻運(yùn)作，響應(yīng)時(shí)間短，一般為 左右，但它只能帶 DC530V 的負(fù)載。 2)晶閘管輸出單元：輸出器件是晶閘管，帶負(fù)載能力為 ，只能帶交專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 9 流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為 1ms。 3)繼電器輸出單元：輸出器件為繼電器，優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交 、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá) 2A/點(diǎn)，其不適用于高頻動(dòng)作的負(fù)載，這是其壽命決定的，響應(yīng)時(shí)間為 10ms 其壽命一般在幾十萬(wàn)至幾百萬(wàn)次之間。當(dāng)系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘 6 次以下時(shí)，應(yīng)首先選繼電器輸出。 （ 4）電源 PLC 使用 220V 或 24V 直流電源。內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源為各部分電路提供 5V、177。 12V、24V直流電源。其中 5V電源一般用于 CPU 及擴(kuò)展模塊的工作電源。 小型 PLC一般都為輸入輸出電路和外部電子傳感器提供 24V 直流電源，驅(qū)動(dòng)輸出口的交直流電源一般由用戶另行解決。但是 PLC提供的電源的負(fù)載能力都是有限的， 在配置時(shí)不能超載工作，例如本門(mén)子 S7200 系列 PLC 的 CPU 內(nèi)部電源24V DC 輸出最大電流為 400mA， CPU 及擴(kuò)展模塊所消耗的電流總和不能大于此值。當(dāng)傳感器的電流較大時(shí)，可以考慮使用外部 24V電源，另外還要注意電源線的接法，外部電源不應(yīng)和內(nèi)部電源線并聯(lián)連接，以避免影響它們各自的輸出。 可編程控制器的工作原理 作為電器控制裝置，可編程控制器必須接入電路，與主令器件、傳感器件及執(zhí)行器件共同構(gòu)成系統(tǒng)才能承擔(dān)控制任務(wù)。應(yīng)用程序是控制的核心，它是輸入輸出單元聯(lián)系紐帶。 PLC 的運(yùn)行過(guò)程，請(qǐng)見(jiàn)圖 3－ 2 所 示。 上電處理輸入映像寄存器第一條指令第二條指令? ?最后一條指令輸出映像寄存器輸出端輸入端P L C 執(zhí) 行自 診 斷C P U 運(yùn)行 方 式R U NS T O PC P U 正 常 或 有 非 致 命 錯(cuò) 命 便 存 放 自 診 斷 結(jié) 果有 致 命 錯(cuò) 命 時(shí) C P U 強(qiáng) 制 為 S T O P 方 式 輸 入 采 樣 階 段 程 序 執(zhí) 行 階 段 輸 出 刷 新 階 段 掃 描 周 期 出 錯(cuò) 處 理圖 3－ 2 PLC 運(yùn)行框圖 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 10 上電處理是 PLC 上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定等。掃描階段因執(zhí)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序而得名，在每次執(zhí)行系統(tǒng)程序前先完成與其它外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新，而執(zhí)不執(zhí)行應(yīng)用程序還與 CPU的運(yùn)行方式有關(guān)，掃描階段主要分三部分： 輸入采樣階段： PLC 掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入輸入映像寄存器中，此時(shí)刷新輸入映像寄存器，在本次掃描周期內(nèi)，不管輸入信號(hào)如何變 化它的內(nèi)容將不再改變，只有到下一個(gè)掃描周期時(shí)再更新。 程序執(zhí)行階段：根據(jù)指令一條一條掃描執(zhí)行，當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的輸入狀態(tài)，從相關(guān)元件映像寄存器“讀入”這些元件的狀態(tài)，然后進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，結(jié)果再存入相應(yīng)的元件寄存器中。所以元件寄存器在程序執(zhí)行過(guò)程中會(huì)不斷的變化。 輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，將元件映像寄存器中所有輸出元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)到輸出鎖存器中，并通過(guò)輸出接口單元輸出。 可編程控制器的選擇 I/O 分配表 I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 的 一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類(lèi)應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象所需控制的模擬量、開(kāi)關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來(lái)確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。 表 3－ 3 PLC 地址分配表 符號(hào) 地址 功能說(shuō)明 選擇開(kāi)關(guān) SA1 帶沖洗功能選擇 選擇開(kāi)關(guān) SA2 帶漂洗功能選擇 按鈕 SB1 啟動(dòng)洗衣機(jī)為全自動(dòng)方式運(yùn)行 按鈕 SB2 啟動(dòng)洗衣 機(jī)為單排水方式運(yùn)行 按鈕 SB3 啟動(dòng)洗衣機(jī)為單脫水方式運(yùn)行 位置開(kāi)關(guān) SQ1 低水位檢測(cè)輸入 專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 位置開(kāi)關(guān) SQ2 中水位檢測(cè)輸入 位置開(kāi)關(guān) SQ3 高水位檢測(cè)輸入 選擇開(kāi)關(guān) SA3 選擇弱洗 選擇標(biāo)準(zhǔn) 選擇強(qiáng)洗 選擇開(kāi)關(guān) SA4 選擇純棉類(lèi) 選擇化纖類(lèi) 選擇羊毛類(lèi) 按鈕 SB4 使系統(tǒng)停止的輸入 電磁閥 YV1 用于進(jìn)水控制 電磁閥 YV2 用于控制是否沖入預(yù)洗液 電磁閥 YV3 用于控制是否沖入主洗液 電磁閥 YV4 用于控制是否沖入漂白液 電磁閥 YV5 用于排水控制 指示燈 HL1 用于指示電源 指示燈 HL2 表示洗衣機(jī)正處在全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài) 指示燈 HL3 表示洗衣機(jī)正處在單排水運(yùn)行狀態(tài) 指示燈 HL4 表示洗衣機(jī)正處在單脫水運(yùn)行狀態(tài) 揚(yáng)聲器 Y1 用于發(fā)出聲音，提示洗完 繼電器 KM1 用于控制加熱電源的開(kāi)與斷 PLC 通訊口 1（地） 接 MM440 變頻器的 2（地） PLC 通訊口 3（ A） 接 MM440 變頻器的 29（ P+） PLC 通訊口 8（ B） 接 MM440 變頻器的 30（ P） 我們選用西門(mén)子公司 S7200系列 PLC中的 CPU224。它是一種整體式結(jié)構(gòu)的小型 PLC，有 14 個(gè)數(shù)字輸入接口， 10個(gè)輸出接口， CPU226 雖然在數(shù)字量輸入輸出（ 24 入 /16 出）上，不用擴(kuò)展就能滿足需求，但它比 CPU224 要貴得多 ，所以考慮到成本方面 PLC 選用 CPU224 型，同時(shí)擴(kuò)展一個(gè)數(shù)字輸入輸出接口模塊專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 EM223(4 入 /4出 )；對(duì)于變送器送過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)傳感器 4~20mA 模擬信號(hào)， 我們選用EM231 模擬量擴(kuò)展模塊（ 4路模擬量輸入口）。這樣對(duì)于數(shù)字輸入輸出空余 3入 /3出，模擬量輸入空余 2路，以作備用。 PLC 的輸入接口有開(kāi)關(guān)量接口及模擬量接口兩類(lèi)，而常用開(kāi)關(guān)量接口又有直流輸入單元與交流輸入單