【正文】 和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景。用 PLC 進(jìn)行開關(guān)量控制的實例很多，在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機床電控、食品加工、印 刷機械、電梯、自動化倉庫、 液體混合自動配料系統(tǒng) 、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 2 PLC 的發(fā)展歷程及趨勢 PLC 發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手 段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC）。上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治 地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 PLC 發(fā)展趨勢 PLC 未來展望 21 世紀(jì)， PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會 更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大 的作用。 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 3 PLC 原理及其機器指令 PLC的基本結(jié)構(gòu) 圖 1 PLC 的典型結(jié)構(gòu) 由 圖 1 可見， PLC 采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由主機、 I/O 擴展接口及外圍設(shè)備組成。 PLC 主機由中央處理器（ CPU） 、存儲器、 I/O 接口、 I/O 擴展接口、通信接口、外圍設(shè)備接口和電源等部分組成。 PLC的基本原理 PLC 是一種工業(yè)控制計算機，所以他的工作原理是建立在計算機工作原理基礎(chǔ)之上。但 CPU 是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行 是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，因此它屬于串行工作方式。 PLC 是按周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每掃描一次所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按順序逐條的向下執(zhí)行，最后返回首條指令重新掃描。 PLC 周而復(fù)始的循環(huán)式掃描。如下圖 2 通信接口外圍設(shè)備接口I /O擴展接口輸入接口輸出接口I /O擴展單元數(shù)據(jù)應(yīng)用程序系統(tǒng)程序CPU電源存儲器編程器上位計算機圖形監(jiān)控系統(tǒng)打印機EPROM 寫入器盒式磁帶機條碼判讀器按鈕觸點限位開關(guān)輸入設(shè)備 輸出設(shè)備指示燈電磁線圈電磁閥淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 圖 2 PLC 控制系統(tǒng)簡圖 如 圖 2 可分為三部分 第一部分是上電處理。 PLC 初始化過程包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢查 ,停電保持范圍設(shè)定及其它初始化處理等。 第二部分是掃描過程。掃描過程先進(jìn)行輸入處理，其次進(jìn)行與其它外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時鐘，特殊 寄存器更新。處于 STOP 方式時，輸入執(zhí)行自診斷檢查。處于 RUN 方式時，進(jìn)行完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 第 三部分是出錯處理。 PLC 每掃描一次，就執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 的動作是否異常，如果出現(xiàn)異常， CPU 面板上的 LED 及異常繼電器會得電，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時， CPU 被強制為 STOP 方式，使掃描停止。 圖 2的工作過程：當(dāng)開關(guān) SB1 和 SB2 都閉合時存儲器 M得電，同時驅(qū)動線圈 和 讓其產(chǎn)生動作閉合，由此控制外部電路。 PLC 的工作過程 輸 入采樣階段 在這個階段， PLC 首先按順序?qū)斎攵俗舆M(jìn)行掃描，輸入狀態(tài)存入相應(yīng)的輸入映像寄存器中，同時，輸入映像寄存器被刷新。其次進(jìn)行執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。要求輸入信號的時間要大于一個掃描周期，否則易造成信號的丟失。 程序執(zhí)行階段 此過程中 PLC 對梯形圖程序進(jìn)行掃描，按從左到右，從上到下的要求順序執(zhí)行。當(dāng)指令中涉及輸入，輸出時， PLC 就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài) ，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件的當(dāng)前狀態(tài)。并進(jìn)行相應(yīng)的運算，結(jié)果存入元件 SB 2SB 1DC 24 VI 0 . 0I 0 . 1MI 0 . 1M 0 . 0M 0 . 0M 0 . 0I 0 . 0M 0 . 0Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 1Q 0 . 0220 VACKMIKM 2淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 映像寄存器中，每一個元件的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行而出現(xiàn)不同。 輸出刷新階段 在這個階段中所有指令執(zhí)行結(jié)束，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。 如下圖 PLC 的運行框圖 電 源 O N輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 ， 遠(yuǎn) 程 I / O ）內(nèi) 部 處 理通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) ， C P U ， 總 線 服 務(wù) ）更 新 時 鐘 ， 特 殊 寄 存 器C P U 運 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常 否 ？存 放 自 診 斷 錯 誤 結(jié) 果致 命 錯 誤 ？C P U 強 制 為 S T O PS T O PYNNY 圖 3 PLC 運行框圖 PLC 常用指令 1. 邏輯取及線圈驅(qū)動指令 邏輯 取及線圈驅(qū)動指令為 LD ,LDN 和 =。 LD(Load ):取指令。它用于網(wǎng)絡(luò)塊邏輯運算開始的常開觸點與母線的連接。 LDN（ Load Not） :取反指令。它用于網(wǎng)絡(luò)塊邏輯運算開始的常閉觸點與母線的連接。 =（ OUT）：線圈驅(qū)動指令。 2. 觸點串聯(lián)指令 淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 觸點串聯(lián)指令為 A,AN。 A(And):與指令。它用于單個常開觸點的串聯(lián)連接。 AN(And Not):與反指令。它用于單個常閉觸點的串聯(lián)連接。 3. 觸點并聯(lián)指令 觸點并聯(lián)指令為 O,ON。 O(OR):或指令。它用于單個常開觸點的并聯(lián)連接。 ON(Or Not):或反指