【正文】 產(chǎn)成本！ 飲料自動(dòng)罐裝的 PLC控制設(shè)計(jì) 2 第一章 可編程控制器概述 PLC 的定義 可編程控制器 ，簡(jiǎn)稱 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的 外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) 。 總之可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)，它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 PLC 的組成 PLC 的基本組成可歸為四大部件： 1．中央處理單元（ CPU 板） —— 控制器的核心； 2. 輸入部件 （ I/O 部件） —— 連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CPU 之間的接口電路； 3. 輸出部件 —— 送出 PLC 運(yùn)算后得出的控制信息； 4. 電源部件 —— 為 PLC 內(nèi)部電路提供能源。 另外，還必須有編程器 —— 將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲(chǔ)器內(nèi)。 PLC 的基本組成框圖如圖 12 所示： 3 圖 12PLC 的基本組成框圖 可編程控制器的分類和發(fā)展 （ 1） 分類 按 I/O 點(diǎn)數(shù)可分為大、中、小型三大類，通常可以定義為： 小型： I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn)以下； 中型： I/O 點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024 點(diǎn)之間 大型： I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上。 （ 2） 發(fā)展方向 發(fā)展方向分小型化和大型化兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。小型 PLC 有兩個(gè) 發(fā)展方向，即小（微）型化和專業(yè)化。大型化指的是大中型 PLC 向著大容量、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。 PLC 的功能 1. 邏輯 控制 ； 2. 定時(shí)控制 ； 3. 計(jì)數(shù)控制 ； 4. 步進(jìn) (順序 )控制 ； 5. PID 控制 ； 6. 數(shù)據(jù)控制， PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力 ； 7. 通信和聯(lián)網(wǎng) ； 8. 其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、 CRT 模塊 。 PLC 的應(yīng)用范圍 目前，在國(guó)內(nèi)外 PLC 已廣泛應(yīng)用冶 金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、飲料自動(dòng)罐裝的 PLC控制設(shè)計(jì) 4 汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著 PLC 性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看， PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面： （ 1） 開關(guān)量邏輯控制 利用 PLC 最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是 PLC 最基本的應(yīng)用，也是 PLC 最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 （ 2） 運(yùn)動(dòng)控制 大多數(shù) PLC 都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單 軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。 （ 3） 過程控制 大、中型 PLC 都具有多路模擬量 I/O 模塊和 PID 控制功能，有的小型 PLC 也具有模擬量輸入輸出。所以 PLC 可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，而且具有 PID 控制功能的 PLC 可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 （ 4） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過通信接口將這些數(shù) 據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。 可編程序控制器的工作過程 （ 1） 初始操作（上電處理） PLC 未進(jìn)入正式運(yùn)行前，首先應(yīng)確定自身的完好性。這就是接通電源后的初始操作（見圖）。通電后，消除各元件的隨機(jī)狀態(tài)，進(jìn)行清零或復(fù)位處理，檢查 I/O單元的連接是否正確（ I/O 總線）。再做一道題，使它涉及各種指令和內(nèi)存單元，若解題時(shí)間在 to 以內(nèi)，則自身完好（否則，系統(tǒng)關(guān)閉），解題結(jié)束，將監(jiān)控定時(shí)器 to復(fù)位，才開始正式運(yùn)行。 （ 2）運(yùn)行 ① PLC 的工作方式 —— （順序）周期循環(huán)掃描 掃描 — — 按分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，順序進(jìn)行，這種分時(shí)操作的過程稱“ CPU 對(duì)程序的掃描” ②工作特點(diǎn) —— 集中輸入，集中輸出 I/O 處理過程： 5 輸入采樣 三個(gè)階段 執(zhí)行用戶程序 輸出刷新 ③ PLC 運(yùn)行過程包括四大類操作： 公共操作 —— 故障診斷及處理（自檢），一般故障，只報(bào)警，不停機(jī) I/O 操作 —— 聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入及控制信號(hào)的輸出 執(zhí)行用戶程序 —— 順序 循環(huán)掃描 服務(wù)外設(shè) I/O 處理過程如圖 13： 圖 13 PLCI/O 處理過程圖 執(zhí)行用戶程序輸入端子輸入調(diào)理電路輸入緩沖器輸入映像存儲(chǔ)器輸出映像存儲(chǔ)器輸出鎖存器輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出端子生 產(chǎn) 現(xiàn) 場(chǎng)輸 入 信 號(hào)受 控元 件允 許（ 輸 入 刷 新 ）允 許（ 輸 出 刷 新 ）飲料自動(dòng)罐裝的 PLC控制設(shè)計(jì) 6 第二章 基本指令系統(tǒng)和編程方法 編程語言的形式 PLC 最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_(tái)簡(jiǎn)易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來編程。 梯形圖：梯形圖是通過連線把 PLC 指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的 PLC 指令及 其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（ LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD 指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。 梯形圖與助記符的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎?，后輸出（含其他處理）；先?，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出（ OUT）指令，對(duì)應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入指令（如 LD， AND， OR）對(duì)應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令（ IL、 ILC）可看成總開關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。 有了這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，用 PLC 程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是 PLC 技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。 編程器件 FX 系列產(chǎn)品，它內(nèi)部的 編程元件，也就是支持該機(jī)型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，但它們與真實(shí)元件有很大的差別，一般稱它們?yōu)椤败浝^電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級(jí)、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點(diǎn)沒有數(shù)量限制、沒有機(jī)械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下， X 代表輸入繼電器， Y 代表輸出繼電器， M 代表輔助繼電器，SPM 代表專用輔助繼電器， T 代表定時(shí)器， C 代表計(jì)數(shù)器， S 代表狀態(tài)繼電器， D 代表數(shù)據(jù)寄存器， MOV 代 表傳輸?shù)取? 7 （ 1）輸入繼電器 （ X） PLC 的輸入端子是從外部開關(guān)接受信號(hào)的窗口， PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器 X 是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號(hào)與接線端子編號(hào)一致（按八進(jìn)制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開 /常閉兩種觸點(diǎn)供編程時(shí)隨時(shí)使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時(shí)間常數(shù)一般小于 10ms。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為 X000 ～ X007， X010 ～ X017， X020 ～X027 。它們一般位于機(jī)器的上端。 （ 2）輸出繼電器（ Y） PLC 的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到 PLC 的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開 /常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的 。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為 Y000 ～ Y007， Y010～Y017， Y020～ Y027 。它們一般位于機(jī)器的下端。 （ 3）輔助繼電器（ M） PLC 內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC 內(nèi)各軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的 任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)必須通過輸出繼電器來實(shí)現(xiàn)。如下圖 21 中的 M300，它只起到一個(gè)自鎖的功能。在 FX2N 中普遍途采用 M0～ M499，共 500 點(diǎn)輔助繼電器，其地址號(hào)按十進(jìn)制編號(hào)。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 X000 X0