【正文】 主 要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）控制邏輯 繼電器控制邏輯采用硬件接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的穿了或并聯(lián)，及時(shí)間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有 4 – 8 對觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而 PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱做“軟接線”，因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。 （ 2）工作方式 電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸 合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC 的控制邏輯中，各 內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，各種邏輯、數(shù)值輸出的結(jié)果都是按照在程序中的前后順序計(jì)算的出，所以它屬于串行工作方式。 ~ 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 （ 3）可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和課維護(hù)性差。而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。 PLC 還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示 給操作人員；還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 （ 4）控制速度 繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動(dòng)問題；而 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在微妙數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動(dòng)。 （ 5）定時(shí)控制 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。 PLC 使 用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍最小可為 ，最長幾乎沒有限制，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟件來控制定時(shí)時(shí)間。 （ 6）設(shè)計(jì)和施工 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修改困難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。 2． PLC 與單片機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別 PLC 控制系統(tǒng)和單片機(jī)控 制系統(tǒng)在很多方面有較大區(qū)別，是兩個(gè)完全不同的概念。 （ 1）可靠性 單片機(jī)控制抗干擾能力較低，從理論所要求的 I/O 總數(shù)來看，不論是 MCS51系列還是 MCS96 系列單片機(jī)，都必須進(jìn)行大規(guī)模的擴(kuò)展，這樣系統(tǒng)電路更加復(fù)雜，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的可靠性。而 PLC 應(yīng)用于工業(yè)理論控制， PLC 的可靠性得到了工控業(yè)界的認(rèn)可。 （ 2）開發(fā)成本 單片機(jī)本身售價(jià)雖不高，但要購入單片機(jī)開發(fā)裝置（如仿真器、燒錄器、電源）和還要 模擬制板等，都要不少的費(fèi)用。加上開發(fā)周期中所投入的人力物力，其價(jià)錢就遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過用 PLC 開發(fā)的費(fèi)用。另外，由于設(shè)備是 專用特殊設(shè)備，其控制系統(tǒng)專用性強(qiáng)，通用性較差，為其投入過多的開發(fā)費(fèi)用不劃算。而用 PLC 進(jìn)行的設(shè)備開發(fā)和控制費(fèi)用都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用單片機(jī)的費(fèi)用，其系統(tǒng)可大可小，小到幾河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 點(diǎn)，大到數(shù)千點(diǎn)，甚至上萬點(diǎn)，很好解決工業(yè)控制過程。 （ 3）開發(fā)周期 從電路設(shè)計(jì)、模擬制板、編程、仿真、調(diào)試等經(jīng)歷非常長的周期，設(shè)計(jì)中往往要花大部分的時(shí)間在硬件設(shè)計(jì)和編程調(diào)試處理上，而對最為重要的工藝工程往往沒有更多的時(shí)間考慮。而用 PLC 進(jìn)行設(shè)備控制，不會花太多精力在硬件處理上，采用積木式結(jié)構(gòu)很快可以形成系統(tǒng)電路。大部分精力集中在工藝的了解和程序編寫上 ，有利于設(shè)備的快速開發(fā)，程序的編輯修改、調(diào)試都可隨時(shí)進(jìn)行，縮短了開發(fā)時(shí)間。 （ 4）修改和維護(hù) 利用單片機(jī)開發(fā)的設(shè)備往往是專用的特殊設(shè)備，在市場往往不能找到替代的配件，所以不便于維護(hù)。而隨微電子控制技術(shù)， PLC 的處理能力也越來越強(qiáng)，其通信能力，運(yùn)算處理、容量（ I/O 容量和程序容量）等都有充足的發(fā)展。 （三）方案選擇 根據(jù)以上比較可知， PLC 在性能上比繼電器控制和單片機(jī)控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，我們決定選擇方案三，以 PLC 為控制 核心設(shè)計(jì)了自動(dòng)售貨機(jī)裝置 PLC 控制系統(tǒng)。 第三章 可編程控制器的簡單介紹 （一） PLC 的基本結(jié)構(gòu) 1． PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 微機(jī)相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲器 RAM 和 ROM,輸人輸出接口電路、電源、 I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸 . 如圖 3 所示 ,PLC 控制系統(tǒng)由輸人量 — PLC — 輸出量組成，外部的 各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸人量，它們經(jīng) PLC 外部輸人端子輸人到內(nèi)部寄存器中，經(jīng) PLC 內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算，處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見， PLC 的基本結(jié)構(gòu)由控制部分、輸人和輸出部分組成。 圖 3 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 2． PLC 各部分的作用 （ 1）中央處理器 (central processing unit, CPU) CPU 是由控制器和運(yùn)算器組成的。是整個(gè) PLC 的核心，起著總指揮的作用，是PLC 的運(yùn)算和控制中心。其主要功 能： ① 診斷 PLC 電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯(cuò)誤。 ② 采集由現(xiàn)場輸人裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入 PLC 的寄存器中。 ③ 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的 任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 ④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 ⑤ 響應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 （ 2）存儲器 PLC 的存儲器分為兩大部分 : 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 一部分是系統(tǒng)程序存儲器。另一部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 （ 3）輸入輸 出接口電路 PLC 通過輸人輸出 (I/O)接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。 （ 4）電源 為 PLC 提供 CPU、存儲器、輸人輸出接口等內(nèi)部電路工作需要的電源。 （ 5）編程設(shè)備 編程設(shè)備是人與 PLC 聯(lián)系和對話的工具，是 PLC 重要的外圍設(shè)備。用戶可以利用編程設(shè)備來輸入、讀出、檢查、修改和調(diào)試用戶程序，也可用它監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)、顯示錯(cuò)誤代碼或修改系統(tǒng)寄存器的設(shè)置參數(shù)等。 （ 6）輸入輸出 I/O 擴(kuò)展接口 輸入輸出信號在 PLC 接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對軟件來說， I/O 地址分配以后 才可進(jìn)行編程；對控制柜及 PLC 的外圍接線來說，只有 I/O 地址確定以后。才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 （二） PLC 的基本工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式。每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個(gè)因素 :一是 CPU 執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行海條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。 一個(gè)循環(huán)掃描周期主要可分為 3 個(gè)階段 。 （ 1）輸入采樣階段 在輸人 采樣 階段， CPU 掃描全部輸人端口，讀取其狀態(tài)并寫人輸人狀態(tài)寄存器。完成輸人端 采樣 工作后，將 關(guān)閉輸人端口，轉(zhuǎn)人程序執(zhí)行階段。 （ 2）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸人的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存人對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)人輸出刷新階段。 （ 3）輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)