【正文】 實現(xiàn) 與上位 計 算機等智能 設(shè)備之間 的通信。因此 ,將 PLC 應(yīng) 用于 該 控制 ,完全能 滿 足技 術(shù) 要求，且具有操作 簡單 、 運 行可靠、 工藝參數(shù) 修改方便、自 動 化程度高等優(yōu) 點 。 PLC 簡 介 在此 對 PLC 進(jìn) 行 簡單 介 紹 ，在自 動 化控制 領(lǐng) 域， PLC 是一種重要的控制 設(shè)備 。目前，世界上有 200 多廠家生 產(chǎn) 300 多品種 PLC 產(chǎn) 品， 應(yīng) 用在汽 車 （ 23%）、 糧食加工（ %）、化 學(xué) /制 藥 （ %）、金 屬 /礦 山（ %）、紙漿 /造 紙 （ %）等行 業(yè) 。以下 對 PLC 的發(fā) 展、基本 結(jié) 構(gòu)、配置 、應(yīng) 用等基本知 識 做一 簡 介。 8 圖 21 PLC的工作原理 PLC 采用循 環(huán)掃 描工作方式，在 PLC 中，用 戶 程序按先后 順 序存放， CPU 從第一 條 指令 開始執(zhí) 行程序，直至遇 到結(jié) 束符后，又返回第一 條 ，如此周而復(fù)始的不 斷 循 環(huán) 。 PLC 的 掃 描 過 程如 圖 2。 這個 工作 過 程分 為內(nèi) 部 處 理、通信操作、 輸入處 理、程 序執(zhí) 行、 輸 出 處 理幾個 階 段。全 過程掃 描一次所需的 時間稱為掃 描周期。 內(nèi) 部 處理階 段， PLC 檢 查 CPU 模 塊的硬件 是否正常，復(fù)位 監(jiān)視 定 時 器等。 同信操作服 務(wù)階 段， PLC 與一些智能模 塊 通信， 響應(yīng) 程序器 鍵入 的命令，更 新編 程器的 顯 示 內(nèi) 容。 當(dāng) PLC 處 于停止 狀態(tài)時 ， 只進(jìn) 行 內(nèi) 部 處 理和通信操作服 務(wù)等內(nèi) 容。在 PLC 處于 運 行 狀態(tài)時 ， 從內(nèi) 部 處 理、通信操作、到程序 輸 入、程 序執(zhí) 行、程序 輸 出，一直循 環(huán)掃 描工作。 輸入處 理又叫 輸 入采 樣 。在此 階 段， 順 序 輸 入所有端子的通 斷狀態(tài) ，并 將讀 入的信息存入 內(nèi) 存所 對應(yīng) 的映象寄存器。在此 輸 入映象寄存器被刷新，接 著進(jìn) 入程 序執(zhí) 行 階 段。 在程 序執(zhí) 行 時 ， 輸 入映象寄存器與外界隔離，即使輸 入信 號發(fā) 生 變 化，其映象寄存器的 內(nèi) 容也不 會發(fā) 生 變 化，只有在下一次 掃 描周期的 輸入處理階 段才能被 讀 入信息。 程 序執(zhí) 行 階 段根據(jù) PLC 梯形 圖 程序 掃描原則 ，按先左后右，先上后下的步序，逐句 掃 描， 執(zhí) 行程序。循 環(huán)掃 描的工作方式是 PLC 的一大特 點 ，也可以 說 PLC 是串行工作的， 這 和 傳統(tǒng)的繼電 器控制系 統(tǒng) 并行工作有 質(zhì) 的 區(qū)別 。 PLC 的串行工作方內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 運 行 停止 9 式避免了 繼電 器控制系 統(tǒng) 中觸 點競爭 和 時 序失配的 問題 。 由于 PLC 采用 掃 描工作 過 程，所以在程序的 執(zhí) 行 階 段即使 發(fā) 生了 變 化， 輸 入狀態(tài) 映象寄存器的 內(nèi) 容也不 會變 化，要等到下一 個 周期的 輸 入采 樣階 段才能改 變。掃 描周期是一 個 很重要的指 針 ，小型 PLC 的 掃 描周期一般 為 十幾毫秒到幾十毫秒。PLC的 掃 描 時間 取 決 于 I/O掃 描速度和用 戶 程序的 長 短，以及程序使用的指令 類 型。毫 秒級 的 掃 描 時間對 于一般 工業(yè)設(shè)備 通常是可以接受的， PLC 的影 響滯 后是 允許的，但是 對 某些 I/O 快速 響應(yīng) 的 設(shè)備 ， 則 采取相 應(yīng) 的 處 理措施。如 選用高 速 CPU，提高 掃 描速度，采用快速 響應(yīng)模塊 、高速 記數(shù) 模 塊 以及不同的中 斷處 理等措施 減少 滯 后 時間 。影 響 I/O 滯 后的主要原因： 輸 入 濾 波器的 慣 性， 輸 出 繼電 器接 點 的慣 性，程 序執(zhí) 行的 時間 ， 程序 設(shè)計 不 當(dāng) 的附加影 響 等。 我們 在此不必要 詳細(xì) 分析 CPU 的 內(nèi) 部 電 路，但 對 各部分的工作機制 還 是 應(yīng)有足 夠 的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它 讀 取指令、 解釋 指令及 執(zhí) 行指令。但工作 節(jié) 奏由震 蕩 信 號控 制。 運 算器用于 進(jìn) 行 數(shù) 字或 邏輯運 算，在控制器指 揮 下工作。寄存器 參 與 運 算，并存 儲運 算的中 間結(jié) 果，它也是在控制器指 揮 下工作。 CPU 速度和 內(nèi) 存容量是 PLC 的重要 參數(shù) ，它 們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及 軟 件容量等，因此限制 著控 制 規(guī) 模。 PLC 與 電氣 回路的接口，是通 過輸 入 輸 出部分（ I/O）完成的。 I/O 模 塊 集成了 PLC 的 I/O 電 路，其 輸 入 緩 存器反 映輸 入信 號狀態(tài) ， 輸 出 點 反 映輸 出 鎖存器狀態(tài) 。 輸 入模 塊將電 信 號變換成數(shù) 字信 號進(jìn) 入 PLC 系 統(tǒng) ， 輸 出模 塊 相反。 I/O 分 為開關(guān) 量 輸 入（ DI）， 開關(guān) 量 輸 出（ DO），模 擬 量 輸 入（ AI），模 擬 量 輸 出（ AO）等模 塊 。 開關(guān) 量是指，只有 開和關(guān) （或 1 和 0）兩 種 狀態(tài) 的信 號 ，模 擬 量是指， 連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類 如下： 開關(guān) 量：按 電壓 水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有 繼電器隔離和晶體管隔離。 模 擬 量：按信 號類 型分，有 電 流型（ 420mA,020mA）、 電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 I/O 外 ，還 有特殊 I/O 模 塊， 如 熱電阻、熱電 偶、 脈沖 等模 塊 。 按 I/O 點數(shù) 確定模 塊規(guī) 格及 數(shù) 量， I/O 模 塊 可多可少，但其最大 數(shù) 受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或機架槽 數(shù)限 制。 10 PLC 電 源用于 為 PLC 各模 塊的 集成 電 路提供工作 電 源。同 時 ，有 的還為輸 入 電路提供 24V 的工作 電 源。 電源輸 入 類 型有：交流 電 源（ 220VAC 或 110VAC），直流電 源（常用的 為 24VDC）。 大多 數(shù) 模 塊 式 PLC 使用 底板或機架，其作用是： 電氣 上， 實現(xiàn) 各模 塊間 的 聯(lián)系，使 CPU 能 訪問 底板上的所有模 塊， 機械上， 實現(xiàn) 各模 塊間 的 連 接，使各模 塊構(gòu)成一 個 整體。 編 程 設(shè)備 ， 編 程器是 PLC 開發(fā)應(yīng) 用、 監(jiān)測運 行、 檢查維護 不可缺少的器件，用于 編 程、 對 系 統(tǒng) 作一些 設(shè) 定、 監(jiān) 控 PLC 及 PLC 所控制的系 統(tǒng) 的工作 狀況 ，但它不直接 參 與 現(xiàn)場 控制 運 行。小 編 程器 PLC 一般有手持型 編 程器，目前一般由 計 算機（ 運 行 編 程 軟 件）充 當(dāng)編 程器。 人機接口，最 簡單 的人機接口是指示 燈 和按 鈕 ，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作 員終 端 應(yīng) 用越 來 越 廣泛 ，由 計 算機（ 運行組態(tài)軟 件）充 當(dāng) 人機接口非常普及。 輸 入 輸 出 設(shè)備 ，用于永久性地存 儲 用 戶數(shù) 據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫 入器、 條形 碼閱讀器 ， 輸 入模 擬 量的 電 位器，打印機等。 PLC 的通信 聯(lián) 網(wǎng)，依靠先 進(jìn) 的 工業(yè) 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 可以迅速有效地收集、 傳 送生 產(chǎn) 和管理 資 料。因此，網(wǎng) 絡(luò) 在自 動 化系 統(tǒng) 集成工程中的重要性越 來 越 顯著 ，甚至有人提出 網(wǎng) 絡(luò) 就是控制器 的 觀點說 法。 PLC 具有通信 聯(lián) 網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間 、 PLC 與上位 計 算機以及其它智能 設(shè)備之間 能 夠 交 換 信息，形成一 個統(tǒng) 一的整體， 實現(xiàn)分 散集中控制。多 數(shù)PLC 具有 RS232 接口 ，還 有一些 內(nèi) 置有支持各自通信 協(xié)議 的接口。 PLC 的通信 ，還 未 實現(xiàn) 互操作性， IEC 規(guī) 定了多 種現(xiàn)場總線標(biāo) 準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。 對 于一 個 自 動 化工程 (特 別 是中 大規(guī) ?？刂葡?統(tǒng) )來講 ， 選擇 網(wǎng) 絡(luò) 非常重要的。首先，網(wǎng) 絡(luò) 必 須 是 開 放的，以方便不同 設(shè)備 的集成及未 來 系 統(tǒng)規(guī) 模 的擴 展；其次，針對不 同網(wǎng) 絡(luò)層 次的 傳輸 性能要求， 選擇 網(wǎng) 絡(luò) 的形式， 這 必 須在較 深入地了解 該網(wǎng)絡(luò)標(biāo) 準(zhǔn) 的協(xié)議 、機制的前提下 進(jìn) 行；再次 ，綜 合考 慮 系 統(tǒng) 成本、 設(shè)備 兼容性、現(xiàn)場環(huán) 境適用性等具體 問題， 確定不 同層 次所使用的網(wǎng) 絡(luò)標(biāo) 準(zhǔn)。 總 體 設(shè)計 方案 11 3M 為實現(xiàn) 自 動 化必 須 根據(jù)板材自 動 精確 剪切加工的工作特 點 及 動 作要 求進(jìn) 行 設(shè)計 ,因此本方案采用了可 編 程控制器 來實現(xiàn)對 自 動 剪板機的控制， 設(shè)計 思想如 圖 3所示。 圖 22 總 體 設(shè)計 方案 簡圖 3 自 動 剪板機的 PLC 控制系 統(tǒng)設(shè)計 系 統(tǒng)主電 路 設(shè)計 設(shè)計進(jìn) 料機構(gòu) E 用交流 電 機 帶動 送料 皮帶 ， 傳 送 皮帶 送料只向一 個 方向 運動 ，只要求 電 機向一 個 方向旋 轉(zhuǎn) 即可， 輕負(fù)載 小工率 電動 機可直接起 動 ，用熔 斷 器和 熱繼電 器作短路、超 載 保 護 。使待剪板料自 動 快速 穩(wěn) 定 地輸 送到剪切位置。 設(shè)計壓 料機構(gòu) B 壓塊 B 的作用是 壓緊 板料，以利于剪切刀 切斷板 料， 壓塊 B 又上升和下降 兩種 運動 ，要求 帶動壓塊 的 電動 機具有正反 轉(zhuǎn)運動 ，控制 電 路有 聯(lián)鎖 保 護 、用熔 斷器和 熱繼電 器作短路、 超 載 保 護 。 全自動剪板機控制系統(tǒng) 機械部分 電氣部分 送料機構(gòu) 壓料機構(gòu) 卸料機構(gòu) 小車機構(gòu) PLC 電 機 電 路 工作電路 工作電源 軟件部分 12 圖 31 電 機正反 轉(zhuǎn)主電 路 所 謂聯(lián)鎖 控制是指，凡是生 產(chǎn)在線 某些 環(huán)節(jié) 或一臺 設(shè)備 的某些部件 之間 具有相互制 約 或相互配合的控制均 稱為聯(lián)鎖 控制， 聯(lián)鎖 控制包括：自 鎖 控制、互 鎖 控制、正常工作與 點動 的 聯(lián)鎖 控制、 實現(xiàn) 按 順 序工作 時 的控制。 電 機正反 轉(zhuǎn)就 需要互 鎖 控制。 剪切刀 剪 切刀 有兩 種 運動 ，下行 切斷板 料，然后上升復(fù)位， 帶動 剪切刀機構(gòu)的 電動機也 應(yīng) 具有正反 轉(zhuǎn) ，用熔 斷 器和 熱繼電 器作短路、超 載 保 護 。 根據(jù) 電 機控制要求，其 電 機正反 轉(zhuǎn)主電 路 圖 如 圖 31 所示，程序流程 框圖 如圖 32 所示。 13 1 2 3 4ABCD4321DCBA開始輸出口初始化，關(guān)閉電機按下啟動按鈕了嗎？電機正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)到限了嗎？松開啟動按鈕了嗎？關(guān)閉電機Y關(guān)閉電機，延時 8 秒電機反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)到限了嗎？松開啟動按鈕了嗎？關(guān)閉電機Y關(guān)閉電機，延時 8 秒NNNNYYYN 圖 32 電 機正反 轉(zhuǎn) 程序流程 框圖 電 機正反 轉(zhuǎn) 控制 PLC 設(shè)計討論 ： 1） 電力 拖 動 是指 對電動 機的控制，采用 繼電 器 接觸器控制，都有自己的基本控制 電 路。采用 PLC 控制也 應(yīng)該 有自己的基本控制 環(huán)節(jié) ， 為 此而提出 電 機正反 轉(zhuǎn) 控制 PLC 設(shè)計討論 ， 尋 找其 較 好的控制方案。 2） 繼電 器 接觸器 電氣 控制原理： 繼電 器 接觸器 電氣 控制原理如 圖 33 所示。上、下 兩圖 比 較 ，不管是 電 器 組件、觸 點數(shù) 量、 連 接 導(dǎo)線 的 數(shù) 量都是一 樣 的，分 別 是 5 只、 9 個 、 13 條 。按 鈕聯(lián)機也是 6 根，但上 圖 的按 鈕 和接觸器 聯(lián) 機 較 集中， 從維 修的角度看要比下 圖 優(yōu)越。 3） 組 件的代 號意義 14 SB0—— 磨姑 頭急 停按 鈕 。 5SB 5SB2—— 正反 轉(zhuǎn)啟 /停按 鈕 。 5KM1—— 正 轉(zhuǎn) 接觸器。 5KM2—— 反 轉(zhuǎn) 接觸器。 其中的 5KM1 和 5KM2 要求 選用帶 機械 聯(lián)鎖 的交流接觸器。 圖 33 繼電 器 接觸器 電氣 控制原理 4） 電 器 組 件的工作情 況 正 轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB1， 5KM1 得 電動 作，其中一 個 觸 點 自 鎖 ，另一 個 觸 點則 用于互 鎖 ，即 斷開 5KM2 的 線 圈回路。 反 轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB2，首先是 5KM1 失 電 ，其互 鎖 觸 點 恢 復(fù)閉 合，才是 5KM2得 電動 作，其中一 個 觸 點 自 鎖 ，另一 個 觸 點則 用于互 鎖 ，即 斷開 5KM1 的 線 圈回路。 再次正 轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB1，首先是 5KM2 失 電 ，其互 鎖 觸 點 恢 復(fù)閉 合，才是5KM1 得 電動 作，其中一 個 觸 點 自 鎖 ，另一 個 觸 點則 用于互 鎖 ，即 斷開 5KM2 的 線 圈回路。