【正文】 1/0 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過(guò)底板上的總青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 8 線(xiàn)相互聯(lián)系。它按照系統(tǒng)程 序所賦予的功能，完成以下任務(wù)： (1) 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤； (3) 用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái)； (4) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶(hù)程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的各種操作； (5) 將用戶(hù)程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO 模塊。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器。 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種： (1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 :和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱(chēng)為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放這部分程序的。由于 RAM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM 作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 9 掉電時(shí)，丟失用戶(hù)程序。在 PLC 的 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。它還用來(lái)存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。輸入單元接收用戶(hù)設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。PLC 通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或 計(jì)算機(jī)相連。它有簡(jiǎn)易型和智能型兩類(lèi)。還可以利用 PC作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言的互相轉(zhuǎn)換。 PLC 的發(fā)展 PLC 的發(fā)展歷史 PLC 的技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而飛速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為 8 位機(jī)?，F(xiàn)在 PLC 不僅能得心應(yīng)手的用于制應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化，并且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動(dòng)化三大支柱之一，即使在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)成為自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天， PLC 仍然是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。這個(gè)階段的 PLC 在其控制功能方面增強(qiáng)了許多，例如數(shù)據(jù)處理，模擬量的控制等。 （ 4）飛速發(fā)展階段 從 20 世紀(jì) 90 年代初期到 90 年代末期。所以 PLC 誕生后的近 30 年里，各個(gè) PLC 在通信標(biāo)準(zhǔn)，編程語(yǔ)言等方面都存在著不兼容的地方，這為在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)互換性，互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化都帶來(lái)了極大地不便。從體積上講，有些專(zhuān)用的微型 PLC 僅僅有一個(gè)香皂的大小。 （ 2）向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展 現(xiàn)在大中型 PLC 采用多微處理系統(tǒng)，有的采用了 32 位處理器，并集成了通信互聯(lián)網(wǎng)功能，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)交換速度及外設(shè)響應(yīng)速度都有大幅度的提高，存儲(chǔ)容量大大增加，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。它們本身有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能，可以完成 PLC 的主 CPU 難以兼顧的功能。 （ 4）人機(jī)界面（接口）的發(fā)展 HMI（ Humanmachine Intereace）在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著越來(lái)越重要的作用， PLC 控制系統(tǒng)在 HMI 方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a. 編程工具的發(fā)展 過(guò)去絕大部分大中型 PLC 僅僅提供手持式的編程器，編程人員通過(guò)編程器和PLC 打交道。程序被編譯后可以被下載到 PLC，也可以將用戶(hù)程序上傳到計(jì)算機(jī)。 c. 基于 PC 的組態(tài)軟件 在中大型的 PLC 控制系統(tǒng)中，僅僅靠簡(jiǎn)單內(nèi)的顯示設(shè)定單元已經(jīng)不能解決人機(jī)界面的問(wèn)題，所以基于 windows 的 PC 機(jī)成為了最佳的選擇。 d. 在過(guò)程控制領(lǐng)域的使用以及 PLC 的冗余特性 雖然 PLC 的特性是在制造業(yè)領(lǐng)域使用，但隨著通信技術(shù)、軟件技術(shù)、模擬量控制技術(shù)發(fā)展并且不斷融合到 PLC 中，它現(xiàn)在被廣 泛的應(yīng)用到了過(guò)程控制領(lǐng)域，但在過(guò)程控制系統(tǒng)中，使用必然要求 PLC 控制系統(tǒng)具有更高的可靠性。大型 PLC 以及冗余技術(shù)一般都是在大型的過(guò)程控制系統(tǒng)中使用?，F(xiàn)在的 PLC 采用了各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如 TIC6113 以太網(wǎng)、 TCP/IP、 UDP/IP 等，以及各種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如 windows NT、 OPC 等。 IEC611313 不僅在 PLC 系統(tǒng)中被廣泛青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 14 應(yīng)用，在其他的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、工業(yè)編程軟件中也得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在許多小型甚至微型 PLC 的控制通信功能也十分強(qiáng)大。 g. 軟 PLC 的概念 所謂軟 PLC 就是指在 PC 機(jī)的平臺(tái)上，在 windows 操作環(huán)境下，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 的功能。配上遠(yuǎn)程的 I/O 和智能 I/O 后，軟 PLC 也能完成復(fù)雜的分布式的控制任務(wù)。 h. PLC 的概念 在工控界，對(duì) PLC 的應(yīng)用情況有一個(gè)“ 8020”法則，即 ：第一， 80%的 PLC應(yīng)用場(chǎng)合都是使用簡(jiǎn)單的低成本的小型 PLC； 第二， 78%（接近 80%）的 PLC都是使用的開(kāi)關(guān)量（或數(shù)字量）； 第三， 80%的 PLC 應(yīng)用使用 20 個(gè)左右的梯形圖指令就可解決問(wèn)題。它包括了 PLC 的主要功能，以及 PCbased 控制中基于對(duì)象的、開(kāi)放的數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)能力。 i. PLC 在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)中的設(shè)置 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)，白哦指著自動(dòng)化技術(shù)步入了一個(gè)新的時(shí)代?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用總線(xiàn)通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)處于全開(kāi)放、全數(shù)字、全分散的控制平臺(tái)上。一直到現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)， PLC更是其中的主角，其應(yīng)用面越來(lái)越廣。 （ 3）與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展 在當(dāng)前最熱的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)中，主站和從站幾乎都有 PLC的身影， PLC的通信技術(shù)又往前發(fā)展了一大步。目前， PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類(lèi)： （ 1）中小型單機(jī)電氣控制系統(tǒng) 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，例如塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、電鍍流水線(xiàn)及電梯控制等。其電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量占絕大多數(shù)，有些場(chǎng)合，數(shù)十臺(tái)、上百臺(tái)單機(jī)控制設(shè)備組合在一起形成大規(guī)模的生產(chǎn)流水線(xiàn)，如汽車(chē)制造和裝備生產(chǎn)線(xiàn)，等等由于 PLC 性能的提高和通信功能的增強(qiáng)，使得它在制造業(yè)領(lǐng)域中的大中型控制系統(tǒng)中也占絕對(duì)主導(dǎo)的地位?，F(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域基于 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和其他控制手段相比，功能更強(qiáng)、裝置體積更小、價(jià)格更低、速度更快、操作更方便。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。但是，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。所有這些使得 PLC具有較高的抗干擾能力。對(duì)于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)，只要選好擴(kuò)展模塊，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可。 PLC控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性的好處是當(dāng)控制系統(tǒng)要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，只需對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改，對(duì)硬件部分稍作改動(dòng)即可，而不像繼電器控制系統(tǒng)那樣，在一個(gè)裝配好的控制盤(pán)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改幾乎是不可能的事情。 （ 4）功能強(qiáng)大，成本低 現(xiàn)在 PLC幾乎能滿(mǎn)足所有的工業(yè)控制領(lǐng)域的需要。系統(tǒng)也不需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗干擾設(shè)計(jì)。因?yàn)?PLC 是通過(guò)程序來(lái)完成控制任務(wù)的，采用了方便的工業(yè)編程語(yǔ)言，且具強(qiáng)制和仿真的功能，故程序的設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大地縮短設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。對(duì)于一些原來(lái)用繼電接觸器線(xiàn)路不易實(shí)現(xiàn)的要求，使用 PLC 后，將很容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)采取“軟件兼施”的辦法。同時(shí)對(duì)日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量 I/O 和模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。所以一旦它們是供交流 220V 的負(fù)載使用，則直流 24V 的負(fù)載只能用其他組的輸出端了。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 20 對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （ 1）功能方面 所有的 PLC 一般都具有常規(guī)的功能；但對(duì)于某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。 （ 3）性能與任務(wù)要相適應(yīng) 對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)控制要求不高時(shí)，可選用小型 PLC（如西門(mén)子公司 S7200 系列 PLC 或 OMON 公司系列CPM1A/CPM2A 型 PLC）就能滿(mǎn)足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。例如， PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù) 在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶(hù)應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。 (3) 啟動(dòng)后，機(jī)械臂動(dòng)作順序?yàn)椋合陆怠颉仙ㄖ辽舷蓿倚校ㄖ劣蚁蓿陆怠? 釋放→上升（至上限）→左行返回（至原點(diǎn)）。 (3) 如果下限位開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，吸住的是大球 。 (6) 如果檢測(cè)有沒(méi)球的開(kāi)關(guān)閉合，則循環(huán)運(yùn)行 。 圖 31 機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 22 I/O 編址 表 31 I/O 編址表 控制信號(hào) 元件符號(hào) 地址編碼 功能 輸入 SB1 起動(dòng) SB2 停止 SB3 急停 LS1 左限位開(kāi)關(guān) LS2 下限位開(kāi)關(guān) LS3 上限位開(kāi)關(guān) LS4 小球右限位開(kāi)關(guān) LS5 大球右限位開(kāi)關(guān) PS0 檢測(cè)是否有球開(kāi)關(guān) PS1 檢測(cè)是否有球接近開(kāi)關(guān) 輸出 HL 原始位置指示燈 Y1 抓球電磁鐵 KM1 下行接觸器 KM2 上行接觸器 KM3 右行接觸器 KM4 左行接觸器 KM5 檢測(cè)有沒(méi)球接觸器 KM6 檢測(cè)是否有球接近接觸器 定時(shí)器 時(shí)間 T37 1S T38 1S 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 23 機(jī)械手分揀系統(tǒng)的接線(xiàn)圖 圖 33 I/O 系統(tǒng)接線(xiàn)圖青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 24 4 大小球分揀系統(tǒng)的軟件程序 自動(dòng)分揀大小球系統(tǒng)控制程序工作框圖 根據(jù)要求，該控制工作框圖根據(jù)吸住的是（大球、小球 ）有兩個(gè)分支，此處應(yīng)為分支點(diǎn)，且屬于選擇性分支。如果 SB2 斷開(kāi)，說(shuō)明吸住的是打球；如果 SB2 閉合，說(shuō)明吸住的是小球。 梯形圖概述 概念 梯形圖是 PLC 使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱(chēng)為 PLC 的第一編程語(yǔ)言。該存儲(chǔ)單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線(xiàn)圈“通電”，其常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，稱(chēng)這種狀態(tài)是該軟繼電器的“ 1”或“ ON”狀態(tài) 。能流只能從左向右流動(dòng)。右母線(xiàn)可以不畫(huà)出。 （ 3）母線(xiàn) 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線(xiàn)稱(chēng)為母線(xiàn)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱(chēng)為編程元件。梯形圖常被稱(chēng)為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱(chēng)為編程。 當(dāng)系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個(gè)周期剩下的步驟全部進(jìn)行完，然后回到原點(diǎn)才停止工作。然后再釋放、上升、左移到原點(diǎn)。 (7) 按下即停按鈕，機(jī)械臂無(wú)論運(yùn)行到哪，都立即停止，電磁鐵帶電。 (4) 吸起球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開(kāi)關(guān)后，撿球裝置向右行；小球時(shí)碰到右限位開(kāi)關(guān)（小球的右限位開(kāi)關(guān)）后，再向下行，碰到 下限位開(kāi)關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。 設(shè)計(jì)思想 (1) 當(dāng)機(jī)械臂處于起始位置時(shí)，上限位開(kāi)關(guān)和左限位開(kāi)關(guān)被壓下，接近開(kāi)關(guān)閉合，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 21 + +LS 1LS 3LS 2LS 4 LS 5電磁鐵MPS 0大小上行下行左行 右行下限右限 右限左限上限原點(diǎn)顯示接近開(kāi)關(guān)當(dāng)吸住大球時(shí) ， 活塞未達(dá)到下限位置 ， LS 2 不動(dòng)作原點(diǎn)指示燈亮。 大小球分揀系統(tǒng)的功能 機(jī)械手分揀大小球的控制功能要求為： (1) 機(jī)械臂起始位置在原點(diǎn)，為左限、上限并有顯示。 （ 4）處理速度應(yīng)滿(mǎn)足控制要求 PLC 工作時(shí)，從輸入信號(hào)控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 1～ 2 個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。這就要 求用戶(hù)對(duì)現(xiàn)在的 PLC 品牌有一