【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)說明書（論文） 8 線相互聯(lián)系。它按照系統(tǒng)程 序所賦予的功能，完成以下任務(wù)： (1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤； (3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來； (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程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作； (5) 將用戶程序的執(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。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(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，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM 作用戶程序存儲器的 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)說明書（論文） 9 掉電時(shí)，丟失用戶程序。在 PLC 的 工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。PLC 通過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。它有簡易型和智能型兩類。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)。現(xiàn)在 PLC 不僅能得心應(yīng)手的用于制應(yīng)用于制造業(yè)自動化，并且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動化三大支柱之一，即使在現(xiàn)場總線技術(shù)成為自動化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天， PLC 仍然是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。這個階段的 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 PLC 在通信標(biāo)準(zhǔn)，編程語言等方面都存在著不兼容的地方，這為在工業(yè)自動化中實(shí)現(xiàn)互換性，互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化都帶來了極大地不便。從體積上講，有些專用的微型 PLC 僅僅有一個香皂的大小。 （ 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，存儲容量大大增加，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(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)自動化系統(tǒng)中起著越來越重要的作用， PLC 控制系統(tǒng)在 HMI 方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面： a. 編程工具的發(fā)展 過去絕大部分大中型 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)界面的問題，所以基于 windows 的 PC 機(jī)成為了最佳的選擇。 d. 在過程控制領(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)用到了過程控制領(lǐng)域，但在過程控制系統(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)說明書（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)的平臺上，在 windows 操作環(huán)境下，用軟件來實(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 PLC 的應(yīng)用情況有一個“ 8020”法則，即 ：第一， 80%的 PLC應(yīng)用場合都是使用簡單的低成本的小型 PLC； 第二， 78%（接近 80%）的 PLC都是使用的開關(guān)量（或數(shù)字量）； 第三， 80%的 PLC 應(yīng)用使用 20 個左右的梯形圖指令就可解決問題。它包括了 PLC 的主要功能，以及 PCbased 控制中基于對象的、開放的數(shù)據(jù)格式和網(wǎng)絡(luò)能力。 i. PLC 在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的設(shè)置 現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，白哦指著自動化技術(shù)步入了一個新的時(shí)代?，F(xiàn)場總線采用總線通信的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)處于全開放、全數(shù)字、全分散的控制平臺上。一直到現(xiàn)在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)， PLC更是其中的主角，其應(yīng)用面越來越廣。 （ 3）與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展 在當(dāng)前最熱的現(xiàn)場總線控制系統(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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： （ 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、電鍍流水線及電梯控制等。其電氣自動控制系統(tǒng)中的開關(guān)量占絕大多數(shù)，有些場合，數(shù)十臺、上百臺單機(jī)控制設(shè)備組合在一起形成大規(guī)模的生產(chǎn)流水線，如汽車制造和裝備生產(chǎn)線，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)中也占絕對主導(dǎo)的地位。現(xiàn)在工業(yè)自動化領(lǐng)域基于 PLC 的運(yùn)動控制系統(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。對于需要擴(kuò)展的系統(tǒng)，只要選好擴(kuò)展模塊，經(jīng)過簡單的連接即可。 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)，只需對程序進(jìn)行簡單的修改，對硬件部分稍作改動即可，而不像繼電器控制系統(tǒng)那樣，在一個裝配好的控制盤上，對系統(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)行專門的抗干擾設(shè)計(jì)。因?yàn)?PLC 是通過程序來完成控制任務(wù)的，采用了方便的工業(yè)編程語言，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。對于一些原來用繼電接觸器線路不易實(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)對日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。 對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來，包括開關(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)說明書（論文） 20 對第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： （ 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) 對于開關(guān)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制要求不高時(shí)，可選用小型 PLC（如西門子公司 S7200 系列 PLC 或 OMON 公司系列CPM1A/CPM2A 型 PLC）就能滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機(jī)械的自動控制等。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)用戶應(yīng)用程序的長短對系統(tǒng)的響應(yīng)速度會有較大的差別。 (3) 啟動后，機(jī)械臂動作順序?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) 如果下限位開關(guān)斷開，吸住的是大球 。 (6) 如果檢測有沒球的開關(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)說明書（論文） 22 I/O 編址 表 31 I/O 編址表 控制信號 元件符號 地址編碼 功能 輸入 SB1 起動 SB2 停止 SB3 急停 LS1 左限位開關(guān) LS2 下限位開關(guān) LS3 上限位開關(guān) LS4 小球右限位開關(guān) LS5 大球右限位開關(guān) PS0 檢測是否有球開關(guān) PS1 檢測是否有球接近開關(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 檢測有沒球接觸器 KM6 檢測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)說明書（論文） 23 機(jī)械手分揀系統(tǒng)的接線圖 圖 33 I/O 系統(tǒng)接線圖青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 24 4 大小球分揀系統(tǒng)的軟件程序 自動分揀大小球系統(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 ）有兩個分支，此處應(yīng)為分支點(diǎn)，且屬于選擇性分支。如果 SB2 斷開，說明吸住的是打球；如果 SB2 閉合，說明吸住的是小球。 梯形圖概述 概念 梯形圖是 PLC 使用得最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。該存儲單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“ 1”或“ ON”狀態(tài) 。能流只能從左向右流動。右母線可以不畫出。 （ 3）母線 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 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，碰到上限位開關(guān)后，撿球裝置向右行；小球時(shí)碰到右限位開關(guān)（小球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到 下限位開關(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)，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，接近開關(guān)閉合，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（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)顯示接近開關(guān)當(dāng)吸住大球時(shí) ， 活塞未達(dá)到下限位置 ， LS 2 不動作原點(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)滿足控制要求 PLC 工作時(shí)，從輸入信號控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 1～ 2 個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業(yè)控制是允許的。這就要 求用戶對現(xiàn)在的 PLC 品牌有一