【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)，還能夠是縣城組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算和快速中斷等功能。因此 PLC 具有很強(qiáng) 的適應(yīng)性，能夠滿足過程控制要求的需要。 (2)模塊化結(jié)構(gòu)，硬軟件開發(fā)方便 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以使用大小規(guī)模不同，功能復(fù)雜程度以及現(xiàn)場環(huán)境各異的各種控制要求。硬件系統(tǒng)安裝方便，接線簡單，連接方便可靠，為控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提高了方便快捷的途徑，可以大大縮短硬件系統(tǒng)的開發(fā)周期。 軟件編程支持梯形圖邏輯語言，直觀方便，只要有了通常的繼電器梯形圖、邏輯圖或邏輯 方程 ，就等于有了 PLC 系統(tǒng)取代原繼電器控制系統(tǒng)，進(jìn)行老設(shè)備改造時(shí)十分有利的。 總之，使用 PLC 系統(tǒng)可以大大縮短整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、調(diào)試周期， 節(jié)約系統(tǒng)投資。 (3)操作方便，維護(hù)改造容易 PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映出現(xiàn)信號的變化狀態(tài)， PLC 還能夠通過各種方式直觀地反應(yīng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)、電源狀態(tài)等均有醒目的提示，非常有利于運(yùn)行、維護(hù)人員監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 PLC 采用梯形圖邏輯編程，有利于電器操作人員對 PLC 的編程，使得操作人員可以方便地調(diào)整系統(tǒng)的編程和組態(tài)。 另外， PLC 的模塊化結(jié)構(gòu)，可以允許維護(hù)人員方便的更換故障元件或再生產(chǎn)工藝流程改變時(shí)更改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和品質(zhì)。 (4)性能穩(wěn)定，可靠性高 PLC 產(chǎn)品都有嚴(yán)格的計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)保證了 PLC 在惡劣的工業(yè)環(huán)境下的正常運(yùn)行，它的電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊采用大規(guī)模的集成電路， I/O 系列設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路，在機(jī)械結(jié)構(gòu)對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精心的考慮，所以這些使得 PLC 具有較好的性能和較高的可靠性。一般平均無故障時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 另外， PLC 還具有較完善的自診斷、自測試的功能。 (5)具有較高的性價(jià)比 綜上所述，不難看出，由于 汽車清洗機(jī)的運(yùn)行過程非常復(fù)雜，采用一般的控制器操作起來很困難， 而 可編程序控制器 PLC 的可靠性好，通用性強(qiáng)，編程方便，省去大量 的中間繼電器，時(shí)間繼電器，安裝總線方便，并且當(dāng)洗車機(jī)工藝過程要求變化時(shí)，一般不用改變硬件控制電路，只需改變軟件控制程序即可實(shí)現(xiàn)，而且可在監(jiān)控狀態(tài)下現(xiàn)場檢查和修改。因此， PLC 是一種較理想的控制工具。 自動洗車機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng) 自動洗車機(jī)的工作原理如圖 21 所示 圖 21 洗車機(jī)工作原理圖 PLC 的 5 個(gè)輸入端分別為啟動按鈕、復(fù)位按鈕 、 停止按鈕、 后限位開關(guān)、前限位開關(guān)；用 PLC 的 9 個(gè)輸出端分別為控制洗車機(jī)電動機(jī)正 /反轉(zhuǎn)接觸器 KM1/KM噴水 PLC 啟動按鈕 復(fù)位按鈕 停止按鈕 后限位開關(guān) 前限位開關(guān) 電動機(jī) 前進(jìn)接觸器 電動機(jī)后退接觸器 噴水電磁閥 噴清潔器電磁閥 刷子電動機(jī)接觸器 風(fēng)扇吹干器接觸器 啟動指示燈 原點(diǎn)復(fù)位指示燈 停止指示燈 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 電磁閥 DF噴清潔器電磁閥 DF刷子電動機(jī)接觸器 KM風(fēng)扇吹干器接觸器 KM4及啟動指示燈 D原點(diǎn)復(fù)位指示燈 D停止指示燈 D3。 PLC的工作原理 與普通微機(jī)類似， PLC 也是由硬件和軟件兩大部分組成的。在軟件的控制下， PLC才能正常地工作。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。 PLC 的基本工作如下 ： (1)輸入現(xiàn)場信息 ： 在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)； (2)執(zhí)行程序 ： 順次 掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算； (3)輸出控制信號 ： 根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的控制信號，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。上述過程執(zhí)行完后，又重新開始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。 PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。在實(shí) 際應(yīng)用中，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的工作過程可以分為一系列不斷重復(fù)的 If序操作， PLC的工作方式與此相似。因此， PLC的程序可與機(jī)器的動作一一對應(yīng)，程序編制簡單、直觀，不容易出錯(cuò)，而且容易修改，從而大大減少了軟件的開發(fā)費(fèi)用，縮短了 軟件的開發(fā)周期。為了提高工作的可靠性，及時(shí)接收外來的控制命令， PLC在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進(jìn)行故障自診斷，完成與編程器等的通信。 每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點(diǎn)、存儲器和 CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障 .此時(shí)， PLC立即啟動關(guān)機(jī)程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。 診斷結(jié)束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障， PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如 果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息送給編程器顯示等。 處理完通信后， PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個(gè)掃描周期。然后又從自診斷開始，進(jìn)行第二輪掃描。 用這種不斷地重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一種方式。此外，計(jì)算機(jī)用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應(yīng)后正運(yùn)行的程序停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷，又返回運(yùn)行原來程序。哪個(gè)控制需要處理，哪 個(gè)就去申請中斷。哪個(gè)不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。 在中斷方式下，計(jì)算機(jī)能得到充分利用，緊急的任務(wù)也能得到及時(shí)處理。但是，如果同時(shí)來了幾個(gè)都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦，低的呢？可能會河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場的日常使用。 但是， PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個(gè)別急需的處理，允許中斷這個(gè)掃描運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個(gè)別應(yīng)急的也能進(jìn)行處理。 PLC的實(shí)際工作過程比 這里講的還要復(fù)雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關(guān)人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實(shí)現(xiàn) 信息處理、 I/O電路 空間、時(shí)間關(guān)系 掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解 PLC是怎樣去實(shí)現(xiàn)控制的，也就好把握住 PLC基本原理的要點(diǎn)了。 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 (1)根據(jù)被控制對象的控制要求，確定整個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量，從而確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)，包括開關(guān)量 I/O，模擬量 I/O 以及特殊功能模塊等。 (2)充分估計(jì)被控制對象今后發(fā)展的需要，所選的 PLC 的 I/O 的點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有一點(diǎn)的余量。另外，在性價(jià)比變化不大的情況下，盡可能的選用同類型中功能強(qiáng)的新一代 PLC。 (3)確定選用的 PLC 機(jī)型。 (4)建立 I/O 分配表，繪制 PLC 控制系統(tǒng)輸入、輸出接線圖。 (5)根據(jù)控制要求繪制用戶程序的流程圖。 (6)編制用戶程序，并借助編程器將用戶程序裝入 PLC 的用戶程序存儲器。 (7)在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試用戶程序。 (8)進(jìn)入現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試用戶程序。 (9)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試工作結(jié)束后，編程技術(shù)文件。 (10)交付使用。 因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖 22 所示河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 圖 22 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 開始 分析控制要求 確定用戶 I/O 設(shè)置 PLC 硬件系統(tǒng) 分配 I/O 繪制流程圖 設(shè)計(jì)梯形圖 設(shè)計(jì)安裝控制臺 程序輸入 PLC 軟件 測試 現(xiàn)場施工連線開始 修改程序 整體測試 測試正常 滿足要求 交付使用 編程技術(shù)文件 否 是 否 否 是 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC的選型 歐姆龍 PLC簡介 日本 OMRON（立石公司）電機(jī)株式會社是世界上生產(chǎn) PLC 的著名廠商之一。SYSMAC C 系列 PLC 產(chǎn)品以其良好的性能價(jià)格比被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領(lǐng)域，其產(chǎn)品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應(yīng)用非常廣泛的 PLC 之一。 OMRON C 系列 PLC 產(chǎn)品門類齊、型號多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四 大類產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型 PLC 機(jī)是以 C20P 為代表的機(jī)型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)構(gòu)的微型機(jī)以 CJ 型機(jī)最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型 PLC 機(jī)以 P 型機(jī)和 CPM 型機(jī)最為典型，這兩種都屬堅(jiān)固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過 I/O 擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn) 10~140 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn)行編程， CPM 型機(jī)是 OMRON產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)系列產(chǎn)品。 OMRON 中型機(jī)以 C200H 系列最為典型，主要有 C200H、 C200HS、 C200HX、 C200HG 和 C200HE 等型號產(chǎn)品。中型機(jī)在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機(jī)，除具備小型機(jī)的基本功能外，它同時(shí)可配置更完善的接口單元模塊，如模擬量 I/O 模塊、溫度傳感器模塊、高速記數(shù)模塊、位置控制模塊、通訊聯(lián)接模塊等?？梢耘c上位計(jì)算機(jī)、下位 PLC 機(jī)及各種外部設(shè)備組成具有各種用途的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)。 在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小型 PLC 機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型 PLC 都能夠滿足需求。 PLC簡介 德國西門子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程 序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400，工業(yè) 網(wǎng)絡(luò) ， HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西 門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有 網(wǎng)絡(luò) 通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品 可分為微型 PLC（如 S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 河北工程大學(xué)科信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 (1)SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 S7200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7200PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號與 8 種 CPU 可供選擇使用。 (2)SIMATIC S7300 PLC S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等 性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與 S7200 PLC 比較， S7300 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（ ~）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機(jī)界面（ HMI）從 S7300 中取得數(shù)據(jù)， S7300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 S7300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送 ； CPU 的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改； S7300 PLC 設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7300 PLC 可通過編程軟件 Step 7 的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。 S7300 PLC 具有多種不同的通信接口，并通過多種通信 處理器來連接 ASI 總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（ MPI）集成在 CPU 中，用于同時(shí)連接編程器、 PC 機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 (3) SIMATIC S7400 PLC S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7400 PLC 采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級別（功能逐步升級）的 CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模 擴(kuò)大或升級時(shí)，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要。 (4)人機(jī)界面（ HMI）硬件 HMI 硬件配合 PLC 使用，為