【文章內(nèi)容簡介】 是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的 PLC后，只需按說明書的提 示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。 早期的可編程控制器雖然采用了計算機(jī)技術(shù)的優(yōu)點和設(shè)計思想，并注重了面向用戶、用于控制和適合工業(yè)現(xiàn)場的特點，但限于當(dāng)時的技術(shù)發(fā)展水平，其功能很有限，器件多、線路復(fù)雜且體積大，名稱也不統(tǒng)一。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代可編程控制器對網(wǎng)絡(luò)功能的要求更強，一般都有現(xiàn)場總線功能、互連網(wǎng)接入功能等， EASY 嵌入式 PLC 采用 CAN bus 現(xiàn)場總線技術(shù)并支持專用的嵌入式 Web 服務(wù)器。 目前 PLC 已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工業(yè)等領(lǐng)域，為 工業(yè)自動化提供了有力的工具，加速了機(jī)電一體化的實現(xiàn)。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 9 PLC 的特點及發(fā)展趨勢 主要特點： 1．可靠性高、抗干擾能力強 2．可實現(xiàn)機(jī)電一體化 3．編程簡單、使用方便、控制程序可變、具有很好的柔性 4．體積小、重量輕、功耗低 發(fā)展趨勢： 1．向高速度、大容量方向發(fā)展 2．向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 3． PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力 4．增強外部故障的檢測與處理能力 5．編程語言多樣化 PLC 的分類和基本結(jié)構(gòu) /輸出點數(shù)分 (1)小型機(jī) 小型 PLC I/O總點數(shù)在 256 點以下，用戶程序存儲容量在 4KB 左右。 (2)中型機(jī) 中型 PLC I/O 總點數(shù)在 256∽ 2048 點之間，用戶程序存儲容量在 8KB 左右。 (3)大型機(jī) 大型 PLC I/O 總點數(shù)在 2048 點以上，用戶程序存儲容量在 16KB 以上。 (1)整體式 (2)模塊式 目前世界上 PLC 產(chǎn)品按地域分成三大流派：美國、歐洲和日本。日本和美國 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 10 的 PLC 產(chǎn)品較相似。占 PLC 市場 80%以上的生產(chǎn)公司是：德國的西門子公司、法國的施耐德自動化公司、日本的歐姆龍、三菱以及松下公司。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 31 所示： 圖 31 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC 的應(yīng)用范圍 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展， PLC 的制造成本不斷下降，而其功能卻大大增強。目前在先進(jìn)工業(yè)國家中 PLC 已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，諸如鋼鐵、冶金、采礦、水泥、石油、輕工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、交通、建筑、食品、娛樂等各行各業(yè)，日益躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的主導(dǎo)地位。 PLC 的主要功能 1．條件控制功能 2．定時 /計數(shù)控制功能 3．步進(jìn)功能 4．?dāng)?shù)據(jù)處理功能 5． A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能 6．運動控制功能 7．過程控制功能 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關(guān)選擇開關(guān)按鈕 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 11 8．?dāng)U展功能 9．遠(yuǎn)程 I/O 功能 10．通信聯(lián)網(wǎng)功能 11．監(jiān)控功能 PLC 的技術(shù)性能 基本技術(shù)性能 1．輸入 /輸出點數(shù)（即 I/O） 所謂 I/O 點數(shù)即 PLC 外部的輸入、輸出端子數(shù)。這些端子可以通過螺釘或電纜端口與外部設(shè)備相連。 2．程序容量 一般以 PLC 所能存放用戶程序的多少來衡量。 3．掃描速度 4．指令條數(shù) 5．內(nèi)部繼電器和寄存器 6．編程語言及編程手段 7．高級模塊 PLC 的內(nèi)存分配及 I/O 點數(shù) S7200CPU22 CPU226 部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示 表 31 S7200CPU22 CPU226 功能說明表 元件名稱 代表字母 編號范圍 功 能 說 明 輸入寄存器 I ～ 共14 點 接受外部輸入設(shè)備的信號 輸出 Q ～ 輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 12 寄存器 共 10 點 外部設(shè)備 位存儲器 M ～ 在程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出 定時器 256(T0～ t255) T0,T64 保持型通電延時 1ms T1 ～T4,T65～ T68 保持型通電延時 10ms T5 ～T31,T69～ T95 保持型通電延時 100ms T32,T96 ON/OFF 延時 ,1ms T33 ～T36,T97～ T100 ON/OFF 延時 ,10ms T37～T63,T101～ T255 ON/OFF 延時 ,100ms 計數(shù)器 C C0～ C255 加法計數(shù)器，觸點在程序內(nèi)部使用 高速計數(shù)器 HC HC0～ HC5 用來累計比 CPU 掃描速率更快的事件 順序控制繼電器 S ～ 提供控制程序的邏輯分段 變量存儲器 V ～ 數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲元件 局部存儲器 L ～ 使用臨時的寄存器，作為暫時存儲器 特殊 SM ～ CPU 與用戶之間交換信息 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 13 存儲器 特殊存儲器 SM(只讀 ) ～ 接受外部信號 累加寄存器 AC AC0～ AC3 用來存放計算的中間值 PLC 的工作原理： PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程 序控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中， PLC 還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段（如圖所示） 在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查 CPU，模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器 鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。 在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。 在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。 在輸出處理階段， CPU 將輸出映像寄存器的通 /斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 14 圖 32PLC 的工作原理圖 PLC 的功能及應(yīng)用 可編程控制器自問世以來發(fā)展極為迅速。在工業(yè)控制方面正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代工業(yè)自 動化生產(chǎn)的三大支柱之一。 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 PLC 和計算機(jī)數(shù)控 (CNC) 設(shè)備集成在一起，可以完成機(jī)床的運動控制。 定時和計數(shù)精度高，設(shè)置靈活，且高精度的時鐘脈沖可用于準(zhǔn)確的實時控制。 PLC 能完成數(shù)模轉(zhuǎn)換或者模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制大量的物理參數(shù)，例如，溫度、壓力、速度和流量等。 能完成數(shù)據(jù)運算，邏輯運算、比較傳送及轉(zhuǎn)換等。 PLC 之間、 PLC 和上級計算機(jī)之間有很強的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電、故障時的對策等。 電磁閥簡介 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 15 工作原理 電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的 水 管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排 水 的孔，而進(jìn) 水 孔是常開的，液壓 水就會進(jìn)入不同的排 水 管，然后通過 水 的壓力來推動 水 剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機(jī)械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運動。 電磁閥的分類 1． 直動式電磁閥 原理：通電時，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點：在真空、負(fù)壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過 25mm。 2． 分布直動式電磁閥 原理： 它是一種直動和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動壓差時，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介 質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。 特點： 在零壓差或真空、高壓時亦能動作，但功率較大，要求必須水平安裝。 如圖 33 所示為直動式電磁閥 ： 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說 明 書 （ 論 文 ） 16 圖 33 直動式電磁閥 3． 先導(dǎo)式電磁閥 原理：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。特點： 流體壓力范圍上限較高，可任意安裝（需定制）但必 須滿足流體壓差條件。 如圖 34 所示為先導(dǎo)式電磁閥： 圖 34 先導(dǎo)式電磁閥 電磁閥在選型時的注意事項 1． 適用性 根據(jù)持續(xù)工作時