【文章內(nèi)容簡介】 個以 微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì) 。 它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時 /計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 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(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，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)試與查錯也很方便。 圖 3 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 10 頁 共 30 頁 PLC 系統(tǒng) 組成 PLC 種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由 CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如 下 圖 4 所示。 PLC 掃描過程 PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)， PLC 通過執(zhí)行反映控 制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時響應(yīng)隨時變化的輸入信號，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，圖 4 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 11 頁 共 30 頁 直至 PLC 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)中， PLC 還要完成內(nèi)部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段 （圖 5） 。 PLC 執(zhí)行程序 過程 1. 輸入采樣階段 輸入采樣又叫輸入處理，在此階段， PLC 順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的輸入映像寄存器，寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 2. 程序執(zhí)行階段 程 序執(zhí)行階段根據(jù) PLC 梯形圖程序的掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。 3. 輸出刷新階段 輸出刷新也叫輸出處理，程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器中寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 圖 5 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 12 頁 共 30 頁 組態(tài)王基礎(chǔ) 組態(tài)王 （圖 6） 是一款開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件， 是新型的 工業(yè)自動控制系統(tǒng) ，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。 它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內(nèi)部的各種 生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。 組態(tài)王 基于 Microsoft Windows XP/NT/2020 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統(tǒng)的實(shí)時信息。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。 組態(tài)王 具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分 為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層 ， 它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用圖 6 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 13 頁 共 30 頁 組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 組態(tài)軟件 也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時趨勢 曲線 等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 ：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 ：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動畫鏈接、命令語言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 ：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計(jì)顯示動態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作 。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 14 頁 共 30 頁 組態(tài)王實(shí)現(xiàn)步驟 對于變量的定義， 就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫 ， 并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性 ， 比如 時間、位置 等。 在我們的題目中我們需要定義的變量有： 病房 位置、 病床位置、各個控制開關(guān)、指示燈 等。當(dāng)我們創(chuàng)建動畫時需要用這些變量將不同的畫面之間建立聯(lián)系。變量的類型選擇需要根據(jù)具體的應(yīng)用來選擇，由于此次課程設(shè)計(jì)我們實(shí)驗(yàn)室的 PLC 試驗(yàn)箱不能實(shí)現(xiàn)與組態(tài)王相連接，因此定義的變量類型均為內(nèi)存型的。 圖形界面的設(shè)計(jì) 是用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的 工控 設(shè)備。 由于我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個 病床呼叫系統(tǒng)的動畫，因此我們在創(chuàng)建動畫時需要繪制出 病房 、 病床 、指示燈、開關(guān)、定時裝置等內(nèi)容。由于組態(tài)王當(dāng)中提供了圖庫，但是對于那些圖庫里沒有的圖片，我們需要去網(wǎng)上搜索素材，整理后再應(yīng)用組態(tài)王中的點(diǎn)位圖等工具進(jìn)行編輯。 當(dāng)我們完成控制工程的圖畫設(shè)計(jì)與變量定義之后，要想建立動畫還應(yīng)該將這些圖畫與定義的變量進(jìn)行連接，應(yīng)用組態(tài)王的編程語言，通過編程來實(shí)現(xiàn)對變量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對畫面運(yùn)行的控制。程序的設(shè)計(jì)是基于工程控制來進(jìn)行的，以實(shí)際情況為基礎(chǔ)我們建立的動畫應(yīng)滿足 實(shí)際情況。這樣，我們就完成了對工業(yè)控制過程的模擬，如果與外設(shè)相連還可以對控制過程進(jìn)行監(jiān)測和控制。當(dāng)建立動畫連接完成后，就可以對動畫進(jìn)行運(yùn)行。 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁 共 30 頁 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)詞典設(shè)計(jì) 燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書