【文章內(nèi)容簡介】 信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 （ 2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （ 3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制 計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 8 體積小，重量輕，能耗低以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè) 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的主要應(yīng)用范圍通?？煞譃橐韵聨追N： 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，例如塑料機械、印刷機械、訂書機械、組合機床、磨床、電鍍流水線及電梯控制等。這些設(shè)備對控制系統(tǒng)的要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合 PLC 使用的領(lǐng) 域。在這里 PLC 用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制，應(yīng)用于單機控制，多機群控等。 ，在該領(lǐng)域主要對物體進行品質(zhì)處理、形狀加工、組裝，以位置、形狀、力、速度等機械量和邏輯控制為主。其電器自動控制系統(tǒng)中的開關(guān)量占絕大多數(shù)，由于 PLC 性能的提高和通信功能的增強，使得它在制造業(yè)領(lǐng)域中的大中型控制系統(tǒng)中也占絕對主導地位。 為適應(yīng)高精度的位置控制，現(xiàn)在的 PLC 制造商為用戶提供了功能完善的運動控制功能。這一方面體現(xiàn)在功能強大的主機可以完成多路高速計數(shù)器的脈沖采集和 大量的數(shù)據(jù)處理的功能；另一方面還提供了專門的單軸或多軸的控制步進電動機和伺服電動機的位置控制模塊，這些智能化的模塊可以實現(xiàn)任何對位置控制的任務(wù)要求?，F(xiàn)在工業(yè)自動化領(lǐng)域基于 PLC 的運動控制系統(tǒng)和其他的控制手段相比，功能更強、裝置體積更小、價格更低、速度更快、操作更方便。 PLC 結(jié)構(gòu) PLC 結(jié)構(gòu)如圖 所示 9 圖 可編程邏輯 控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一類可編程的存儲器 ，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的 指令 ，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn) 過程 。 處理器 CPU 中央處理單元 (CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查 電源 、存儲器、 I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入 裝置 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存 入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù) 寄存器 內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 10 為了進一步提高可編程邏輯控制器的 可靠 性 ，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。 系統(tǒng)存儲器用來存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能更改。它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計者規(guī)定的各項工作。 用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的應(yīng)用程序。用戶程序存儲器根據(jù)所選 用的存儲器單元類型的不同，可以是 RAM、 EPROM 或 EEPROM 存儲器，其內(nèi)容可由用戶任意更改。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等，用戶存儲器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映 PLC 性能的重要指標之一。而 PLC 使用的存儲器類型有三種： ROM（只讀存儲器）、 RAM（隨機存取存儲器）和 EEPROM（可電擦出可編程的只讀存儲器）。 PLC 一般使用 220V 的交流電源或 24V 直流電源，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/+12V、 24V 等直流電源，整體式的小型 PLC 還提供一定容量的直流 24V 電源，供外部有源傳感器使用。 PLC 所采用的看管電源輸入電壓范圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強。 電源不見的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的 PLC，通常電源封裝到機殼內(nèi)部；對于模塊式 PLC，則多采用單獨的電源模塊。 4. 輸入 /輸出單元 PLC 的輸入和輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量。輸入 /輸出接口單元包含兩部分：一部分是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 11 第二章系統(tǒng)的硬件軟件 加熱 反應(yīng)爐對電氣控制系統(tǒng)的要求 在工藝過程上，加熱反應(yīng)爐對電控系統(tǒng)有如下要求： 加熱反應(yīng)爐開始工作時，首先檢測下液面 X1，爐溫 X2，爐內(nèi)壓力 X4 是否都小于給定值，即是否都為邏輯 0，若為 0，則開啟排氣閥 Y1 和進料閥 Y2。液面上升到設(shè)定位置時，關(guān)閉排氣閥和進料閥，進料過程結(jié)束。 當爐溫低于給定值時（ X2=0），接通加熱反應(yīng)爐電源 Y5；當爐溫高于給定值時（ X2=1） . ，使爐內(nèi)壓力降到起始值 (X4=0)，并打開排放閥 Y4，使爐內(nèi)液面下降到下液面時（ Y1=0）， 按 SB3 系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，進入下一個循環(huán)。 系統(tǒng)設(shè)計方案 首先，選擇機型。目前 PLC 產(chǎn)品種類繁多，同一個公司生產(chǎn)出來的 PLC 也常常推出系列產(chǎn)品，這需要去選擇最適合自己要求的產(chǎn)品。正確選擇產(chǎn)品中，首要的是選定機型，其選擇方法有兩種： 1. 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機型。 從選機型的角度看，控制系統(tǒng)可以分成單體控制小系統(tǒng)、慢過程大系統(tǒng)和快速控制大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在 PLC 的選擇上是有區(qū)別的。 1）單體控制的小系統(tǒng)：這種系統(tǒng)一般使用一臺 PLC 就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設(shè)備或多臺設(shè)備中的一個功能。這種系統(tǒng)對 PLC 間的通信問題要求不高，甚至沒有要求。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與設(shè)備系統(tǒng)的其他機器連接。對這類系統(tǒng)的選擇要注意下面三種情況。 12 一是設(shè)備集中，設(shè)備的功率較小。這時需選用局部式結(jié)構(gòu)、低電壓高密度輸入輸出模塊。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大。這時需選用離散式結(jié)構(gòu)、高電壓、低密度輸入輸出模塊。 三是專門要求的設(shè)備。這時輸入輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù)，更重要的是控制速度功能，選用速計數(shù)功能模塊。 13 2）慢過程大系統(tǒng)：對運行速度要求不高，但設(shè)備間有連鎖關(guān)系，設(shè)備距離遠，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭 、大型車站信號控制；也有的設(shè)備本身對運行速度要求不高，如大型連續(xù)軋鋼廠、冷連續(xù)軋鋼廠中的輔助生產(chǎn)機組和共有系統(tǒng)、供風系統(tǒng)等。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程調(diào)試都不方便，一旦發(fā)生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小型和低速網(wǎng)相連接。由于現(xiàn)在生產(chǎn)的控制器多為插件式模板結(jié)構(gòu)，它的價格是隨輸入輸出模板數(shù)和智能模板數(shù)的多少決定的，同一種機型輸入輸出點數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網(wǎng)絡(luò)相連后就不必要選用大機型。這樣選用每一臺中小型 PLC 控制一臺單體設(shè)備，功能簡單，程序好編，調(diào)試容易，運行中一旦發(fā) 生故障影響面小，且容易查找。 3）快速控制大系統(tǒng)：隨著 PLC 在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中， PLC 不僅能完成邏輯控制和主令控制，并已逐步進入了設(shè)備控制級，如高速線材、中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，即使使用輸入輸出容量大、運行速度快、計算功能強的一臺大型 PLC 也難以滿足控制要求。如多臺 PLC，則有互相間信息交換與系統(tǒng)響應(yīng)要求快的矛盾。采用可靠的高速網(wǎng)能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要求。高速網(wǎng)一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。對信息交換的速度要求高，但交換的信息又不太多的系統(tǒng) ，也可以采用PLC 的輸出端口與另一臺 PLC 的輸入端口硬件互聯(lián)，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點占用太多。 對控制對象要求進行估計，這對確定機型十分重要。根據(jù)控制對象要求的輸入輸出點數(shù)的多少，可以估計出 PLC 的規(guī)模。根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計出 PLC 的性能。根據(jù)控制對象的操作規(guī)則，可以估計出控制程序所占內(nèi)存的容量。有了這些初步估計，會使得機型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進行粗估，首先要了解下列問題。 1）對輸 入 /輸出點數(shù)的估計：為了正確地估計輸入 /輸出點數(shù) ,需要了解下列問題。 對開關(guān)量輸入，按參數(shù)等級分類統(tǒng)計。 14 對開關(guān)量輸出，按輸出功率要求及其他參數(shù)分類統(tǒng)計。 對模擬量輸出 /輸入，按點數(shù)進行粗估。 2）對 PLC 性能要求的估計：為了正確地估計 PLC 性能要求，需要了解下列問題。 是否有特殊控制功能要求，如高速計數(shù)器等。 機房離現(xiàn)場的最遠距離為多少。 現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度有何要求。 在此基礎(chǔ)上，選擇控制器時尚需注意兩個問題。其一是 PLC 可帶 I/O 點數(shù)。有的手冊或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點數(shù)或最大輸出點數(shù)，常意味著只 插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，有時也稱為掃描容量，需格外注意。其二是 PLC通信距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠程 I/O 板在內(nèi)達到的距離。但是如果 PLC 裝有遠程 I/O 模塊時，由于遠程 I/O 模塊的響應(yīng)速度慢，會使 PLC 的響應(yīng)速度大大下降。 3. 對所需內(nèi)存容量的估計：用戶程序所需要的內(nèi)存與下列因素有關(guān)。 邏輯量輸入輸出點數(shù)的估計。 模擬量輸入輸出點數(shù)的估計。 內(nèi)存利用率的估計。 程序編制者的編制水平的估計。 程序中各條指令最后都是以機器語言形式存放在內(nèi)存中?？刂葡到y(tǒng)中輸入輸出點數(shù)和存放 系統(tǒng)用戶機器語言所占用的內(nèi)存字節(jié)之比為內(nèi)存利用率。內(nèi)存利用率與編程水平有關(guān)。內(nèi)存利用率的提高會使同樣程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資，縮短周期時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 對象和范圍的確定 15 PLC 一般適合應(yīng)用于環(huán)境差、而對安全性、可靠性要求比較高，系統(tǒng)工藝復雜，輸入 /輸出以開關(guān)量為主的自動化控制系統(tǒng)或者裝置中。當前的 PLC 不僅能對開關(guān)量能有效地進行控制，而且對模擬量的處理能力也非常強，可以完成復雜的自動控制任務(wù)。 在確定控制對象和控制范圍之后，就要開始 PLC 的選型。 PLC 的選擇主要包括PLC 容量的選 擇與確定、 PLC 外設(shè)的選擇與確定、 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定 3個方面。 . PLC 容量的選擇與確定 PLC 容量的選擇，首先要對控制任務(wù)進行更加詳細分析，把所有的 I/O 點找出來，包括開關(guān)量 I/O 和模擬量 I/O 以及這些 I/O 點的性質(zhì)。 I/O 點的性質(zhì)主要是指它們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是繼電器、電磁閥，還是直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點數(shù)可能大于實際點數(shù)。因此 PLC 的輸出點一般是幾個組成一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。這樣就有可能 造成輸出點數(shù)的浪費，增加了生產(chǎn)成本。因此在設(shè)計中要盡量避免這種情況的出現(xiàn)。一般情況下，輸出為繼電器的 PLC 使用的最多，但是對于要求高速輸出的情況，就要使用無觸點的晶體管輸出的 PLC。分析與了解了這么多之后，就可以確定 PLC 的容量了，確定該使用多少點和 I/O類型的 PLC。 . PLC 外設(shè)的選擇與確定 PLC 外設(shè)的選擇也是在控制系統(tǒng)任務(wù)詳細分析之后，根據(jù)實際的需要，選擇與所使用的 PLC 相應(yīng)的配套模塊