【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(hù)。這樣，整個(gè)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(qiáng) 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(chǎng)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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) 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(qiáng)及人機(jī)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(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)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(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。 這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)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(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè) 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的主要應(yīng)用范圍通常可分為以下幾種： 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、組合機(jī)床、磨床、電鍍流水線及電梯控制等。這些設(shè)備對(duì)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(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制，應(yīng)用于單機(jī)控制，多機(jī)群控等。 ，在該領(lǐng)域主要對(duì)物體進(jìn)行品質(zhì)處理、形狀加工、組裝，以位置、形狀、力、速度等機(jī)械量和邏輯控制為主。其電器自動(dòng)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(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(duì)主導(dǎo)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(yùn)動(dòng)控制功能。這一方面體現(xiàn)在功能強(qiáng)大的主機(jī)可以完成多路高速計(jì)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(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)的位置控制模塊，這些智能化的模塊可以實(shí)現(xiàn)任何對(duì)位置控制的任務(wù)要求。現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域基于 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和其他的控制手段相比，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。 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(chǔ)器 ，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的 指令 ，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過(guò)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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查 電源 、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)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(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 10 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的 可靠 性 ，近年來(lái)對(duì)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(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)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(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序。用戶程序存儲(chǔ)器根據(jù)所選 用的存儲(chǔ)器單元類型的不同，可以是 RAM、 EPROM 或 EEPROM 存儲(chǔ)器，其內(nèi)容可由用戶任意更改。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來(lái)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(chǔ)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(biāo)之一。而 PLC 使用的存儲(chǔ)器類型有三種： ROM（只讀存儲(chǔ)器）、 RAM（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）和 EEPROM（可電擦出可編程的只讀存儲(chǔ)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(chǔ)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(qiáng)。 電源不見的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 PLC，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部；對(duì)于模塊式 PLC，則多采用單獨(dú)的電源模塊。 4. 輸入 /輸出單元 PLC 的輸入和輸出信號(hào)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(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求 在工藝過(guò)程上，加熱反應(yīng)爐對(duì)電控系統(tǒng)有如下要求： 加熱反應(yīng)爐開始工作時(shí)，首先檢測(cè)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(jìn)料閥 Y2。液面上升到設(shè)定位置時(shí)，關(guān)閉排氣閥和進(jìn)料閥，進(jìn)料過(guò)程結(jié)束。 當(dāng)爐溫低于給定值時(shí)（ X2=0），接通加熱反應(yīng)爐電源 Y5；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)（ X2=1） . ，使?fàn)t內(nèi)壓力降到起始值 (X4=0)，并打開排放閥 Y4，使?fàn)t內(nèi)液面下降到下液面時(shí)（ Y1=0）， 按 SB3 系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 首先，選擇機(jī)型。目前 PLC 產(chǎn)品種類繁多，同一個(gè)公司生產(chǎn)出來(lái)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(jī)型，其選擇方法有兩種： 1. 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型。 從選機(jī)型的角度看，控制系統(tǒng)可以分成單體控制小系統(tǒng)、慢過(guò)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(tái) PLC 就能完成控制要求，控制對(duì)象常常是一臺(tái)設(shè)備或多臺(tái)設(shè)備中的一個(gè)功能。這種系統(tǒng)對(duì) PLC 間的通信問題要求不高，甚至沒有要求。但有時(shí)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(jī)器連接。對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)數(shù)功能模塊。 13 2）慢過(guò)程大系統(tǒng)：對(duì)運(yùn)行速度要求不高，但設(shè)備間有連鎖關(guān)系，設(shè)備距離遠(yuǎn)，控制動(dòng)作多，如大型料場(chǎng)、高爐、碼頭 、大型車站信號(hào)控制；也有的設(shè)備本身對(duì)運(yùn)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(jī)組和共有系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)等。對(duì)這一類型對(duì)象，一般不選用大型機(jī)，因?yàn)樗幊陶{(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(tái)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(jià)格是隨輸入輸出模板數(shù)和智能模板數(shù)的多少?zèng)Q定的，同一種機(jī)型輸入輸出點(diǎn)數(shù)少，則價(jià)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(jī)型。這樣選用每一臺(tái)中小型 PLC 控制一臺(tái)單體設(shè)備，功能簡(jiǎn)單，程序好編，調(diào)試容易，運(yùn)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(kuò)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(jìn)入了設(shè)備控制級(jí)，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(yùn)行速度快、計(jì)算功能強(qiáng)的一臺(tái)大型 PLC 也難以滿足控制要求。如多臺(tái) 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(jià)格都很貴，適用于有大量信息交換的系統(tǒng)。對(duì)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(tái) PLC 的輸入端口硬件互聯(lián)，通過(guò)輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當(dāng)然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點(diǎn)占用太多。 對(duì)控制對(duì)象要求進(jìn)行估計(jì)，這對(duì)確定機(jī)型十分重要。根據(jù)控制對(duì)象要求的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以估計(jì)出 PLC 的規(guī)模。根據(jù)控制對(duì)象的特殊要求，可以估計(jì)出 PLC 的性能。根據(jù)控制對(duì)象的操作規(guī)則，可以估計(jì)出控制程序所占內(nèi)存的容量。有了這些初步估計(jì)，會(huì)使得機(jī)型選擇的可行性更大了。為了對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行粗估，首先要了解下列問題。 1）對(duì)輸 入 /輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì)：為了正確地估計(jì)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) ,需要了解下列問題。 對(duì)開關(guān)量輸入，按參數(shù)等級(jí)分類統(tǒng)計(jì)。 14 對(duì)開關(guān)量輸出，按輸出功率要求及其他參數(shù)分類統(tǒng)計(jì)。 對(duì)模擬量輸出 /輸入，按點(diǎn)數(shù)進(jìn)行粗估。 2）對(duì) PLC 性能要求的估計(jì)：為了正確地估計(jì) 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(jì)數(shù)器等。 機(jī)房離現(xiàn)場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離為多少。 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制器響應(yīng)速度有何要求。 在此基礎(chǔ)上，選擇控制器時(shí)尚需注意兩個(gè)問題。其一是 PLC 可帶 I/O 點(diǎn)數(shù)。有的手冊(cè)或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù)，常意味著只 插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，有時(shí)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(cè)上給出的覆蓋距離，有時(shí)叫最大距離，包括遠(yuǎn)程 I/O 板在內(nèi)達(dá)到的距離。但是如果 PLC 裝有遠(yuǎn)程 I/O 模塊時(shí)，由于遠(yuǎn)程 I/O 模塊的響應(yīng)速度慢，會(huì)使 PLC 的響應(yīng)速度大大下降。 3. 對(duì)所需內(nèi)存容量的估計(jì)：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(diǎn)數(shù)的估計(jì)。 模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì)。 內(nèi)存利用率的估計(jì)。 程序編制者的編制水平的估計(jì)。 程序中各條指令最后都是以機(jī)器語(yǔ)言形式存放在內(nèi)存中?？刂葡到y(tǒng)中輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存放 系統(tǒng)用戶機(jī)器語(yǔ)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(huì)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(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。 對(duì)象和范圍的確定 15 PLC 一般適合應(yīng)用于環(huán)境差、而對(duì)安全性、可靠性要求比較高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入 /輸出以開關(guān)量為主的自動(dòng)化控制系統(tǒng)或者裝置中。當(dāng)前的 PLC 不僅能對(duì)開關(guān)量能有效地進(jìn)行控制，而且對(duì)模擬量的處理能力也非常強(qiáng)，可以完成復(fù)雜的自動(dòng)控制任務(wù)。 在確定控制對(duì)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(gè)方面。 . PLC 容量的選擇與確定 PLC 容量的選擇，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行更加詳細(xì)分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，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)。 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)主要是指它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，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(diǎn)數(shù)可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因此 PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)組成一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。這樣就有可能 造成輸出點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本。因此在設(shè)計(jì)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(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)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(diǎn)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(xì)分析之后，根據(jù)實(shí)際的需要，選擇與所使用的 PLC 相應(yīng)的配套模塊