【文章內(nèi)容簡介】 ） 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 10 （ 4） 編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 （ 5） 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置， 便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。 PLC 的功能 （ 1）邏輯控制 （ 2）定時控制 （ 3）計數(shù)控制 （ 4）步進(jìn) (順序 )控制 （ 5） PID 控制 （ 6）數(shù)據(jù)控制： PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。 （ 7）通信和聯(lián)網(wǎng) （ 8）其它： PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT 模塊。 可編程控制器的分類、應(yīng)用及發(fā)展 可編程控制器 的分類 （ 1）小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點數(shù)一般在 128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件11 融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 （ 2）中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點數(shù)一般在 256~1024 點之間。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特 殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 （ 3）大型 PLC 一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。 PLC 可以分為整體式和模塊式兩種 可編程控制器的應(yīng)用 PLC 廣泛應(yīng)用于機械制造、石化、冶煉、電力、輕紡、汽車、交通及各種機電產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 典型的應(yīng)用有：順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)、顯示打印。 可編程控制器的發(fā)展方向 （ 1）向體積更小、速度更快的方向發(fā)展 微電子技術(shù)及電子電路裝配工藝的不斷改進(jìn)，都會使 PLC 的體積更加小，以便于嵌入到任何小型的機器和設(shè)備之中。 （ 2）向大型化、高可靠性及多功能方面發(fā)展 大型 PLC 向著容量大、智能高、通信功能強的方向發(fā)展。對于大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合自動控制的 PLC，大多已采用多 CPU 的結(jié)構(gòu)，有閉環(huán)控制的 PID 模塊、模擬量的模糊控制，自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能。 12 （ 3）與其他工業(yè)控制 產(chǎn)品的結(jié)合 在大型自動控制系統(tǒng)中計算機和 PLC 在應(yīng)用功能方面互相融合、互補、滲透，使控制系統(tǒng)的性價比不斷提高。 PLC的工作原理 工作原理 圖 22 PLC原理圖 PLC 是一種微機 控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機相同，但在應(yīng)用時，可不必用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如圖 31 所示。 （ 1） 輸入部分 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息 。輸入接線端是PLC 與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口。每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由 PLC 的電源部件提供 (如直流 24V)，也可由獨立的交流電源 (如交流110V)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點，供設(shè)計 PLC 控制程序時使用。 COMX000 X000X000 X001Y000Y000COM1Y000 M程序示例可編程控制器輸入信號輸入端子輸出端子外部電源電機負(fù)載Y000X000常開觸點常閉觸點13 （ 2）內(nèi)部控制電路 這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。 PLC 程序一般用梯形圖形式表示。梯形圖是從 繼電器控制的電氣原理圖演變而來的， PIC 程序中的動合、動斷觸點、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在 PLC 內(nèi)部還設(shè)有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。 （ 3） 輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動外部負(fù)載。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器 (有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式 )，它也有無限多軟件實現(xiàn)的動合、動斷觸點，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有一個硬件的動合 觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載；如圖 31 所示。外部負(fù)載的驅(qū)動電源接在輸出公共端 (COM)上。 PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng) PLC 加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除I／ O 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。開始運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段。 （ 1）公共處理階段 這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查 I／ O 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或 自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。 （ 2）執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機等外部設(shè)備與 PLC 相連時，則 PLC 在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。 （ 3）程序執(zhí)行階段 14 在這個階段， CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù) (輸入和輸出的狀態(tài) )進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 （ 4）輸入、輸出更新階段 PLC 的 CPU 在每個掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。 CPU 對各個輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀 態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。這種對輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的重要特點。 PLC系統(tǒng)設(shè)計 的一般 步驟 如圖 23 流程所示， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟可以分為： （ 1）根據(jù)生產(chǎn)過程分析控制要求，對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動作的順序和條件，對于簡單的系統(tǒng)可以省去這步； （ 2）根據(jù)控制要求確定所需要的輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點數(shù)； （ 3）選 擇 PLC 的機型及其容量。選型十規(guī)模要適當(dāng)，功能相當(dāng)，結(jié)構(gòu)緊湊，考慮負(fù)載能力及其環(huán)境因數(shù)； （ 4）定義輸入、輸出點名稱，分配 PLC 的 I/O 點，設(shè)計 I/O 連接圖； （ 5）根據(jù) PLC 所要完成的任務(wù)及其應(yīng)該具備的功能，進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，同時進(jìn)行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 15 NO聯(lián)機調(diào)試滿足要求？編制技術(shù)文件交付使用控制臺設(shè)計及現(xiàn)場施工YES分配I / O 點、設(shè)計I / O 連接圖工藝過程確定用戶I / O 設(shè)備選擇P L C分析控制要求繪制流程圖設(shè)計梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查YES滿足要求？調(diào)試NOP L C 程序設(shè)計 設(shè)計控制臺（柜）現(xiàn)場連線修改NO圖 23 PLC系統(tǒng)設(shè)計步驟 16 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計方法 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計 1． PLC 控制系統(tǒng)類型 （ 1）由 PLC 構(gòu)成的單機控制系統(tǒng)。 （ 2）由 PLC 構(gòu)成的集中控制系 統(tǒng)。 （ 3）由 PLC 構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。 （ 4）用 PLC 構(gòu)成遠(yuǎn)程 I／ 0 控制系統(tǒng)。 2．系統(tǒng)的運行方式 （ 1）手動運行方式。 （ 2）半自動運行方式。 （ 3）自動運行方式。 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù) 1．工藝要求 2．設(shè)備狀況 3．控制功能 4． I／ 0 點數(shù)和種類 5．系統(tǒng)的先進(jìn)性 可編程序控制器的機型選擇 1． CPU 的功能 2． I/0 點數(shù) 3． 響應(yīng)速度 17 4． 指令系統(tǒng) 5． 機型選擇的其他考慮 輸入 /輸出模板的選擇 1．?dāng)?shù)字量輸入模塊的選擇 2．?dāng)?shù)字量輸出模塊的 選擇 3．模擬量模塊的選擇 4．智能 I／ 0 模塊的應(yīng)用選擇 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件 1．系統(tǒng)硬件配置圖 2．模塊統(tǒng)計表 3． I／ 0 硬件接口圖及 I／ 0 地址表 系統(tǒng)供電設(shè)計 1．供電系統(tǒng)的保護(hù)措施 2．電源模塊的選擇 4． I／ 0 模塊供電電源設(shè)計 5． 系統(tǒng)接地設(shè)計 6． 可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計 7． 電纜設(shè)計和敷設(shè) 18 第 三 章 PLC 編程軟件 CXProgrammer 的使用簡介 本設(shè)計主要涉及的是軟件 CXProgrammer的編程應(yīng)用以及與外接設(shè) 備的模擬仿真，CXProgrammer 是 OMRON 公司新的編程軟件，適用于 C、 CV、 CS1 系列 PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調(diào)試以及監(jiān)控，同時還具有完善的維護(hù)等功能，使得程序的開發(fā)及系統(tǒng)的維護(hù)更為簡單、快捷。 CXP 編程軟件的主要功能 CXP 編程軟件可以實現(xiàn)梯形圖或語句表的編程、編譯檢查程序、程序和數(shù)據(jù)的上載及下載、設(shè)置 PLC 的設(shè)定區(qū)、對 PLC 的運行狀態(tài)或內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和測試、打印程序清單、文檔管理等功能。 CXP 編程軟件界面的外觀如圖 31 所示。編程界面包括標(biāo)題欄、菜單 條、工具條、狀態(tài)欄以及 5 個窗口（可用“視圖”菜單中的“窗口”項來選擇顯示窗口） 圖 31 CXP 編程軟件界面 19 CXP 編程軟件的使用 ： 用 CXP 編程軟件編制用戶程序可按以下步驟進(jìn)行：啟動 CXP 軟件、建立新工程文件、繪制梯形圖、編譯程序、下載程序和監(jiān)視程序運行等。 繪制梯形圖 本設(shè)計的關(guān)鍵在于運用 CXP 編程軟件繪制梯形圖。下面簡要說明使用 CXP 軟件編寫梯形圖的過程。 （ 1）先用鼠標(biāo)選取工具條中的“常開觸點”按鈕，然后在如圖 B4 所示的梯形圖編輯窗口中，單擊第一條 指令行的開始位置，將彈出如圖 32 所示的新接點對話框，輸入圖中的各項內(nèi)容后，按“確定”鍵。 圖 32 “輸入常開觸點”窗口 （ 2）圖 33 顯示第一個觸點已經(jīng)輸入到第一行的起始位置。觸點的上方是該常開觸點的名稱和地址，下方是注釋。觸點左側(cè)的紅色標(biāo)記表示該觸點所在的指令條存在邏輯錯誤或者不完整。 20 圖 34 顯示常開觸點 如果想改變觸點的顯示方式，可利用“工具”菜單中的“選項”命令來實現(xiàn)。 圖 35 “選項”窗口（梯形圖信息） （ 3）若要在第一個觸點的右邊串接一個常閉觸點，可 先用鼠標(biāo)選取工具條中的“常21 閉觸點”按鈕，然后單擊第一個觸點的右邊位置，在彈出的對話框中輸入相應(yīng)的內(nèi)容，完成第二個觸點的輸入。 （ 4）若要在第一行的最后輸入一個線圈，可用鼠標(biāo)選取工具條中的“新線圈”按鈕，然后按照上述的方法完成線圈的輸入。當(dāng)光標(biāo)離開線圈時，軟件會自動將該線圈調(diào)整到緊靠右母線的位置，如圖 36 所示。當(dāng)線圈輸入完畢后，第一個觸點左側(cè)的紅色標(biāo)記就會自動消失。 圖 36 添加輸出線圈 如果要改變右母線在梯形圖中的顯示位置，可以通過“工具”菜單中的“選項”命令來實現(xiàn)。選項窗口如圖 37 所示，只要改 變圖中“初始位置（單元格）”的數(shù)值即可。 22 圖 37 “選項”窗口（梯形圖） （ 5）若要在第一個觸點的下方并聯(lián)一個常開觸點，可用鼠標(biāo)選取工具條中的“新的縱線”按鈕，再點擊第一個觸點的右邊位置，添加一條縱線，此時軟件會在第一個觸點的下方自動插入空行。然后按照第一步的方法，在第一個觸點的下方添加一個常開觸點。，如圖 38 所示： 圖 38 添加縱線和常開觸點 23 （ 6）如果要在梯形圖第二行的行首輸入常開觸點 20210，可以用復(fù)制和粘貼命令來完成。輸入定時器線圈時，