【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PU 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。 PLC 的系統(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 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按控制功能要求，通過(guò)程序按一定算法進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 PLC 專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器和專門(mén)設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示 21 所示 。 圖 21 PLC 結(jié)構(gòu)框圖 （ 1）中央處理單元（ CPU） 與一般的計(jì)算機(jī)一樣， CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能控制 PLC有條不紊地進(jìn)行工作。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，當(dāng) PLC 處于運(yùn)行方式時(shí)， CPU按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。 CPU 的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò) I/O 接口接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷 PLC 內(nèi)部 電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等； PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有 關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 輸 出 接 口 單 元 輸 入 接 口 單 元 CPU 存儲(chǔ)器 電源部分 編程設(shè)備 按鈕、行程開(kāi)關(guān)等 接觸器、電磁閥等 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 2） I／ O 模塊 輸入 (Input)模塊和輸出 (Output)模塊簡(jiǎn)稱為 I／ O 模塊，輸入單元用來(lái)接收來(lái)自用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)、操作開(kāi)關(guān)以及其他傳感器的信號(hào)。 PLC 的接口電路把這些接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 能識(shí)別和處理的信號(hào)， 并存到輸入映像寄存器中。 CPU 運(yùn)行時(shí)讀出輸入映像寄存器中和其他元器件的最新信息并按照程序執(zhí)行，把輸出的最新結(jié)果存入輸出映像寄存器。 （ 3）存儲(chǔ)器 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 廠家編寫(xiě)完成的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能更改。它使 PLC 具有基本功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序的內(nèi)容主要包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用管理程序。 （ 4）編程設(shè)備 過(guò)去的編程設(shè)備一般是編程器，現(xiàn)在 PLC 生產(chǎn)廠家提供的編程設(shè)備是在 PC 上運(yùn)行的基于 WINDOWS 的編程軟件。使用編程軟件可以在屏幕上直接生產(chǎn)和編輯梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖和順序功能圖程序，并能實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到 PLC，也可以把 PLC 中的程序?qū)氲接?jì)算機(jī)中。可用磁盤(pán)或打印的方式來(lái)保存程序，使用網(wǎng)絡(luò)還能進(jìn)行遠(yuǎn)程編輯和傳送。 PLC 的工作方式 PLC 工作過(guò)程 分為三個(gè)部分 ，如圖 22 所示 。 第一 是上電處理。機(jī) 器上電后對(duì) PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行一次上電初始化，包括初始化硬件，檢查 I/O 模塊工作狀態(tài)，設(shè)定的停電保持范圍，系統(tǒng)的通信參數(shù)等。 第二 是掃描過(guò)程 。 PLC 第一 階段 完成以后進(jìn)入掃描處理過(guò)程。首先進(jìn)行輸入掃描，其次完成其他外設(shè)的通信處理，然后進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器 的 更新處理。當(dāng) CPU 處在 STOP運(yùn)行方式時(shí)， PLC 運(yùn)行自診斷檢查。當(dāng) CPU 處在 RUN 方式時(shí)， PLC 要先執(zhí)行完用戶程序和輸出處理，然后再運(yùn)行自診斷檢查。 第三 是出錯(cuò)處理。 PLC 每次進(jìn)行掃描前，要先執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 自身的配置運(yùn)行是否正常，如 CPU、電池、程序存儲(chǔ)器、 I/O 接口和通信模塊等工作是否正常。如查出有異常時(shí)， PLC 上的故障提示 LED 燈亮，在特殊繼電器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼；當(dāng)有致命錯(cuò)誤出 現(xiàn)時(shí)， CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式， PLC 的掃描過(guò)程便停止。 概括而言， PLC 是按集中輸入、集中輸出、周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的 。 基于 PLC 的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 圖 22 PLC 運(yùn)行框圖 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 輸出處理 執(zhí)行自診斷 執(zhí)行程序 PLC 是否 正常？ 致命 錯(cuò)誤 電源 ON 輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程 I/O） 更新時(shí)鐘、特殊寄存器 通信服務(wù)（外設(shè)、 CPU、總線服務(wù)） 內(nèi)部處理 CPU 運(yùn)行方式 CPU 強(qiáng)制為 STOP STOP RUN Y N Y N 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： （ 1）制造業(yè)自動(dòng)化 （ 2）中小型單片機(jī)電氣控制系統(tǒng) （ 3）運(yùn)動(dòng)控制 （ 4）數(shù)據(jù)處理 （ 5）流程工業(yè)自動(dòng)化 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電機(jī)的選擇 本課題選 用三相異步電動(dòng)機(jī)控制作為行車和吊鉤的動(dòng)力單元。三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)容易，價(jià)格便宜，具有較好 動(dòng)性性能 。下圖為電動(dòng)機(jī)的主電路圖，其中 M1 為控制 吊鉤 升降 的電動(dòng)機(jī)， M2 為控制 行車 運(yùn)動(dòng) 的電動(dòng)機(jī) 。 L 1L 2L 3M 1~3~3M 2F U 1 F U 2K M 1K M 2 K M 3K M 4F R 1F R 2Q S 圖 31 電鍍生產(chǎn)線主電路圖 接觸器 KM1， KM2 控制電動(dòng)機(jī) M1 的正、反轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn) 吊鉤的上升和下降 ，接觸器 KM3，KM4 控制電動(dòng)機(jī) M2 的正、反轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn) 行車的前進(jìn)和后退 。 基于 PLC 的電鍍生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 PLC 機(jī)型的選擇 S7200PLC 是德國(guó)西門(mén)子公司 生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC的水平?，F(xiàn)在最新版的 S7200 系列 PLC 的主要特點(diǎn)是： 可靠性 較高、 指令集 豐富、 內(nèi)置集成功能 豐富 、實(shí)時(shí)特性強(qiáng)和通信能力 強(qiáng)大 。其硬件組成如圖 所示。 圖 32 S7200PLC 系統(tǒng)組成 根據(jù) 電鍍生產(chǎn)線 自動(dòng)化的控制要求，本課題 采用了德國(guó)西門(mén)子 PLC S7200 CPU226型號(hào)， 本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出， I/O 共計(jì) 40 點(diǎn)，程序存儲(chǔ)容量大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量達(dá)到 10KB，它有 2 個(gè)通信口，通信能 力強(qiáng)， 無(wú)論獨(dú)立運(yùn)行，還是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)都能完成各種控制任 務(wù)。它的使用范圍可以覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到復(fù)雜的自動(dòng)控制， 適用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 S7200 CPU226 通訊功能完善，具有極高的性能價(jià)格比 ，這是 采用它的主要原因。 PLC 為此系統(tǒng)的控制核心，此系統(tǒng)的輸入信號(hào)有兩種，一種 是原點(diǎn)、 連續(xù) 、 單周期 等面板控制按鈕，另一種 是多種行程開(kāi)關(guān) 。這些面 信號(hào)作為 PLC 的輸入變量， 首先 經(jīng)過(guò) PLC的輸入接口輸入到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器， 然后在 PLC 內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，以輸出變量的形式送到輸出接口， 從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)控制行車的運(yùn)行和吊鉤的升降 ， 完成電鍍的自動(dòng)化過(guò)程。 I/O 分配表及其端子接線圖 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們定義 的端口分配及 功能表如表 31 所示。 表 31 端口 分配 及 功能 表 序號(hào) PLC 地址 （ PLC 端子） 電氣符號(hào) （面板端子） 功能說(shuō)明 1 SD 啟動(dòng) 2 ZD 自動(dòng) 3 SQ1 左到位 4 SQ2 上到位 編程工具 CPU 主機(jī)模塊 HMI 人機(jī)界面 擴(kuò)展 模塊 功能 模塊 通信 模塊 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線 菏澤學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 5 SQ3 下到位 6 1 號(hào) 清洗到位 7 2 號(hào) 電鍍到位 8 3 號(hào) 酸洗到位 9 ML 左行 10 MR 右行