【文章內(nèi)容簡介】 的 PLC 可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。數(shù)據(jù)處 理現(xiàn)代的 PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。 通信聯(lián)網(wǎng)： PLC 的通信包括 PLC 與 PLC、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)、 PLC 與其它智能設(shè)備之間的通信， PLC 系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。 第 2 章 PLC 的概述 11 的特點(diǎn) 可靠性高、抗干 擾能力強(qiáng) 1）硬件方面： 在輸入 /輸出 (I/O)通道采用光電隔離，有效抑制外部干擾源對(duì) PLC 的影響；在設(shè)計(jì)中采用濾波器等電路增強(qiáng) PLC 對(duì)電噪聲、電源波動(dòng)、振動(dòng)、電磁波等的干擾，確保 PLC 在高溫、高濕以及空氣中存有各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣工業(yè)環(huán)境下能穩(wěn)定地工作；對(duì)中央處理器 (Central Processing Unit， CPU)等重要部件采用具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少電磁干擾。 2）在軟件方面： PLC 的監(jiān)控定時(shí)器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)算處理器的延遲，保證在程序出錯(cuò)和程 序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯(cuò)誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng) CPU、電池、輸入/輸出接口、通信等出現(xiàn)異常時(shí)， PLC 的自診斷功能可以檢測(cè)到這些錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時(shí)，后備電池會(huì)正常工作。 通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC 除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。體 積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品 。并且由于 PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的 F140M 型 PLC 為例：其外型尺寸僅為 305 110 110mm，重量 ，功耗小于 25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有 FX 系列 PLC，與其超小型品種目前，大多數(shù) PLC 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非 常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC 的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制第 3 章 自動(dòng)售貨機(jī)的 設(shè)計(jì) 控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語句表等編程語言。 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（ PLC 內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長一些，但 對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大 量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)， PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便第 3 章 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì) 11 體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于 PLC 的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的 F140M 型 PLC 為例：其外型尺寸僅為305 110 110mm，重 量 ，功耗小于 25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有 FX 系列 PLC，與其超小型品種。 的分類 從 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分： 小型機(jī) 小型 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)以下，其功能以開關(guān)量控制為主，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 4k 字節(jié)以下。 中型機(jī) 中型機(jī) PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)一般在 256~2048 點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)容量達(dá)到 2~8k 字節(jié)。 大型機(jī) 大型 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容 8~16 字節(jié)，它具有計(jì)算，控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力 從結(jié)構(gòu)形式分類 整體式結(jié)構(gòu) 整體式又稱箱式體，整體式結(jié)構(gòu)式將 PLC 各主要組成部分集裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，即 cpu 板、輸入板、輸出板、電源板等很緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成 PLC 的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。 模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu) PLC 采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，其特點(diǎn)是 CPU、輸入、輸出、電源等都是獨(dú)立的模塊。 疊裝式結(jié)構(gòu) 疊裝式吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，其基本單元、擴(kuò)展單元等高等寬，但是長度不同。 第 3 章 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì) 12 的發(fā)展趨勢(shì) 向高速度、大容量方向發(fā)展 ： 為了提高 PLC 的處理能力，要求 PLC 具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的 PLC 的掃描速度可達(dá) 右。 PLC 的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的 PLC最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 ： 當(dāng)前中小型 PLC 比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后 PLC 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有 I/O 點(diǎn)數(shù)達(dá) 14336 點(diǎn)的超大型 PLC，其使用 32 位微處理器，多 CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器， 功能強(qiáng)。小型 PLC 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型 PLC，最小配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 8～ 16 點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司α系列 PLC。 PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 ： 為滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開 發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O 模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶 CPU 和存儲(chǔ)器的智能 I/O 模塊，既擴(kuò)展了 PLC 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了 PLC 應(yīng)用范圍。加強(qiáng) PLC 聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是 PLC 技術(shù)進(jìn)步的潮流。 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是 PLC 之間聯(lián)網(wǎng)通信，各 PLC 生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般 PLC 都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC 生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， PLC已成為集散控制系 統(tǒng)（ DCS）不可缺少的重要組成部分。 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 ： 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中， CPU 占 5%， I/O 接口占 15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%，線路占 5%。前二項(xiàng)共 20%故障屬于 PLC 的內(nèi)部故障，它可通過 PLC 本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余 80%的故障屬于 PLC 的外部故障。因此， PLC 生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。 第 3 章 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì) 13 編程語言多樣化 ： 在 PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)， PLC 的編程語言也越來越豐富，功能也不斷 提高。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（ BASIC、 C 語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 PLC 進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 PLC 的編程語言 ： 不同的商家的 PLC 有不同的編程語言，但就某個(gè)商家而言，PLC 的編程語言也就那么幾種。下面，以西門子 PLC 的編程語言為例，說明一下各種編程語言的 異同。 順序功能圖 ： 這是位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編程順序控制的程序（如：機(jī)械手控制程序）。編寫時(shí)，工藝過程被劃 分為若干個(gè)順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動(dòng)作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來控制，特別適合于生產(chǎn)制造過程 ， 西門子 STEP7 中的該編程語言是 S7Graph。 梯形圖 ： 這是使用使用最多的 PLC 編程語言。因與繼電器電路很相似，具有直觀易懂的特點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令構(gòu)成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，線圈 代表邏輯運(yùn)算結(jié)果，常用來控制的指示燈，開關(guān)和內(nèi)部的標(biāo)志位等。指令框用來表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。在程序中，最左邊是主 信號(hào)流，信號(hào)流總是從左向右流動(dòng)的。不適合于編寫大型控制 。 語句表 ： 是一種類似于微機(jī)匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個(gè)程序段。語言表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn) 功能塊圖 ： 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、或門的框圖來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，