【文章內容簡介】 1)通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 (2)單片機，如 8051 等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO模塊。 (3)位片式微處理器，如 AMD2900 系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以 4 位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結構可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC使用。 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用 ，可以把它們分為以下 3種 : (1)系統(tǒng)程序存儲器 :和各種計算機一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 ROM或 EPROM. (2)用戶程序存儲器 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經常改動、調試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備 電池 (鏗電池 )保護 RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序寫入 PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA型 PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。 (3)工作數(shù)據(jù)存儲器 :工作數(shù)據(jù)是經常變化、經常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應隨機存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲 PLC 的開關量輸入 /輸出和定時器、計數(shù)器、輔助 繼電器等內部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來存放 A/0 轉換得到的數(shù)字和數(shù)學 專科生畢業(yè)設計（論文） 8 運算的結果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 1/0 單元 I/0 單元也稱為 I/0模塊。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。 通過接口電路將這些信號轉換成中央處理器能 夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件 . 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內部的開關電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對于整 體式結構的 CPU，通常電源封裝到機殼內部 。對于模塊式 PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個模塊中。 擴展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 通信接口 為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。 PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的 PLC 或計算機相連。當 PLC 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當與監(jiān)視器相連時 .可將過程圖像顯示出來 。當與其他 PLC 相連時，可以組成 多機系統(tǒng)或連成網路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合性控制。 編程器 編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有 LCD 或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用 PC 作為編程器， PLC 生產廠家 配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序， 專科生畢業(yè)設計（論文） 9 并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉換。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。 PLC 的應用領域 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變 生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產場合。目前， PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類 : (1)開關量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設備，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 (2)工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 (即模擬量 )， PLC采用相應的 A/D和 D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。 PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 (3)運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 (4)數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學運算 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù) 的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5)通信及聯(lián)網 PLC通信包括 PLC間的通信及 PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網絡的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 10 件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 11 第 3章 總體方案 方案論證 在設計時，我曾用到四個方案，由于數(shù)據(jù)輸入、比較輸出、小車運行及 顯示方面的程序在調試時可以通過，因此，這四個方案都是基于數(shù)據(jù)移位來選擇的。 方案一： 開始時，考慮的是一般較為習慣的繼電器控制電機和利用限位開關等實物控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)我所需要的功能。當時，考慮到經濟性和系統(tǒng)更變較為不便。因此，我放棄了該方案。 方案二： 拋棄了方案 1 后，我開始尋求一種軟件更改方便的方法。利用電子線路實現(xiàn)電機正、反轉以及定位等。此種方法的設計程序較為難點，結果把所用到的功能指令都接于主母線上，但在調試時，則出現(xiàn)了第三，第四個輸入信號錯位的現(xiàn)象。 方案三： 把該部分的程序改以步進方式執(zhí)行 ，并使該步進不斷循環(huán)執(zhí)行。但到了調試運行時，當輸入一個數(shù)據(jù)時，便會使該數(shù)據(jù)連續(xù)執(zhí)行次，在苦思不通后終于決定放棄該方案，而且也由于該方案的步數(shù)較多，所用語句也十分多，所以該方案就算能通過也不是最佳選擇。 方案四： 接著，我嘗試使用計數(shù)器來移位數(shù)據(jù)，而不使用數(shù)據(jù)寄存器，但用計數(shù)器則存在不能同時輸入兩個相同信號的問題，最后，由于想到這不能符合課題要求，所以，也放棄了該方案。 方案五： 最后，我綜合上述方案的經驗，使用類似于步進的方法，在主母線上分步執(zhí)行。并使用定時器制作脈 沖，不斷使移位程序重復執(zhí)行，并設置互鎖，使輸入按鈕按一次只能輸入一個信號，必須放開按鈕后，再按才可再次輸入。改動后，經調試，證明該方案可行，所以我選擇了該方案。 專科生畢業(yè)設計（論文） 12 總體 設計思想 設計本課題時，我計劃采用如下思路： 首先，在設計功能這方面全部采用電子設備，通過 H型驅動電路和軟件實現(xiàn)電機的正反轉，取代以往的繼電器，同時在定位和控制燈方面也采用電子設備和軟件配合方法實現(xiàn)。其次，各工位的輸入和各個工位的指示都由軟件實現(xiàn)，接著是數(shù)據(jù)的移位，以此來實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的優(yōu)先級別。跟著便是數(shù)據(jù)的比較輸出，接下來便是各個工位的小車工 序。最后，便是顯示程序和手動及自動復位程序，以及組態(tài)王軟件的監(jiān)控顯示系統(tǒng)完善，以提高整個系統(tǒng)的可視性和操作性能。 功率驅動電路 電機的正反轉是同過軟件部分輸出的不同要求時實現(xiàn)，當輸出（ =1）時，即 M1為低電平，電機正轉（運動小車實現(xiàn)從左往右的運動）；當輸出（ =1）時，即 M2為低電平，電機獲反向電壓而反轉（運動小車實現(xiàn)從右往左的運動）。 具體 功率驅動電路 電氣原理圖，詳見圖 ： 圖 該電氣原理圖的具體工作原理如以下介紹： 采用 24V直流電壓，通過 LM317T進行電壓調節(jié)后其輸出電壓大致在 7V，當軟件輸出（ =1）即 M1為低電平時，芯片 CD4011（ 四 2輸入與非門應用電路 ）的 2腳都為低電平，其與非門輸出為高電平并輸出到芯片的 9腳和 H型功率驅動電路的三極管 1和三極管 4的基極， 此刻 M2沒有電平輸出即 2號與非門輸出電平也是低電平，這樣 3號與非門輸出為高電平驅動三極管 9013， H型 功率驅動電路 獲得電壓，電機獲電正傳； 當軟件輸出（ =1）即 M2為低電平時，芯片 CD4011（ 四 2輸入與 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 13 非門應用電路 ）的 6腳都為低電平，其與非門輸出為高電平并輸出到芯片的 8腳和 H型功率驅動電路的三極管 2和三極管 3的基極， 此刻 M1沒有電平輸出即 1號與非門輸出電平也是低電平，這樣 3號與非門輸出為高電平驅動三極管 9013， H型 功率驅動電路 獲得電壓，電機獲電反傳。 電子控制顯示電路 可行性論證 通過該電路和軟件實現(xiàn)了對運動小車的位置控制和位置指示燈控制，具體電路詳見圖 具體工作原理如以下介紹： 在該電路中發(fā)光二極管 D1,D2,D3,D4都一直處于發(fā)光狀態(tài)?，F(xiàn)在以小車運動到S1處為列。當小車運動到 S1處時，由于小車車身上攜帶有反光面板反射發(fā)光二極管的光束到光敏三極管上，致使光 敏三極管導通。這樣 24V電壓經 270K歐姆和 100歐姆的電阻分壓供給三極管 T1基極，三極管 T1導通。此刻發(fā)光二極管 D11發(fā)光， S1獲得低電平信號給軟件部分，軟件運行控制定位燈的發(fā)光時間。 圖 工位輸入 工位的輸入不再是通過限位開關來實現(xiàn)，而是利用運料小車自身攜帶的反光面板進行光束反射后使光敏三極管通斷來實現(xiàn)。 4個工位 S1,S2,S3,S4分別通過輸入過程映像寄存器的 0字節(jié) 4位（即 ,）來進行檢測輸入信號。 數(shù)據(jù)的移位 數(shù)據(jù)移位是利用移位寄存器 SHRB進行移位，當進行第一次掃描后便移入一個 ?？粕厴I(yè)設計（論文） 14 高電平，并且通過 。 小車的運行 這一步是把小車的程序分為 3個部分，分別對應每一種運行狀態(tài)（正傳、反轉和中途方向改變），當比較輸出時得出與哪個數(shù)字相等，則有選擇性地執(zhí)行某個小車程序。 控制面板的顯示與復位 該步是利用發(fā)光二極管通電狀態(tài)來進行控制，以 PLC的輸入過程映像寄存器的0字節(jié) 4位（即 ,）對 4個工位 S1,S2,S3,S4位置分別進行 檢測輸入信號，還利用輸出過程映像寄存器的 0字節(jié) 4位對定位控制的發(fā)光二極管進行控制顯示。通過軟件對電機正、反轉和復位進行控制。 控制系統(tǒng)設計 控制系統(tǒng)工作原理 運料車的工作流程 某自動生產線上運料小車的運動如圖 所示，運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。在生產線上有 5個編碼為 1— 5 的站點供小車?？?，在每個停靠站安裝一個行程開關以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕