【文章內(nèi)容簡介】 DCS系統(tǒng) [6]。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 1． PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式 (模塊式 )兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照 一定規(guī)則組合配置。 2． CPU 的構(gòu)成 CPU是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀9 態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。 CPU的 控制器控制 CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模 。 3. I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分 (I/O)完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào) 進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關(guān)量輸入 (DI)，開關(guān)量輸出 (DO)，模擬量輸入 (AI)，模擬量輸出 (AO)等模塊。 常用的 I/O 分類如下 ： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模 塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 4. 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 5. 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 6. PLC 系統(tǒng)的 其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 10 7. PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理 數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口 (MPI)的數(shù)據(jù)通訊、 PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 8. PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。 在滿足控制要求的前提 下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。 保證控制系統(tǒng)安全可靠。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇 PLC 容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。 9. PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實(shí)現(xiàn)各種控制。 STEP7是用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用 STEP7 來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。 [16] 10. 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn)： 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是 PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并 聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供 CPU內(nèi)部使用。 PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用 [7]。 PLC 控制與繼電器控制 的比較優(yōu)勢 PLC 在社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，并且在各個(gè)領(lǐng)域所涉及到的內(nèi)容都存在著很大的空間。簡介： 在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器 (PLC)作為自動(dòng)控制以成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，同時(shí)也給工業(yè)控制帶來了前所未有 的非凡變化。使用 PLC 的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個(gè)方面都具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會(huì)被完全淘汰，11 但是由于 PLC 的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想一、控制繼電器存在的缺點(diǎn)今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。二、可編程序控制器的優(yōu)勢、特點(diǎn)及功能可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特 別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，擴(kuò)展了 PLC 的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。１、順序控制順序控制是 PLC 最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號(hào)的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按照順序動(dòng)作。由于它還具有編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn) 行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動(dòng)電梯的控制、管道上電磁伐的自動(dòng)開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動(dòng)等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了 PLC 的順序控制功能。２、閉環(huán)過程控制以往對(duì)于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的 PID 模擬調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用 PLC 控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等。３、運(yùn)動(dòng)位置控制 PLC 可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動(dòng)裝置，通過步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動(dòng)，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。４、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 PLC 可以通過通迅接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連。顯示器作為人機(jī)界面（ HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它 與 PLC 相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號(hào)指示燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。 PLC 可以方便、快捷地對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并可對(duì)要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、 ASCII 字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫面上，通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機(jī)的啟動(dòng)與停止，位置開關(guān)的狀態(tài)等。 PID 回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化，操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過數(shù)據(jù)查詢可查 找任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)記錄，通過打印可保存相關(guān)的12 生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。５、網(wǎng)絡(luò)特性 PLC 可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)PLC 之間或多臺(tái) PLC 與一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 (1) 通過通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。 (2) 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計(jì)算機(jī)相連，從而使管理者可通過電話線對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。結(jié)束語可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)廣泛的將可編程控制 器成功地應(yīng)用到機(jī)械、冶金、石油、化工、紡織、交通、電力、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，并取得了可觀的技術(shù)濟(jì)濟(jì)效益。而且它還代表當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界先進(jìn)水平，它已與數(shù)控技術(shù)、 CAD／ CAM 技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)并列為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的四大支柱 [8]。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 圖 根據(jù)本設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求 ， 系統(tǒng)的總體 結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示 。 輸 入P C 機(jī)傳 感 器P L C輸 出 設(shè) 備 3輸 出 設(shè) 備 4輸 出 設(shè) 備 5輸 出 設(shè) 備 6輸 出 設(shè) 備 7輸 出 設(shè) 備 8輸 出 設(shè) 備 9輸 出 設(shè) 備 2輸 出 設(shè) 備 1電 機(jī) 3電 機(jī) 4電 機(jī) 5電 機(jī) 6電 機(jī) 7電 機(jī) 8電 機(jī) 9電 機(jī) 2電 機(jī) 1 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 Fig. System diagram 13 系統(tǒng)的 主電路設(shè)計(jì) 直流電主要應(yīng)用于各種電子儀器 ,電解 ,電鍍 ,直流電力拖動(dòng)等方面。 交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能 ?? ）、化學(xué)能（石油、天然氣 ?? ）等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價(jià)大為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便．這是交流電與直流電相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢． 因此課題選用交流拖動(dòng)電機(jī) 如圖 ， QS 是一個(gè)帶有的閘刀開關(guān)，各個(gè)電機(jī)都有熱繼電器用于電動(dòng)機(jī)的長期 過載保護(hù)。 W8F U 3F U 4F U 5F U6F U 7F U 8K M3K M 4K M 5K M 6K M 7F U 9K M 8M 8U 5V 5 W 5U 6V 6W6U 7V7 W 7U8V8F R 8F U2F U 8K M 7U V W9 9 9F R9M 9 圖 電機(jī)接線圖 Electrical wiring diagram 系統(tǒng)的 控制電路設(shè)計(jì) PLC 是以繼電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的新型控制器，其實(shí)質(zhì)是工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。 PLC 的選型設(shè)計(jì) S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或 相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控