【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在各個(gè)部門(mén)得到了迅速的發(fā)展普及。此外這種控制器的特色還在于安裝容易，占用空間小，可重復(fù)使用。它具有工廠通用的梯形圖編程語(yǔ)言，盡管控制器編程有些復(fù)雜，即使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能更好的應(yīng)用它。 70 年代初，金屬業(yè)和制造業(yè)等工業(yè)部門(mén)在利用 PLC 控制系統(tǒng)上邁出了一大步。集成電路的出現(xiàn)時(shí)可篇程序控制器的發(fā)展產(chǎn)生很大變化。微處理器和 位片處理器也開(kāi)始被使用。它在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。這個(gè)時(shí)期由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使 PLC 向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化的產(chǎn)品。這時(shí)面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展也比較成熟了，出現(xiàn)了工藝人員使用的專門(mén)圖形語(yǔ)言。特別是在某些功能上，繼電器控制不了的裝置， PLC 可以代替。比如某些模擬控制裝置，這是特別前端的。與此同時(shí)，許多國(guó)家都陸續(xù)研制出了自己的 PLC 產(chǎn)品，我國(guó)比較晚一些，是在 1974 年開(kāi)始研制的。隨著 PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)， PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其它設(shè)備通訊、調(diào)度產(chǎn)生、生成報(bào)表、可診斷故障代碼等。在今天看來(lái)，這些都符合 PLC 對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管 PLC 功能越來(lái)越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與易于使用的優(yōu)勢(shì)。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) PLC 和繼電器控制相比，有高可靠性、小體積、容易掌握、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。它作為工控機(jī)的一員，已成為許多工業(yè)國(guó)家自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電氣控制裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界 PLC 生產(chǎn)廠家大約 200 多家，生產(chǎn)超過(guò) 350 個(gè)品種。 2021 年銷售額約為 76億美元，占市場(chǎng)份額的 50%， 2021 年銷售額約 89億美元，占工控機(jī)市場(chǎng)份額的 62%， PLC 繼續(xù)保持上升的勢(shì)頭。上世紀(jì) 60 年代末 PLC 在引入我國(guó)時(shí)，只適用于一些單一的控制，其功能也只是將操作接到離散量輸出的接觸器上，僅僅完成以繼電器梯形邏輯的操作。新產(chǎn)生的一代 PLC 其應(yīng)用已經(jīng)從開(kāi)關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量。 向集成化方向的發(fā)展 控制領(lǐng)域，已成功地應(yīng)用于航天、冶金、輕工等行業(yè)。與此同時(shí)， PLC 也面 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品。 提高控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和難度性 ，使得 PLC 朝著集成化的方向發(fā)展，現(xiàn)在主要是 PLC 和 PC 集成、 PLC 和 PID 集成等等，這些都強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)化與通訊能力，值得一體的是以 PC 為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)特別快。 PLC 和 PC 集成，也就是將 PLC、 PC 計(jì)算機(jī)及操作人員的人 機(jī)結(jié)合在一起，使 PLC 能夠利用計(jì)算機(jī)豐富的資源，同時(shí)計(jì)算機(jī)也能與 PLC 的模塊互存取數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以方便的編程與維護(hù)。體系結(jié)構(gòu)很靈活，以達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)率的目的。 開(kāi)放性轉(zhuǎn)變方向 PLC 雖然存在很多優(yōu)點(diǎn)，也存在一些缺陷，編程大 多為梯形圖，但各個(gè)公司的組態(tài)、尋址、語(yǔ)文結(jié)構(gòu)都不一致，使得各種不同版本的 PLC 很難兼容主要是其軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開(kāi)放的，大部分 PLC 是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議。為了改變這種現(xiàn)象，國(guó)際電工協(xié)會(huì)于 頒布了《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》，為各個(gè) PLC 廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。符合 iec11313 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、在 windows 平臺(tái)下的新一代開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)正在開(kāi)發(fā)中。 可編程控制器的工作原理 PLC 采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的工作方式。按照設(shè)計(jì)的控制要求編制好程序，并把它存于存儲(chǔ)器中，當(dāng)開(kāi)始 PLC 運(yùn)行時(shí)， CPU 首先執(zhí)行命令，按指令序號(hào)順序地作周期性循環(huán)掃描工作。如果沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令，那么它就從設(shè)置的第一條指令開(kāi)始，逐條順序執(zhí)行用戶設(shè)定的程序，直到程序結(jié)束為止。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪的工作。在每一次的掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采集和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作，周而復(fù)始地進(jìn)行下去。 PLC 的掃描工作過(guò)程分為：采集輸入信號(hào)、程序執(zhí)行和輸出刷新三階段，并進(jìn)行周期性的循環(huán)工作。 1．采集輸入信號(hào)， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行一次采 集，并存入寄存器中，此時(shí)寄存器會(huì)因采集到信號(hào)被刷新。接下來(lái)是進(jìn)入程序處理階段，在執(zhí)行程序階段時(shí)，即使輸入狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入寄存器的內(nèi)泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 容也不會(huì)發(fā)證更改，也就是說(shuō)輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采集到。 2．程序執(zhí)行，這個(gè)階段 PLC 運(yùn)行程序時(shí)按順序進(jìn)行工作。程序如果用梯形圖方式來(lái)表達(dá)的話，那么總是從左到右，從上到下，按順序執(zhí)行其指令。如果遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，根據(jù)跳轉(zhuǎn)的條件是否滿足要求，來(lái)決定程序是否需要跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中包含輸入、出狀態(tài)時(shí)， PLC 會(huì)從輸入映像寄存器和元件映象寄存 器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果存入寄存器中，對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容也會(huì)隨程序執(zhí)行的過(guò)程而變化的。 3．輸出刷新，當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，開(kāi)始進(jìn)入輸出處理的階段。在這一階段中， PLC 會(huì)將把寄存器和輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存至輸出鎖存器。然后通過(guò)一定方式輸出，并驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的工作。 也就是說(shuō)， PLC 在一個(gè)掃描周期內(nèi)對(duì)輸入狀態(tài)的采集只在輸入采樣階段進(jìn)行，當(dāng) PLC 進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，一直到下一個(gè)掃描周期的輸入采集階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行再次采集，這定義為集中采集，概括為在一個(gè)掃描周期內(nèi) ，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采集。 在用戶程序中，如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，那么最后一次有效。在一個(gè)掃描周期以內(nèi)，只在輸出刷新階段才能將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，再對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新，但在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中，這種方式稱為集中輸出。 可編程控制器的編程語(yǔ)言 根據(jù) PLC 應(yīng)用范圍，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以組合使用，常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有以下幾種： 布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是用布爾助記符來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這種語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)中的匯編語(yǔ)言 很相似，采用布爾助記符來(lái)表示操作功 [29]。它具有以下三個(gè)特點(diǎn)： 1 容易操作，編程設(shè)計(jì)可在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況下進(jìn)行； 泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 2簡(jiǎn)單記憶、輕松掌握的特點(diǎn)； 3 特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本相同，與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 梯形圖 (Ladder Diagram)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是用梯形圖的圖形符號(hào)來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。這種語(yǔ)言采用因果關(guān)系來(lái)描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每一個(gè)梯級(jí)都是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，左面表示描述事件發(fā)生的條件，右面表示事件發(fā)生的結(jié)果。梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，也是最 常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過(guò)程的控制領(lǐng)域，由于電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)比較熟悉，所以由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來(lái)的梯形圖倍受歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有四大特點(diǎn)： 1 具有對(duì)應(yīng)性和直觀性，與電氣操作原理圖一一對(duì)應(yīng)； 2 易于掌握，與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致； 3 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是梯形圖中的能流非實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此應(yīng)用時(shí)需 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待； 4便于程序檢查，與 布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 功能表圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 功能表圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它是用功能表圖來(lái)描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。功能表圖描述打方式，控制系統(tǒng)又被劃分為很多個(gè)系統(tǒng)，從功能入手使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于程序的分工設(shè)計(jì)以及檢查調(diào)試。便于設(shè)計(jì)人員和操作人員設(shè)計(jì)思想的溝通， 它主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)： 1 很容易去學(xué)習(xí)和理解，以功能為主線，條理清楚； 2 可以節(jié)省設(shè)計(jì)的內(nèi)容和減少調(diào)試的時(shí)間，對(duì)很多復(fù)雜大型的程序，可以先把他分成很多部分，一步一步的設(shè) 計(jì)，是程序結(jié)構(gòu)非常靈活，這種優(yōu)點(diǎn)經(jīng)常運(yùn)用泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 在系統(tǒng)規(guī)模非常大，程序關(guān)系很麻煩的場(chǎng)合。當(dāng)活動(dòng)的指令被執(zhí)行的時(shí)候，對(duì)之后的轉(zhuǎn)變進(jìn)行進(jìn)一步的掃描，所以整個(gè)程序的掃描時(shí)間較其他程序編制的程序掃描時(shí)間要短得多。 功能表圖來(lái)源于佩特利網(wǎng)，因?yàn)樗哂袌D形表達(dá)方式，能比較簡(jiǎn)單清楚地描述并發(fā)系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的所有現(xiàn)象，在模型的基礎(chǔ)上可直接編程，所以得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在推出的可編程控制器和小型集散控制系統(tǒng)中，提供了采用功能表圖描述語(yǔ)言進(jìn)行編程的軟件。 可編程控制器（ PLC）的基本結(jié)構(gòu) 中央處理單元 CPU PLC 的核心 部分是它的 cpu，由控制器和運(yùn)算器組成，通過(guò)內(nèi)部總線同存儲(chǔ)器及輸入 /輸出接口電路相連。 它的主要作用是 執(zhí)行用戶程序，從程序存儲(chǔ)器中逐條取出用戶程序，經(jīng)過(guò)解釋程序解釋后逐條執(zhí)行，完成程序規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制輸出電路，實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作。 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。 輸入輸出接口電路 (簡(jiǎn)稱 I/O) 輸入輸出接口是 CPU 與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的連接部分，是 PLC 的重要組成部分。 PLC 將現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換 成微處理器能接受的信號(hào)，且最大程度排除干擾信號(hào)，提高可靠性；輸出能將微處理器送出的弱電信號(hào)放大成強(qiáng)電信號(hào)，驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。 編程器 編程器有便攜式和 CRT 智能式兩大類，前者只能聯(lián)機(jī)編程，而后者既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。便攜式編程器體積小，重量輕，可隨身攜帶，便于在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。一般的小型 PLC 主要采用便攜式編程器。編程器是專用的，不同型號(hào)泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 的 PLC 都有自己專用的編程器，不能通用。 PLC 正常工作時(shí)，不一定需要編程器。因此，多臺(tái)同型號(hào)的 PLC 可以只配一個(gè)編程器。 內(nèi)部 電源和其他設(shè)備 PLC 的內(nèi)部電源是指將外部輸入的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足內(nèi)部電路工作需要的直流電源或電源模塊。 PLC 的外部設(shè)備還有盒式錄音機(jī)、打印機(jī)、 EPROM 寫(xiě)入器及高分辨率屏幕彩色圖形監(jiān)控設(shè)備等 硬件的設(shè)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 電磁閥 I/O 點(diǎn)數(shù) 的估算。 PLC 的生產(chǎn)廠家、種類如此繁多，不同種類之間的功能設(shè)置差異又非常大， 這在選擇 PLC 機(jī)型上帶來(lái)了一定的難度。機(jī)型選擇的基本原則應(yīng)是在滿足功能要求的前提下，力爭(zhēng)達(dá)到最好的性價(jià)比，并 可具有一定的升級(jí)空間 。 根據(jù) PLC I/O 節(jié)點(diǎn)使用原則，即預(yù)留出 25%左右的 I/O 點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用，4 層電梯有 32 個(gè)輸入信號(hào)和 27 個(gè)輸出信號(hào)，本系統(tǒng)選用的 PLC 為三菱 FX2128MR，這種機(jī)型的 I/O 點(diǎn)數(shù)均為 64，但其編輯指令可超過(guò) 1000 條，有 2021 步的程序內(nèi)，并配有相應(yīng)的編程軟件 MEDOC。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)使用直流電機(jī)，不會(huì)使用到交流電機(jī)，所以可以不考慮交流電機(jī)的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 控制直流電動(dòng)機(jī)所需的 I/O 點(diǎn)數(shù) 本設(shè)計(jì)針對(duì)電梯控制，因此我 們根據(jù)實(shí)際情況可知，要控制電梯的升和降， 需要一個(gè)可逆運(yùn)行的直流電機(jī)。經(jīng)計(jì)算，我們需要九個(gè)輸入點(diǎn)和六個(gè)輸出點(diǎn) 。 內(nèi)存估計(jì) 一般程序所需內(nèi)存容量主要和下面幾個(gè)因素相關(guān)：內(nèi)存利用率、開(kāi)關(guān)量輸入 輸出點(diǎn)數(shù)、模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的編程水平 。 內(nèi)存利用率 內(nèi)存利用率是一個(gè)程序段中的節(jié)點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器碼所需內(nèi)泰山學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 存字?jǐn)?shù)的比值。對(duì)于同一程序來(lái)說(shuō)，高利用率可以縮短掃描時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還可以降低內(nèi)存的使用量。 開(kāi)關(guān)量輸入輸出的點(diǎn)數(shù) 一般系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量輸入與輸出的比值為 6： 4，那么 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，可以算出所需內(nèi)存的字?jǐn)?shù)：所需內(nèi)存字?jǐn)?shù) =開(kāi)關(guān)量（輸入 32+輸出 27）總點(diǎn)數(shù) *10=590 模擬量輸入輸出的總點(diǎn)數(shù) 對(duì)于模擬量來(lái)說(shuō)，處理中就涉及用到數(shù)字傳送和運(yùn)算的功能了，這一部分的 指令內(nèi)存利用率都不高，所以內(nèi)存容量就需要大大的增加。 一般的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下： 如果只有模擬量輸入時(shí)：內(nèi)存字?jǐn)?shù) =模擬量點(diǎn)數(shù) *100，即 400 如果模擬量輸入 /輸出共存時(shí)：內(nèi)存字?jǐn)?shù) =模擬量點(diǎn)數(shù) *200，即 800，大概所占 內(nèi)存 40KB，基于實(shí)際考慮，在本設(shè)計(jì)中不存在此情況。 響應(yīng)時(shí)間 系統(tǒng)響應(yīng) 時(shí)間，一般指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻和由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化 時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 =掃描的周期 +輸入濾波的時(shí)間 +輸出濾波的時(shí)間。 PLC 順序掃描的工作方式，也是存在弊端的，就是它不能可靠的接收持續(xù)時(shí) 間小于掃描周期的輸入信號(hào)。 輸入輸出模塊的選擇 PLC 輸入 模塊的主要作用是檢測(cè)設(shè)備的輸入信號(hào)，然后變成 plc 可以內(nèi)部處理的電平信號(hào)。因?yàn)?輸入模塊一般是交流形式的，信號(hào)的傳送距離 很近 ， 還有 信號(hào)又是低電壓形式， 所以 選 擇 24V 為電平信號(hào)電壓。 PLC 輸出模塊的主要功能 是內(nèi)部輸出電平 ，外部負(fù)載設(shè) 備控制信號(hào)在輸出之前進(jìn)行轉(zhuǎn)換。開(kāi)關(guān)頻率高、電感性和低功率因數(shù)的負(fù)載設(shè)備一般使用晶閘管輸出模塊，比較之后我們采用晶閘管輸出模塊。我們選用交流 220V 作為電梯系統(tǒng)的曳引電機(jī)的工作電壓，選用