【文章內容簡介】 它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。 PLC 的發(fā)展趨勢 PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大 容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面： 、專用化、低成本方向發(fā)展。 、高速度方向發(fā)展。 I/O 模塊的發(fā)展。 PC 的編程軟件取代編程器。 編程語言的標準化。 通信的易用化。 PLC 的軟件化。 與現(xiàn)場總線相結合。 。 的處理速度進一步加快。 PLC 的特點 （ 1）抗干擾能力強，可靠性好 PLC 在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸取了生產廠家長期積累的生產控制經驗，主要模塊均采 用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。 I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面： 1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。 PLC 的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于 PLC 的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。 2）濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在 PLC 的電源電路和輸入 /輸出電路中設置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進行有 效的抑制。 3）對內部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。 4）內部設置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、 watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘（ WDT）規(guī)定時間（預示程序進入了死循環(huán)），立 7 即報警，以保證 CPU 可靠運行。 5）利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復措施。 6）對用戶程序及動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關狀態(tài)或信息不丟失。 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，以適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 8）以集成電路為基本元件，內部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 （ 2）控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強 PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設備， PLC 的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象 直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內學會。 （ 4）功能完善 PLC 的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應與任何形式和性質的開關量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉、和強制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術運算、數(shù)制轉換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。 （ 5）設計、 施工、調試、的周期短 用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調試，以后修改起來十分不便。而采用 PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進行，因而縮短了設計周期，使設計和施工可同時進行。 （ 6）體積小，維護操作方便 PLC 體積小，質量輕，便于安裝。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行 狀態(tài)。 （ 7）易于實現(xiàn)網絡化 8 PLC 可連成功能很強的網絡系統(tǒng)。 （ 8）可實現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。 PLC 的主要功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 PLC 的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關控制。 /記數(shù)控制功能 定時 /記數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 數(shù)據(jù)處理功能是指 PLC 能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉換、算術運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構成的步進控制器。 A/D 與 D/A 轉換功能是指通過 A/D、 D/A 模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉換 。 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 過程控制功能是指通過 PLC 的 PID 控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即 I/O 擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高 PLC 的控制功能。 I/O 功能 遠程 I/O 功能是指通過 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與 PLC 主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳 出輸出信號。 9 通信聯(lián)網功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網、 PLC 與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設定值或強制 I/O 狀態(tài)。 PLC 的基本結構及原理 PLC 的系統(tǒng)結構 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算 機，所以其結構和工作原理都大致相同，硬件結構與微機相似。主要包括中央處理單元 CPU、存儲器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、 I/O 擴展接口、外部設備接口等。其內部也是采用總線結構來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 如圖 2 所示， PLC 控制系統(tǒng)由輸入量 — PLC— 輸出量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入量，它們經 PLC 外部輸入端子，作為PLC 的輸出量對外圍設備進行各種控制。 圖 2 PLC硬件結構圖 PLC 各部分的作用 (1) 中央處理器 CPU 是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內存中取指令和執(zhí)行指令。 外部設備接口 外部編程器 存儲器 系統(tǒng) 程序 用 戶 程序 數(shù)據(jù) I/O 擴展 接口 輸出接口 輸入接口 中央處理器 10 (2) 存儲器 PLC 的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC 通過輸入輸出（ I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設備的連接。輸入接口通過 PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并 將這些信號轉換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4) 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉換成滿足 PLC的 CPU、存儲器、輸入輸出接口等內部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出 I/O 擴展接口 若主機單元的 I/O 點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將 I/O 擴展單元與主機單元相連接。 (6) PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指 令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC 只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一 定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的 I/O 刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行， PLC 在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才 11 響應一次，而多次掃 描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 本章小結 本章詳細的講解了 PLC 的具體情況，從而初步認定了，用 PLC 來控制自動售貨機的自動運作的方案是可行的。從而根據(jù)自己的情況，我先認定用三菱牌子的 PLC 來進行下面的設計，一方面，自己只接觸過三菱牌子的 PLC；另一方面，學校實驗室的 PLC 都是三菱牌子，方便檢驗。 12 3 PLC 系統(tǒng)設計 可編程序控制系統(tǒng)設計的基本原則 控制系統(tǒng)設計原則 設計任何一個 PLC 控制系統(tǒng)，如同設計任何一種電氣控制系統(tǒng)一 樣，其目的都是通過控制被控對象（生產設備或生產過程）來實現(xiàn)工藝要求，提高生產效率和產品質量。因此，在設計 PLC 控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則。 (1) PLC 控制系統(tǒng)被控對象最大限度地滿足工藝要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。 (2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟，使用及維修方便。 （ 3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （ 4）考慮到生產的發(fā)展和工藝的改進，在配置 PLC 硬件設備時 應適當留有一定裕量。 控制系統(tǒng)設計的基本內容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設備連接而成的。因此， PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括以下內容： （ 1）選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行