【文章內(nèi)容簡介】 帶 1皮 帶 1 是 否 停 止 皮 帶 1 是 否 停 止3 0 秒 后 停 止 皮帶 2皮 帶 2 是 否 停 止3 0 秒 后 停 止 皮帶 3停 止 皮 帶 2停 止 皮 帶 3皮 帶 2 是 否 停 止否是否是 是否否是 圖 （ b）停止流程圖 武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙 7 3 輸煤控制硬件部分 PLC 介紹 可編程控制器（ Programmable Logic Controller,PLC）產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代末，它是繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種新型的工業(yè)控制器，具有編程簡單、使用方便、可靠性強、通用性強、體積小、易于維護(hù)等優(yōu)點，在目前控制領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 在可編程控制器誕生前，傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)廣泛運用于各類生產(chǎn)過程的控制中 ,承擔(dān)著各種復(fù)雜而艱巨的控制任務(wù)。而在一個復(fù)雜的系統(tǒng)中，可能要使用成百上千的各類控制電器，需要成千上萬的導(dǎo)線連接，安裝這些電氣需要很多的控制柜，并占據(jù)大量的空間。如此多 的電器設(shè)備給系統(tǒng)的運行和維護(hù)帶來很大的麻煩，一個小小的電器就能影響整個控制系統(tǒng)的正常運行。因此，人們迫切的希望能有一種新型的工業(yè)控制裝置來替代繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)更加的可靠，維修更加的便捷。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，這種愿望逐步成為可能。 20 世紀(jì) 60 年代末，美國的通用公司為了跟上汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展速度，公開招標(biāo)研制一種新型、通用的工業(yè)控制器，要求比繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)工作更可靠、功能更加的齊全、響應(yīng)速度更快，并從用戶的角度提出了新一代控制器應(yīng)具有的十大技術(shù)指標(biāo)，具體如下： （ 1） 編程方便 ，可在現(xiàn)場修改程序。 （ 2） 維修方便，最好采用插件式結(jié)構(gòu)。 （ 3） 可靠性要明顯高于繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)。 （ 4） 體積要小于繼電器控制柜。 （ 5） 要有數(shù)據(jù)通信功能，現(xiàn)場數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機。 （ 6） 性能價格比要高于繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)。 （ 7） 輸入可以是 AC115V。 （ 8） 輸出可以是 AC115V，容量在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等。 （ 9） 擴展時原有的系統(tǒng)改變量少。 （ 10） 用戶存儲器容量至少可擴展到 4KB。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）公司根據(jù)上述要求研制出世界上第一臺可編程控制器 PDP— 4，并在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，取得了顯著的經(jīng) 濟(jì)效益。從此以后，可編程逐漸發(fā)展起來。到目前為止，世界各國一些著名的電氣制造商幾乎都在生產(chǎn) PLC 裝置，如德國的西門子、美國羅克韋爾自動化武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙 8 公司的 A— B、日本的三菱和 OMRON、美國的 GE 等。我國從 1974 年開始研制，1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 可編程控制器從其產(chǎn)生到發(fā)展，盡管只有幾十年的時間，但由于其編程簡單、可靠性高、通用性強、使用方便等優(yōu)點，使其得到了飛速的發(fā)展。可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涉及冶金、化工、機械、紡織、建筑、運輸、電力等部門，已逐漸成為自動化領(lǐng)域的重要支柱之一。 PLC 的基本 組成 可編程控制器實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)與微型計算機類似。主要由中央處理單元（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出接口等部分組成。如圖（ a） 圖 （ a） PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 （ 1） 微處理器 與計算機一樣，中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當(dāng) PLC 投入運行時，首先它以 掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行編程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙 9 為止。 （ 2） 存儲器 PLC 的存儲器分為兩部分 : 系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器主要用來存儲 PLC 生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，通常固化在 PROM 或 EPROM 中 ，用戶不能直接訪問。用戶存儲器又分為用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)存儲器。用戶程序存儲器是指用戶根據(jù)系統(tǒng)功能編制的應(yīng)用程序，在正式投入運行之前往往需要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和修改；一旦用戶程序調(diào)試完畢，應(yīng)將其轉(zhuǎn)存于 EPROM 或 E2PROM 中，以免程序被隨意改動。用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)用于存放用戶程序執(zhí)行過程中的變化、需要經(jīng)常存取的數(shù)據(jù)，以及 PLC 內(nèi)部器件的狀態(tài)等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)一般存放在 RAM之中。 PLC 存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲空間一般包括以下 三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲區(qū)。 （ 3） 輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 （ 4）電源模塊 可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的 制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 （ 5） 編程器 編程器的作用是編制、編譯和調(diào)試用戶的程序，也可在 PLC 運行時對用戶程序進(jìn)行實時監(jiān)控。編程器一般由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，且只能用于某個品牌。某個系列的 PLC。編程器主要分為專用編程器和專用編程軟件兩種。 （ 6） 其他外圍設(shè)備 其他外圍設(shè)備包括人機接口裝置（ HMI）、存儲器卡、打印機、盒式磁帶機、EPROM 寫入器等。 PLC 工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后， 其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙 10 個階段。如圖 (a) 圖 （ a） PLC 的掃描運行方式 （ 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使 輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者 刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用 。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （ 3）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電第 (N1)個掃描周期 輸出刷新 第 (N+1)個掃描周 期 輸入采樣 第 N 個掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙 11 路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 PLC 選型 分析被控對象并提出控制要求 詳細(xì)分析被控對象 的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。 確定輸入／輸出設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，以確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。 選擇 PLC PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇，詳見本章第二節(jié)。 分配 I/O 點并 設(shè)計 PLC 外圍硬件線路 （ 1） 分配 I/O 點 畫出 PLC 的 I/O 點與輸入