【文章內(nèi)容簡介】 8 公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報警不停機，等待處理；對于嚴重故障，則停止運行用戶程序，此時 PLC 切斷一切輸出。 數(shù)據(jù) I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出操作有的稱為 I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號（即刷新輸入狀態(tài)的內(nèi)容）；二是送出處理結果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。PLC 數(shù)據(jù) I/O 示意圖如下： ① 輸入映象存儲器及刷新。由上圖所示可 知送入 PLC 端子上的輸入信號，經(jīng)過電隔離，電平轉換，濾波處理后，進入緩沖器內(nèi) CPU的采樣。在 PLC的存儲器有一個專門存放 I/O數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲器。當 CPU 采樣時，輸入信號由緩沖區(qū)進入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。 只有在采樣刷新的時刻，輸入映象存儲器中的內(nèi)容才與輸入信號（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時間范圍輸入信號變化是不會影響映象存儲器的內(nèi)容的。由于 PLC 掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時間很短，對一般開關量來說，可以認為沒有因間斷采 樣引起的誤差。即認為輸入信號一旦變化，就能立即進入輸入映象的存儲器內(nèi)。 ② 輸出映象存儲器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理， CPU不能直接驅動負載。按用戶程序要求及當前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對于變化較慢的控制過程來說，因為兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認為輸出信號是及時的。 ⑶ 執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。 ① 監(jiān)視定時器 WDT。監(jiān)視定時器就 T1是通常所說的”看門狗 ” WDT（ WatchDogTimer） ，它是用來監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時，執(zhí)行完用戶程序多用的時間不會超過 T1，在程序復位 WDT，即執(zhí)行程序并開始計時：執(zhí)行完用戶程序后立即令 WDT 復位，表示程序執(zhí)行正常。當程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)，則 WDT 會發(fā)出超時報警 9 信號，使程序重新開始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時，重新程序不會再遇到”偶然干擾”，系統(tǒng)便轉入正常運行；若由于不可恢復的確定性故障，則系統(tǒng)會自動地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負載，發(fā)出故障信號，等待處理。 ② 執(zhí)行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲器中的，掃描時，按順序從零步開始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行 END 指令才結束對用戶程序的掃描。 應用軟件 PLC 控制系統(tǒng)的應用軟件是指為完成 PLC 實際控制任務而編制的各種軟件。隨著 PLC應用領域范圍的不斷擴大，應用水平的提高， PLC 應用軟件也大大豐富起來了。 PLC 應用軟件與一般計算機信息處理軟件相比，有很大不同， PLC 應用軟件有以下幾個特點： ⑴ 應用軟件設計必須與生產(chǎn)工藝緊密結合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生 產(chǎn)過程，由于各種設備的工藝參數(shù)不一樣，控制實現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設計人員必須深入現(xiàn)場，嚴格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來設計應用程序。 ⑵ 應用軟件與硬件緊密相關。軟件設計人員不能拋開硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設計。設計必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實際情況進行相應的程序設計。 ⑶ PLC 應用軟件的設計需要計算機，自動控制技術甚至網(wǎng)絡通信技術等多種知識。特別是 PLC 網(wǎng)絡的出現(xiàn)， PLC 控制系統(tǒng)不再是一個單獨的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺不同型號的 PLC，計算機，外圍設備等。因此在進行軟件設計時，實現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開計算機，自動控制和通信技術。因此，應用程序中不僅有 PLC 程序，還有計算機程序和通信網(wǎng)絡程序等。 編程語言及編程支持工具軟件 PLC 有多種編程語言：梯形圖語言，助記符語言，邏輯功能圖語言，布爾代數(shù)語言和某些高級語言（ Basic， C 語言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語言和助記符語言。現(xiàn)在世界上各個 PLC 生產(chǎn)廠家都研制了自己的 PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來改善軟件的開發(fā)環(huán)境，提高編程效率。 第三章 PLC 控制系統(tǒng)抗干擾措施 3． 1 硬件抗干擾措施 PLC控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC是專為工業(yè)控制設計的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。但是在 PLC控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當，會降低系統(tǒng)的可靠性。PLC使用環(huán)境溫度通常在 0℃ ～ 55℃范圍內(nèi)，應避免太陽光直接照射，安裝位置應遠離發(fā)熱量大的器件，同時應保證有足夠大的散熱空間和通風條件。環(huán)境濕度一般應小于 85%，以保證 PLC有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的場合，需將 PLC封閉安裝。 此外，如果 PLC安裝位置有強烈的振動源，系統(tǒng)的可靠性也會降低，所以應采取相應的減振措施。 2 、 PLC的電源與接地 PLC本身的抗干擾能力一般都很強。通常，只能將 PLC的電源與系統(tǒng)的動力設備電源分 10 開配線，對于電源線來的干擾，一般都有足夠強的抑制能力。但是，如果遇上特殊情況，電源干擾特別嚴重，可加接一個帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個系統(tǒng)中含有擴展單元，則其電源必須與基本單元共用一個開關控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時進行。良好的接地是保證 PLC安全可靠運行 的重要條件。為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給 PLC接專用地線，并且接地點要與其它設備分開， 如圖 5（ a） 。若達不到這種要求，也可采用公共接地方式， 如圖 5（ b） 。但是禁止采用串聯(lián)接地方式， 如圖 5（ c） ，因為它會使各設備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點應盡可能靠近 PLC 。 接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號系統(tǒng)歸路的 接地。在 PLC控制系統(tǒng)中有許多懸浮的金屬架，它們是懼空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是 PLC控制系統(tǒng)供電所必需的，它通過變壓器中心點構成供電兩條回路之一。這條回路上的電流、各種諧波電流等是個嚴重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點地最好置懸浮方式。地線各點之間的電位差盡可能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子 (LG)是抗干擾的中性端子，通常不需要接地，可是，當電磁干擾比較嚴重時，這個端子需與接大地的端子 (GR)連接。 3 、 PLC的 輸入、輸出設備 輸入電路是 PLC接受開關量、模擬量等輸入信號的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關量輸入為例，按鈕、行程開關的觸點接觸要保持在良好狀態(tài)，接線要牢固可靠。機械限位開關是容易產(chǎn)生故障的元件，設計時，應盡量選用可靠性高的接近開關代替機械限位開關。此外，按鈕觸點的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設計電路時，應盡量選用可靠性高的元器件，對于模擬量輸入信號來說，常用的有 4～ 20mA、 0～ 20mA直流電流信號； 0～ 5V、 0～ 10V直流電壓信號，電源為直流 24V。 對于開關量輸出來說， PLC的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形式，具體選擇哪種形式的輸出應根據(jù)負載要求來決定，選擇不當會使系統(tǒng)可靠性降低，嚴重時導致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負載，晶體管輸出只能用于直流負載。此外， PLC的輸出端子帶負載能力是有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機械故障造成觸點不動或接觸不良。這一方面可以通過選用高質(zhì)量的元器 件來提高可靠性，另一方面，在對系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對輸出單元的一些重點部位進行診斷，當檢測到異常信號時，系統(tǒng)按程序自動轉入故障處理，從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若 PLC輸出端子接有感性元件，則應采取相應的保護措施，以保護 PLC的輸出觸點。 11 為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出應分別使用各自的電纜；對于集成電路或晶體管設備的輸入、輸出信號線、必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側懸空，而在控制側接地， 3． 2 軟件抗干擾措施 硬件 抗干擾措施的目的是盡可能地切斷干擾進入控制系統(tǒng)，但由于干擾存在的隨機性，尤其是在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下，硬件抗干擾措施并不能將各種干擾完全拒之門外，這時，可以發(fā)揮軟件的靈活性與硬件措施相結合來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用 看門狗 方法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)進行監(jiān)控 PLC內(nèi)部具有豐富的軟元件，如定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等，利用它們來設計一些程序，可以屏蔽輸入元件的錯誤信號，防止輸出元件的誤動作。在設計應用程序時，可以利用看門狗 方法實現(xiàn)對系統(tǒng)各組成部分運行狀態(tài)的監(jiān)控。如用 PLC控制某一運動部件時，編程時可 定義一個定時器作 看門狗 用，對運動部件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視。定時器的設定值，為運動部件所需要的最大可能時間。在發(fā)出該部件的動作指令時，同時啟動 看門狗 定時器。若運動部件在規(guī)定時間內(nèi)達到指定位置，發(fā)出一個動作完成信號，使定時器清零，說明監(jiān)控對象工作正常；否則，說明監(jiān)控對象工作不正常，發(fā)出報警或停止工作信號。 2 、消抖 在振動環(huán)境中，行程開關或按鈕常常會因為抖動而發(fā)出誤信號，一般的抖動時間都比較短，針對抖動時間短的特點，可用 PLC內(nèi)部計時器經(jīng)過一定時間的延時，得到消除抖動后的可靠有效信號，從而達到抗 干擾的目的。 3 、用軟件數(shù)字濾波的方法提高輸入信號的信噪比 為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實性。對于有大幅度隨機干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣五次，若某一次采樣值遠遠大于其它幾次采樣的幅值，那么就舍去之。對于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往會在一定范圍內(nèi)頻繁波動，則采用算術平均法。即用 n次采樣的平均值來代替當前值。一般認為：流量 n= 12，壓力 n=4最合適。對于緩慢變化信號如溫度參數(shù)，可連續(xù)三次采樣，選取居中的采樣值作為有效信號。對于具有積分器 A/D轉換 來說，采樣時間應取工頻周期 (20ms)的整數(shù)倍。實踐證明其抑制工頻干擾能力超過單純積分器的效果。 12 第 四 章 四層樓電梯 設計過程 41 四層樓電梯控制系統(tǒng)的 選擇 PLC及在電梯控制中的具有以下應用特點，故 選擇 PLC作為四層樓電梯控制系統(tǒng)。 PLC的特點 PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。 PLC與普通微機一樣，以通用或專用 CPU作為字處理器，實現(xiàn)通道 (字 )的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器 (布爾處理器 )，進行點 (位 )運算與控制。 PLC控制一般具有可靠性高、易 操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點 . (1)可靠性 :對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 A. PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 B. PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了 。 C. PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤 ‘ D. PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝 置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件