【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、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?！　?. 語(yǔ)句表語(yǔ)言，類似于匯編語(yǔ)言。7. 邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。第3章 控制方案論證與選擇3. 1可編程控制器與其它工業(yè)控制裝置的比較 1. 可編程控制器與繼電器控制的區(qū)別 在可編程控制器的編程語(yǔ)言中，梯形圖是最為廣泛使用的語(yǔ)言。通過(guò)可編程控制器的指令系統(tǒng)將梯形圖變成可編程控制器能接收的程序。由編程器將程序鍵入到可編程控制器的用戶存儲(chǔ)區(qū)中去。 可編程控制器的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是可編程控制器梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)，僅個(gè)別地方有些不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入 / 輸出形式及控制功能也是相同的，但可編程控制器的控制與繼電器的控制還是有不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1. 1控制邏輯。 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每只有 4~8 對(duì)觸點(diǎn)，因此靈活性和擴(kuò)展性很差。而可編程控制器采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序，故稱為 ” 軟接線 ” ，其接線少，體積小，而且，可編程控制器中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)在理論上無(wú)限制，因此靈活性和擴(kuò)展性很好?？删幊炭刂破饔芍写笠?guī)模集成電路組成，功耗小。 1. 2 工作方式。 當(dāng)電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器都處于受約束狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合。而可編程控制器的控制邏輯中，各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通之中，從宏觀上看，每個(gè)繼電器受制約接通的時(shí)間是短暫的。 1. 3控制速度。 繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低。觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十毫秒數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題。而可編程控制器是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時(shí)間在微秒數(shù)量級(jí)?？删幊炭刂破鲀?nèi)部還有嚴(yán)格的同步，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問(wèn)題。 1. 4限時(shí)控制。 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作進(jìn)行限時(shí)控制。時(shí)間繼電器一般分為空氣阻尼式，電磁式，半導(dǎo)體式等，其定時(shí)精度不高，且有定時(shí)時(shí)間易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問(wèn)題。有些特殊的時(shí)間繼電器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維護(hù)?？删幊炭刂破魇褂冒雽?dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響，定時(shí)范圍一般從 到若干分鐘甚至更長(zhǎng)。用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，然后由軟件和硬件計(jì)數(shù)器來(lái)控制定時(shí)時(shí)間。 1. 5計(jì)數(shù)限制。 可編程控制器能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，而繼電器控制邏輯一般不具備計(jì)數(shù)。 1. 6設(shè)計(jì)和施工。 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長(zhǎng)，而且維修困難。工程越大，這一點(diǎn)就越突出。而用可編程控制器完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì) ( 包括梯形圖設(shè)計(jì) ) 可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和維修都很方便。 1. 7可靠性和可維護(hù)性。 繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而可編程控制器采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，它體積小，壽命長(zhǎng)，可靠性高?？删幊炭刂破鬟€配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 1. 8價(jià)格。 繼電器控制邏輯使用機(jī)械開關(guān)，繼電器和接觸器，價(jià)格比較低。而可編程控制器使用中大規(guī)模集成電路，價(jià)格比較高。 從以上幾個(gè)方面的比較可知，可編程控制器在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高，設(shè)計(jì)施工周期短，調(diào)試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護(hù)方便，但價(jià)格高于繼電器控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)的性能價(jià)格比而言，可編程控制器具有很大的優(yōu)勢(shì)。 2. 可編程控制器與微機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別 簡(jiǎn)言之，微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是通用的專用機(jī)，而可編程控制器則是專用的通用機(jī)。 從微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō)，微型計(jì)算機(jī)是通用機(jī)，而可編程控制器是專用機(jī)。微型計(jì)算機(jī)是在以往計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其最大特征是運(yùn)算快，功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。例如，近代科學(xué)計(jì)算，科學(xué)管理和工業(yè)控制等都離不開它。所以說(shuō)，微型計(jì)算機(jī)是通用計(jì)算機(jī)。而可編程控制器是一種為適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)。選配對(duì)應(yīng)的模塊便可適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)。而用戶只需改變用戶程序即可滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的具體控制要求。如果采用微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)作為某一設(shè)備的控制器，就必須根據(jù)實(shí)際需要考慮抗干擾問(wèn)題和硬件軟件設(shè)計(jì)，以適應(yīng)設(shè)備控制的專門需要。這樣，勢(shì)必把通用的微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為具有特殊功能的控制器而成為一臺(tái)專用機(jī)。 可編程控制器與微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的主要差異及各自的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面： 2. 1 應(yīng)用范圍 微型計(jì)算機(jī)除了控制領(lǐng)域外，還大量用于科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)通信等方面。而可編程控制器主要用于工業(yè)控制。 2. 2 使用環(huán)境 微型計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機(jī)房?jī)?nèi)使用?？删幊炭刂破鲃t使適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。 2. 3 輸入 / 輸出 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備與主機(jī)之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而可編程控制器一般控制強(qiáng)電設(shè)備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器，可控硅或大功率晶體管進(jìn)行功率放大。 2. 4 程序設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)具有豐富的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如匯編語(yǔ)言， FORTRAN 語(yǔ)言， COBOL 語(yǔ)言， PASCAL 語(yǔ)言， C 語(yǔ)言等，其語(yǔ)句多，語(yǔ)法關(guān)系復(fù)雜，要求使用者必須具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)和軟件知識(shí)。而可編程控制器提供給用戶的編程語(yǔ)句數(shù)量少，邏輯簡(jiǎn)單，易于學(xué)習(xí)和掌握。 2. 5系統(tǒng)功能 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般配有較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進(jìn)行設(shè)備管理，文件管理，存儲(chǔ)器管理等。它還配有許多應(yīng)用軟件，以方便用戶。而可編程控制器一般只有簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改，用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視。 2. 6 運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量 微型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，一般為微秒級(jí)，因有大量的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，故存儲(chǔ)容量大。而可編程控制器因接口的響應(yīng)速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般可編程控制器接口響應(yīng)速度為 2 ms ，巡回檢測(cè)速度為 8ms/K 字?？删幊炭刂破鞯能浖伲幊绦蛞埠?jiǎn)短，故內(nèi)存容量小。 2. 7 價(jià)格 微型計(jì)算機(jī)機(jī)是通用機(jī)，功能完善，故價(jià)格較高，而可編程控制器是專用機(jī)，功能較少，其價(jià)格是微型計(jì)算機(jī)的十分之一左右。 從以上幾個(gè)方面的比較可知，可編程控制器是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格也比一般的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)低。3. 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 我們?cè)趯?duì)礦井提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇之前先了解一下其組成及工作原理：礦井提升機(jī)在礦山、建筑等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛, 是集機(jī)、電于一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)礦井提升機(jī)是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié), 是礦井生產(chǎn)的關(guān)鍵的設(shè)備之一。礦井提升機(jī)是聯(lián)系礦山井上和井下的“ 咽喉” 設(shè)備, 主要用于提運(yùn)煤炭和煤研石、運(yùn)送物料、提升人員和設(shè)備。提升系統(tǒng)的工作任務(wù)是安全、快速、可靠、高效地完成提升運(yùn)輸任務(wù), 而安全運(yùn)行是最重要的。礦井提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)是礦井提升機(jī)的重要組成部分，提升機(jī)的運(yùn)行全靠信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)出。該系統(tǒng)工作的關(guān)鍵是信號(hào)如何聯(lián)絡(luò)。 礦井提升機(jī)的信號(hào)系統(tǒng)包括聲、光信號(hào)。輔助信號(hào)、電話等。信號(hào)種類一般有：工作執(zhí)行信號(hào)提升去向信號(hào)罐位信號(hào)、提升機(jī)種類信號(hào)、檢修信號(hào)、故障信號(hào)、聯(lián)絡(luò)信號(hào)等。首先我們應(yīng)清楚提升機(jī)給信號(hào)系統(tǒng)的信號(hào)以及提升機(jī)從信號(hào)系統(tǒng)所得到的信號(hào),由此而進(jìn)行各種操作。圖31 控制系統(tǒng)內(nèi)容本設(shè)計(jì)以某礦山提升機(jī)信號(hào)系統(tǒng)工程實(shí)例基礎(chǔ)。信號(hào)系統(tǒng)有保護(hù)系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、和信號(hào)輸入。信號(hào)系統(tǒng)有功能信號(hào)（運(yùn)人、運(yùn)物、運(yùn)礦、檢修、上行、下行），罐籠去向（井口、井底），罐位（井口、井底）。注：本設(shè)計(jì)罐位不包括井下各中段，只有井口、井底兩罐位。如21圖所示。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括三大部分：井口信號(hào)臺(tái)、井底信號(hào)臺(tái)、以及車房信號(hào)臺(tái)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求能實(shí)時(shí)反映提升機(jī)的各種狀態(tài)及罐位。且井口井底的輸出一致經(jīng)信號(hào)確認(rèn)后，方可發(fā)送信號(hào)到車房信號(hào)臺(tái)。兩罐位信號(hào)部一致或誤操作，信號(hào)會(huì)解除。不能發(fā)送。需重新進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò)。3. 3方案的確立 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要完成任務(wù)有多種選擇方案，可以由各種控制繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成，它的突出特點(diǎn)是“點(diǎn)信號(hào)”（電鈴震響或指示燈明滅的次數(shù)）來(lái)代表各種提升信號(hào)。各提升中段的點(diǎn)信號(hào)直接傳送到井口總信號(hào)房，再由井口總信號(hào)工轉(zhuǎn)發(fā)到提升機(jī)房。也可以采用單片機(jī)作為主控制系統(tǒng)。控制臺(tái)通過(guò)單片機(jī)的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)主從式多級(jí)通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺(tái)作為主控制臺(tái),下井口、絞車房控制臺(tái)為從控制臺(tái)。也可以采用PLC作為信號(hào)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可在井口、井底、車房信號(hào)臺(tái)給用一個(gè)PLC亦可以只在井口使用PLC，原理和使用繼電器的一樣，都通過(guò)井口信號(hào)工的信號(hào)確認(rèn)以及轉(zhuǎn)發(fā)，完成信號(hào)系統(tǒng)的功能。 采用繼電器和主令開關(guān)構(gòu)成主回路。采用點(diǎn)信號(hào)來(lái)代表各種提升信號(hào)。例如以一長(zhǎng)點(diǎn)表示要罐,一長(zhǎng)兩短表示上行,一長(zhǎng)三短表示下行,兩短表示提物,三短表示提人等等。 這種信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便,但存在如下缺點(diǎn): (1) 由于無(wú)法保留和復(fù)現(xiàn)點(diǎn)數(shù),所以信號(hào)識(shí)別全憑操作者的聽覺和視覺,容易造成信號(hào)的誤認(rèn)和誤傳,因信號(hào)的誤認(rèn)和誤傳而導(dǎo)致的提升事故屢見不鮮。 (2) 信號(hào)之間、信號(hào)系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號(hào)工和司機(jī)的操作不受制約,很容易因誤操作而引發(fā)事故。 (3) 聲光信號(hào)一瞬即逝,無(wú)據(jù)可查,一旦發(fā)生事故,給事故分析帶來(lái)困難,很難找出真正的事故原因,致使同類事故重復(fù)發(fā)生。 (4) 由于信號(hào)稍縱即逝,操作人員的精力必須高度集中,加重了工人的負(fù)擔(dān)。 以上缺點(diǎn)嚴(yán)重影響了提升機(jī)運(yùn)行的安全，傳統(tǒng)的繼電器信號(hào)系統(tǒng)為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，元件易發(fā)生故障。工作可靠性差，一旦控制或閉鎖失靈，則事故將不可避免。此信號(hào)系統(tǒng)正在被淘汰。該控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù),該系統(tǒng)分上井口、下井口和絞車房三個(gè)控制臺(tái),各控制臺(tái)采用MCS89C51 單片機(jī)作CPU ,控制臺(tái)通過(guò)單片機(jī)的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)主從式多級(jí)通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺(tái)作為主控制臺(tái),下井口、絞車房控制臺(tái)為從控制臺(tái)。下井口到上井口需兩對(duì)電纜。各控制臺(tái)還配有數(shù)字、漢字提示,語(yǔ)音提示,這樣既照顧了操作人員的習(xí)慣操作,又減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí),增加了信號(hào)的存儲(chǔ)功能,便于以后的查證。系統(tǒng)采用分時(shí)的半雙工通訊電路,通過(guò)改變電平來(lái)分時(shí)完成對(duì)下井口和絞車房的通訊。其原理框圖見下圖所示。32系統(tǒng)原理框圖新型礦井提升機(jī)信號(hào)裝置在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了先進(jìn)的單片機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和漢字顯示技術(shù), 具有聲光兼?zhèn)?、漢字顯示、數(shù)字存儲(chǔ)、故障診斷、安全閉鎖保護(hù)等特點(diǎn)。尤其在通信方面, 采用了數(shù)字通信技術(shù), 只需兩對(duì)普通電纜, 且信號(hào)種類和數(shù)量不受限制, 提高了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院挽`活性, 功能靈活多樣, 擴(kuò)展方便。新型礦井提升機(jī)信號(hào)裝置的使用有效地解決了在微機(jī)系統(tǒng)中信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和可靠性問(wèn)題。 該控制系統(tǒng)功能齊全，下井口到上井口只需兩對(duì)電纜,既方便又經(jīng)濟(jì)。各控制臺(tái)還配有數(shù)字、漢字提示,語(yǔ)音提示,這樣既照顧了操作人員的習(xí)慣操作,又減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。同時(shí),增加了信號(hào)的存儲(chǔ)功能,便于以后的查證。 但煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機(jī)的頻繁啟動(dòng)與運(yùn)行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對(duì)通訊信號(hào)和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。在井口信號(hào)臺(tái)使用PLC，井底只進(jìn)行按鈕操作，車房只能顯示輸出結(jié)果：如文字顯示各種工作執(zhí)行信號(hào)和罐位信號(hào)，聲音提示運(yùn)行狀態(tài)及故障。各部分的邏輯控制中心均由日本三菱公司生產(chǎn)的PLC 所構(gòu)成。信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，大部分是開關(guān)量，可直接傳送給PLC，模擬信號(hào)由電量變送器再用模擬輸入模塊FX2N2AD傳送給PLC。各部分之間的信號(hào)經(jīng)信號(hào)確認(rèn)，直接轉(zhuǎn)發(fā)到PLC。車房信號(hào)臺(tái)安裝在絞車司機(jī)房?jī)?nèi),井口、井下信號(hào)臺(tái)分別安裝在井口、井下的信號(hào)房?jī)?nèi)。井口、井下罐位信號(hào)由光電開關(guān)采集。該控制系統(tǒng)原理框圖見下圖23所示。　 該系統(tǒng)的信號(hào)的發(fā)送方式： (1) 轉(zhuǎn)發(fā)方式。井下的信號(hào)必須經(jīng)由井口轉(zhuǎn)發(fā),不得越過(guò)井口信號(hào)工直接向車房發(fā)送,井口信號(hào)工必須在井下信號(hào)發(fā)出后,才能發(fā)出信號(hào)。當(dāng)井口信號(hào)和井下信號(hào)一致時(shí),該信號(hào)才能傳到車房,否則無(wú)效,需井口信號(hào)工重發(fā)。在信號(hào)發(fā)出的同時(shí),井口、井下均有燈光顯示、聲音提示、數(shù)字記憶。記憶的數(shù)字直到下一個(gè)信號(hào)發(fā)出才會(huì)消失。 (2) 直發(fā)方式。停車(急停) 信號(hào)