【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,而后經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理以輸出變量的形式送到輸出接口,從而控制輸出設(shè)備。圖31 PLC基本結(jié)構(gòu)(1)中央處理單元(CPU)CPU是PLC的核心部件,它類(lèi)似人的大腦,能指揮PLC按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務(wù)。其作用有以下幾點(diǎn):、存儲(chǔ)由編程工具輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù),并可通過(guò)顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。、校驗(yàn)用戶(hù)程序?qū)φ谳斎氲挠脩?hù)程序進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤立即報(bào)警,并停止輸入。在程序運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則立即報(bào)警或停止程序的執(zhí)行。、調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)信息將接收到的現(xiàn)場(chǎng)輸入的數(shù)據(jù)保存起來(lái),在需要改數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)⑵湔{(diào)出!并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。,CPU根據(jù)用戶(hù)程序存放的先后順序,逐條讀取、解釋和執(zhí)行程序,完成用戶(hù)程序中規(guī)定的各種操作,并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端口,以驅(qū)動(dòng)PLC外部的負(fù)載。、PLC內(nèi)部電路的故障,根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類(lèi)型,通過(guò)顯示器顯示出相應(yīng)的信息,以提示用戶(hù)及時(shí)排除故障或糾正錯(cuò)誤。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路,是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元存儲(chǔ)器可以分為以下3種:,它決定了PLC的功能系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器,用戶(hù)不能更改其內(nèi)容。不同機(jī)型的PLC,其用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量可能差異較大。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程或工藝的要求,用戶(hù)程序經(jīng)常需要改動(dòng),所以用戶(hù)程序存儲(chǔ)器必須可讀寫(xiě)。一般要用后備電池(鏗電池)進(jìn)行掉電保護(hù),以防掉電時(shí)丟失程序。工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的,所以這種存儲(chǔ)器必須可讀寫(xiě)。(3)輸入/輸出單元輸入/輸出(1/0)單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的窗口。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供的信號(hào),例如由按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路的濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理,變成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)CPU處理的微弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào),以驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行元件,如指示燈的亮滅,電動(dòng)機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn),設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升降,閥門(mén)的關(guān)閉等。(4)電源部分電源部件能將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC的CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等電子電路工作所需要的直流電源,使PLC能正常工作。PLC中一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流電源,可給輸入單元所連接的外部開(kāi)關(guān)或傳感器供電。(5)編程器編程器是生產(chǎn)廠家提供的與本公司PLC配套的編程工具。編程器分為簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器兩種簡(jiǎn)易編程器不能直接輸入梯形圖程序,只能輸入語(yǔ)句表程序。用簡(jiǎn)易編程器編程時(shí),編程器必須與PLC相連接。簡(jiǎn)易編程器的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、體積小、重量輕、方便攜帶。圖形編程器可直接輸入梯形圖程序。圖形編程器分手持式和臺(tái)式。臺(tái)式編程器具有用戶(hù)程序存儲(chǔ)器,它可以把用戶(hù)輸入的程序存放在自己的存儲(chǔ)器中,也可以把用戶(hù)程序下載到PLC中。圖形編程器的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、屏幕大,顯示功能強(qiáng),且可脫機(jī)編程,但是其價(jià)格顯貴。 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)① 高可靠性；（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。② 豐富的I/O接口模塊；PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)；為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化PLC，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。④編程簡(jiǎn)單易學(xué)；PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。⑤安裝簡(jiǎn)單，維修方便；工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC的分類(lèi)目前,PLC應(yīng)用廣泛,國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多,所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多,其型號(hào)、規(guī)格和性能也各不相同。通常,可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致的分類(lèi):(1)按照結(jié)構(gòu)形式的不同,PLC可分為整體式和模塊式兩種。整體式具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn),易于裝在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部,通常適于單機(jī)工作。一般小型和超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu),如日本三菱FX系列的PLC,整體式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是輸入輸出接口數(shù)是固定的,不一定適合每一個(gè)具體的現(xiàn)場(chǎng)控制需要。模塊式結(jié)構(gòu)又稱(chēng)積木式,這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把PLC的每個(gè)工作單元都制成獨(dú)立的模塊,如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊、通訊模塊等。這種結(jié)構(gòu)配置靈活,裝載和維修方便,功能易于擴(kuò)展,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,造價(jià)也較高。一般大、中型PLC都采用這種結(jié)構(gòu),如日本三菱公司的AN系列。(2)按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量不同,PLC可分為小型、中型和大型三類(lèi)。小型PLC又稱(chēng)為低檔的PLC。這類(lèi)PLC的規(guī)模較小,它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般從20點(diǎn)到128點(diǎn)。中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)通常在120點(diǎn)至512點(diǎn)之間,用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量為2KB一8KB。大型PLC又稱(chēng)為高檔的PLC,I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上,其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱(chēng)為超大型PLC,用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量在8KB以上。 PLC程序的表達(dá)方式與計(jì)算機(jī)的工作原理一樣,PLC的操作是按其程序要求進(jìn)行的,而程序是用程序語(yǔ)言表達(dá)的。表達(dá)方式有多種多樣,不同的PLC生產(chǎn)廠家,不同的機(jī)種,采用的表達(dá)方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達(dá)方式(即用文字符號(hào)表達(dá)程序,如語(yǔ)句表程序表達(dá)方式)和圖形符號(hào)表達(dá)方式(即用圖形符號(hào)表達(dá)程序,如梯形圖程序表達(dá)方式)這兩大類(lèi)。也有將這兩種方式結(jié)合起來(lái)表示PLC程序具體如下所述:(l)梯形圖,PLC的梯形圖編程語(yǔ)言與傳統(tǒng)的“繼電、接觸”控制原理圖十分相似,它形象、直觀、實(shí)用,為廣大電氣技術(shù)人員所熟知。這種編程語(yǔ)言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式,使得程序直觀易讀。當(dāng)今世界上各國(guó)的PLC制造廠家所生產(chǎn)的PLC大都采用梯形圖語(yǔ)言編程。(2)語(yǔ)句表,用語(yǔ)句表所描述的編程方式是一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言類(lèi)似的助記符編程方式。由于不同型號(hào)的PLC的標(biāo)識(shí)符和參數(shù)表示方法不一,所以無(wú)千篇一律的格式。(3)邏輯符號(hào)圖,采用邏輯符號(hào)圖表示控制邏輯時(shí),首先定義某些邏輯符號(hào)的功能和變量函數(shù),它類(lèi)似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般說(shuō)來(lái),用這三種邏輯能夠表達(dá)所有的控制邏輯。這是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的PLC編程語(yǔ)言之一。(4)高級(jí)編程語(yǔ)言,隨著軟件技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)推出的PLC,尤其是大型PLC,已開(kāi)始用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。許多PLC采用類(lèi)似PASCAL語(yǔ)言的專(zhuān)用語(yǔ)言,系統(tǒng)軟件具有這種專(zhuān)用語(yǔ)言編程的自動(dòng)編譯程序。采用高級(jí)語(yǔ)言編程后,用戶(hù)可以像使用普通微形計(jì)算機(jī)一樣操作PLC。除了完成邏輯控制功能外,還可以進(jìn)行P工D調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及計(jì)算機(jī)通信等。 PLC工作原理PLC的工作過(guò)程是周期循環(huán)掃描的工作過(guò)程。用戶(hù)程序通過(guò)編程器或其它輸入設(shè)備輸入存放在PLC的用戶(hù)存儲(chǔ)器中。當(dāng)PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí),CPU根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控程序的規(guī)定順序,通過(guò)掃描,完成各輸入點(diǎn)的狀態(tài)采集或輸入數(shù)據(jù)采集、用戶(hù)程序的執(zhí)行、各輸出點(diǎn)狀態(tài)的更新、編程器鍵入響應(yīng)和顯示更新及CPU自檢等功能。PLC的掃描可按固定順序進(jìn)行,也可按用戶(hù)程序規(guī)定的可變順序進(jìn)行。這不僅僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮?執(zhí)行一次,也因?yàn)樵谝粋€(gè)大控制系統(tǒng)中,需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多。通過(guò)不同的組織模塊的安排,采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的方法,可縮短掃描周期和提高控制的實(shí)時(shí)相應(yīng)性。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式,減少了外界干擾的影響。PLC的工作過(guò)程分三個(gè)階段進(jìn)行,即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。如圖圖32 PLC的掃描工作過(guò)程(l)輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段,首先掃描所有的輸入端子,將各輸入存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器。此時(shí),輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段或輸出階段,輸入映像寄存器與外界隔離,無(wú)論信號(hào)如何變化其內(nèi)容保持不變直到下一掃描周期的輸入采樣階段,才重新寫(xiě)入輸入端的新內(nèi)容。(2)程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序的掃描原則,PLC按先左后右,先上后下的步序語(yǔ)句逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令,則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿(mǎn)足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí),PLC從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài),從輸出映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)輸出映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。然后,進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)于元件映像寄存器來(lái)說(shuō),每一個(gè)元件(輸出軟繼電器的狀態(tài))會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。(3)輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后,輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)(接通/斷開(kāi))在輸出刷新階段存到輸出鎖存寄存器中,通過(guò)一定方式輸出,驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)示全包裝生產(chǎn)線的核心部分，而在包裝過(guò)程中，動(dòng)作多，運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，這就要求控制系統(tǒng)具有很高的可靠性、良好的節(jié)能措施、很強(qiáng)的故障診斷能力，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。由于包裝生產(chǎn)線的各種控制為開(kāi)關(guān)量，動(dòng)作關(guān)系復(fù)雜，I/0點(diǎn)數(shù)較多，選擇日本三菱公司的FX2N系列PLC。該系列PLC為模塊式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的需要靈活地組合成最佳的配置。① 硬件配置硬件配置包括FX2N基本單元、FX2N擴(kuò)展單元、檢測(cè)元件(光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、真空開(kāi)關(guān)等)、人機(jī)操作界面(按鈕、指示燈等)、控制元件(交流接觸器、變頻器、電磁閥等)以及執(zhí)行元件(電機(jī)和氣缸等)。② FX2N系列PLC輸入輸出擴(kuò)展方法，F(xiàn)X2N系列PLC是由電源、CPU、輸入輸出和程序存儲(chǔ)器組成的單元型可編程控制器。其主機(jī)稱(chēng)為基本單元，為主機(jī)備有可擴(kuò)充輸入輸出點(diǎn)數(shù)的“擴(kuò)展單元(電源I/0)和擴(kuò)展模塊(I/0)”，此外，還可以連接特殊擴(kuò)展設(shè)備，用于特殊控制。在組織FX2N系列時(shí)，須考慮下述各點(diǎn):輸入輸出總點(diǎn)數(shù)控制在256點(diǎn)以?xún)?nèi)，其中輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)均不能超過(guò)184點(diǎn)；DC24V電源和DC5V電源的容量，基本單元和擴(kuò)展單元內(nèi)部裝有電源，可以對(duì)擴(kuò)展模塊供給DC24V電源，對(duì)特殊模塊供給DC5V電源，因此擴(kuò)展模塊和特殊模塊的耗電量應(yīng)該控制在基本單元及擴(kuò)展單元的電源范圍以?xún)?nèi)；對(duì)于FX2N基本單元，外接特殊單元和特殊模塊的數(shù)量，最多不超過(guò)8臺(tái)。關(guān)于輸入輸出序號(hào)的編號(hào)問(wèn)題，F(xiàn)X2N系列PLC使用如下的編號(hào)方法:（1）輸入繼電器(X)、輸出繼電器(Y)的序號(hào)是由基本單元開(kāi)始，按連接順序分配八進(jìn)制數(shù)碼。（2）特殊擴(kuò)展設(shè)備和PLC使用PLC的FROM和T0指令進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換，但是輸入輸出繼電器不占序號(hào)。（3）功能擴(kuò)展板，F(xiàn)X2NCNVIF型轉(zhuǎn)換電纜，和輸出輸入點(diǎn)數(shù)無(wú)關(guān)。③具體的輸入輸出擴(kuò)展根據(jù)對(duì)于本生產(chǎn)線的分析，系統(tǒng)需要約130個(gè)輸入點(diǎn)、160個(gè)輸出點(diǎn)，總的點(diǎn)數(shù)約在290個(gè)左右，加上一定的點(diǎn)數(shù)裕量，系統(tǒng)總的輸入輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)該配置在320點(diǎn)左右，而FX2N系統(tǒng)最大的點(diǎn)數(shù)是256點(diǎn)，所以決定采取分段控制，將整個(gè)系統(tǒng)分成2段，前一段從電子稱(chēng)重機(jī)到噴墨打印機(jī)，使用一個(gè)PLC系統(tǒng)控制，具體的擴(kuò)展方法是FX2N128MR+FX2N48ER各一臺(tái)，共有點(diǎn)數(shù)176個(gè)，輸入點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X127，輸出點(diǎn)88個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y127。剩下的后面作為一個(gè)控制系統(tǒng)，使用FX2N128MR+FX2N16EYR，總點(diǎn)數(shù)144個(gè)，輸入點(diǎn)數(shù)64個(gè)，編號(hào)范圍是X000～X077，輸出點(diǎn)80個(gè)，編號(hào)范圍是Y000～Y117。這樣系統(tǒng)的總點(diǎn)數(shù)為320點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)152個(gè)，輸出點(diǎn)168個(gè)，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。FX2N48ERFX2N128MR 前段FX2N16EYRFX2N128MR 后段 I/0擴(kuò)展連接示意圖④ 分配輸入/輸出點(diǎn)信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。FX2N型PLC的輸入/輸出通道號(hào)采用自由配置、固定通道方式。輸入輸出繼電器可自由選擇，與輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸入繼電器，與輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為輸出繼電器。、。輸入輸出名稱(chēng)接口名稱(chēng)接口吸袋垂直氣缸X001垂直汽缸下降Y001吸袋真空裝置X00