【文章內(nèi)容簡介】 由此可知，可編程控制器PLC的本質(zhì)就是一臺為實現(xiàn)機械工業(yè)或生產(chǎn)過程而專門設(shè)計的、具有獨特功能的軟硬件系統(tǒng)的電子計算機。它是基于電子計算機，但不是普通的計算機，普通的計算機進行輸入輸出信息的變換，多只考慮信息的本身，信息的輸入輸出，只要人機界面友好，如使用多媒體就可以了，而PLC則重點考慮輸入輸出信息的可靠性、實時性，以及信息的實際應(yīng)用，另外還必須考慮所使用的環(huán)境、便于安裝維護、抗干擾等問題。（1）PLC的組成可編程控制器PLC一般由主機、擴展單元及外設(shè)組成。主機是必不可少的，其他外設(shè)可以按照需要配置。主機由輸入、輸出和CPU三部分組成。輸入部分:PLC與生產(chǎn)過程相連接的輸入通道，輸入部分接受來自生產(chǎn)現(xiàn)場的各種信號，如限位開關(guān)、按鈕、CPU部分:PLC的核心部分，傳感器的信號等。由微處理器系統(tǒng)、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器組成，負責(zé)系統(tǒng)程序的調(diào)度、管理、運行和PLC的自診斷。主要負擔(dān)對用戶程序作出編譯解釋處理以及調(diào)度用戶目標(biāo)程序運行的任務(wù)。輸出部分:PLC與生產(chǎn)過程相連接的輸出通道，輸出部分接收CPU的處理輸出，并轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓、電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。擴展單元主要是1/O、電源模塊、與主機的連接電纜、接口模塊。外設(shè):最基本的外設(shè)是編程器，有的還配有可編程終端、條碼讀入器，打印機等。從編程和調(diào)試程序的角度上講，個人計算機也算是PLC的終端。編程器中央處理器（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器電源圖31 PLC硬件構(gòu)成PLC的組成決定了PLC的功能，隨著技術(shù)的發(fā)展和PLC的應(yīng)用范圍的擴大，PLC的組成不斷增加和完善，它的功能葉在不斷完善中。（2）PLC的工作原理及控制的實現(xiàn)最初研制生產(chǎn)PLC的主要目的是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但是它們兩者的運行方式有如下區(qū)別:(1)繼電器控制裝置采用的運行方式是硬邏輯運行，也就是說，當(dāng)繼電器的線圈通電或者斷電，該繼電器的所有觸點(包括常開和常閉點)在繼電器的控制電路上的任何位置都會同時動作。(2) PLC的CPU則采取的是順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或者邏輯被接通或者斷開，該線圈上的所有觸點(包括常開和常閉點)不會立即動作，必須等待掃描到該觸點時才一會動作。 當(dāng)PLC投入運行后，它的工作是以循環(huán)掃描的方式來完成的，一般分為3個階段: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PLC的運行期間，CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 PLC的編程語言1993年國際電工委員會(IEC)正式頒布了可編程控制器國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1311,它規(guī)范了可編程控制器的編程語言及基本元素。IEC13113規(guī)定了兩大編程語言:文本編程語言和圖形化語言。其中文本化語言包括清單指令和結(jié)構(gòu)化文本語言，圖形化語言包括梯形圖語言和功能塊圖語言。至于現(xiàn)在用到的順序功能圖，該標(biāo)準(zhǔn)并沒有將它列入為編程語言中的一種，而是將它在公用元素中予以規(guī)劃。也就是說，在現(xiàn)在的編程語言中，不論在文本化語言，還是在圖形化語言中，都可以運用SFC(順序功能圖)的概念，句法和語法。IEC13113允許在同一個PLC中使用多種編程語言，這樣的話，就允許程序開發(fā)人員可以對每一個特定的任務(wù)選擇一個適合的語言來編程，還允許在同一個控制程序中不同的軟件模塊用不同的編程語言編制。IEC13113的編程語言是IEC工作組對世界范圍內(nèi)的PLC廠商的編程語言進行了借鑒、分析后，在此基礎(chǔ)上形成的一套針對工業(yè)控制系統(tǒng)的編程控制語言。它既適合于PLC，也適合于實際的工業(yè)控制領(lǐng)域。對編程語言的選擇，取決于程序設(shè)計員的語言背景、所面對的控制問題及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等。IEC13113中編程語言部分規(guī)范了4種編程語言，并且定義了這些編程語言的語法和句法。這4種編程語言是:文本語言兩種(指令表語言IL和結(jié)構(gòu)化文本語盲一ST)，圖形化語言兩種(梯形圖語言LD和功能模塊語言FBD)。(1)結(jié)構(gòu)化文本(Structured Text)語言結(jié)構(gòu)化文本語言(Structured Text)是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的高級語言，它可以追溯到Ada, Pascal和C語言。它的特點是格式自由，可以在關(guān)鍵詞和標(biāo)識符之間的任何地方插入制表符、換行符和注釋。因為它對編程人員的技術(shù)要求較高，普通的技術(shù)人員無法完成，同時也不直觀，所以應(yīng)用并不普及。 (2)指令表(Instruction List)語言指令語言主要是流行在歐洲和日本的一種初級語言，與匯編語言類似。IL語言由一系列指令組成。特點是一條指令占一行，指令由操作符及緊跟其后的操作數(shù)組成，可以用來調(diào)用函數(shù)的功能塊、賦值、在區(qū)段內(nèi)執(zhí)行有條件或無條件的轉(zhuǎn)移。但是指令結(jié)構(gòu)與一般計算機不兼容、指令結(jié)構(gòu)不靈活，浪費指令存儲空間、無法適于一般領(lǐng)域。 (3)梯形圖(Ladder Diagram)語言梯形圖(Ladder Diagram)語言是一種源于美國的圖形化語言，是基于繼電器的梯形圖形表達式。它采用圖形化語言，沿用了繼電器的觸點、線圈的串聯(lián)等術(shù)語，并且增加了繼電器中沒有的符號。梯形圖一般由不同的階梯(Ruge )組成，每一階梯又由輸入和輸出組成。在一個階梯中，輸出指令出現(xiàn)在階梯的最右邊，輸入指令出現(xiàn)在輸出指令的左邊，當(dāng)輸入指令所表示的階梯條件為真時，則執(zhí)行輸出指令，否則就不執(zhí)行輸出指令。因此，梯形圖允許在一個階梯中的輸入指令—表示梯形條件永遠為真。也允許有多個輸入指令串、并聯(lián)，其中串聯(lián)表示幾個條件“與”的關(guān)系，并聯(lián)則表示“或”的關(guān)系，但對于輸出指令可以并聯(lián)而不允許串聯(lián)，并聯(lián)表示階梯條件為真時，幾個輸出指令可一并執(zhí)行。(4)功能塊圖(Function Block Diagram)語言 FBD是一種以功能模塊為單位的圖形化方法，它用一系列相互連接的圖形塊來表達函數(shù)、功能塊和程序的行為，就如同電子電路圖一樣。但是因為每個功能模塊占用一定的空間，對每個功能模塊的執(zhí)行都占有較多的時間，通常只應(yīng)用在控制規(guī)模較大，較復(fù)雜的大中型控制系統(tǒng)中。由第二章分析我們知道升降橫移式立體車庫的運行原理:利用托盤的移位產(chǎn)生垂直通道，通過高層車位升降來實現(xiàn)車輛的存放，托盤的移位由PLC來進行控制。該系統(tǒng)中主控單元的控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移小電機和升降大電機，控制系統(tǒng)控制它們在不同時間實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈等。為了保證托盤能橫移到預(yù)定位置、托盤能上升或下降到準(zhǔn)確位置，采用限位開關(guān)，為了判斷托盤上有無車輛，采用了光電開關(guān)，在不同的位置有不同的功能:將接收器和發(fā)射器分別安裝在托盤底層左右兩邊的光電開關(guān)，用以檢測托盤上汽車停放是否到位。在托盤對角線上安裝的光電開關(guān)用以檢測托盤上有無車輛。裝在車位入口處左右兩側(cè)的光電開關(guān)用于檢測外界的錯誤動作和車位移動時出現(xiàn)的異常情況。如有車輛未停妥、動作區(qū)域有人或物、運行過程中有車想進入等意外情況，光電開關(guān)光線被遮，會給PLC一個電平變化信號，從而改變PLC的輸入，蜂鳴器發(fā)出長音并報警，設(shè)備停止運行。 選用按鈕控制便于操作，但對于大型車庫來說要用上位機來進行控制，同時在車庫中還運用了一些傳感器，如煙溫傳感器，以及安全預(yù)警裝置，其控制原理見圖32所示。圖32控制原理圖因控制系統(tǒng)只有開關(guān)量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，可不必再另外增加其它抗干擾措施。本系統(tǒng)對開關(guān)控制量的速度要求不高，可選用一般的可編程序控制器，其具有的自診斷功能和采用的循環(huán)掃描工作方式完全能滿足要求。本系統(tǒng)輸入端有各種開關(guān)，工作時有總開、總停按鈕和其它一些移動鍵、緊急停止按鈕，若干個信號輸入、輸出端，并有故障報警控制等?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫，二層停車位對車存取可直接在對應(yīng)的位置進行，一、三層停車位對車的存取流程圖如圖33所示。在程序設(shè)計中，采用了模塊化編程形式，車位運行過程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，而且對于車位的拓展提供了便利的條件。當(dāng)YNNYNYNY車位在層數(shù)或排數(shù)上增加時，只需就其中的一個子程序和主程序進行相應(yīng)的改動，而其它的子程序基本不必改動，大大減輕了以后重新編程的任務(wù)。圖33 一、三層存取車流程圖程序可分為兩大部分，第一部分為主程序，第二部分為子程序。子程序又分為三個模塊，各模塊的作用為:(1)進行新的存取車操作之前把上層托盤復(fù)位。(2)空出上層操作托盤下的車位，使操作托盤可以下降。(3)確定運動托盤的層數(shù)并賦予相應(yīng)的值。為了在試驗中將車庫的控制系統(tǒng)實現(xiàn)出來，我們采用了車庫模型來實現(xiàn)車庫的控制系統(tǒng)的模擬。應(yīng)選用PLC是80點(I/0)左右的可編程控制器，用開關(guān)、燈以及按鈕來表示車庫控制系統(tǒng)中的電機、傳感器、光電開關(guān)及報警裝置等，具體如下:(1)各個車位存取車信號的輸入用按鈕來表示，存車按鈕輸入存車信號，取車按鈕輸入取車信號。(2)各層托盤的升降、橫移分別用上升、下降、左右平移指示燈表示。(3)車位托盤檢測、車輛檢測、掛鉤限位狀態(tài)用開關(guān)的常開、常閉狀態(tài)來表示。具體來說:托盤檢測開關(guān)常閉狀態(tài)表示車位有托盤，開關(guān)常開狀態(tài)表示托盤沒有復(fù)位。車輛檢測開關(guān)常閉狀態(tài)表示車位上存有車，常開狀態(tài)表示車位上沒有車。掛鉤限位開關(guān)狀態(tài)常閉表示托盤移動到位，相應(yīng)電機停止運轉(zhuǎn)，常開表示托盤沒有復(fù)位，車庫對應(yīng)車位沒有托盤。 PLC的主要性能指標(biāo)和選型在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，以及立體車庫的自動控制等，采用可編程序控制器(PLC)來解決自動控制問題已成為最有效的方法之一。PLC主要性能指標(biāo)有存儲容量、控制容量、掃描周期、指令功能及軟件支持、網(wǎng)絡(luò)與通信等幾個方面:(1)存儲容量可編程控制器的存儲容量由兩部分組成:一部分用來存放系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序是機器在出廠前廠家寫入，用戶不能改變也無法訪問的程序。另一部分是用來存放用戶程序及所需的數(shù)據(jù)。存儲容量一般是指后者，存儲器包括程序存儲器和數(shù)字存儲器，有時候，它也用梯形圖的步序來表示。在實際的應(yīng)用中，用戶根據(jù)控制對象復(fù)雜程度的不同，先預(yù)估所需的容量，進而選擇機型。 (2)控制容量PLC的控制容量也就是I/O容量，也叫I/O能力，通常以離散量(數(shù)字量)個數(shù)來計算，它是表示輸入輸出J點的個數(shù)。不同的PLC有不同的I/O容量，微型PLC的控制容量一般在20點以下，而大型的PLC的I/O容量可達lOK以上。 (3)掃描周期PLC的掃描周期也稱處理器的掃描時間。機器上電后，先進行初始化工作，如復(fù)位定時器、檢查I/O組件連接等，然后在此基礎(chǔ)上開始進入系統(tǒng)的掃描周期。掃描周期包括:輸入掃描、程序掃描、輸出掃描和內(nèi)務(wù)處理。通常，將輸入掃描和輸出掃描合稱為1/O掃描，處理器的掃描周期是I/O掃描和程序掃描周期兩者之和。 (4)指令功能及軟件支持因為歷史的原因，各廠家的PLC指令存在很大的區(qū)別，沒有哪一種編程語言是各廠家的PLC能夠相互通用的，但是梯形圖、順序功能圖、結(jié)構(gòu)化文本語言還是面向一般工程技術(shù)人員的。最初的可編程控制器只是一些簡單的開關(guān)量邏輯控制器件，而且其控制數(shù)目有限，因此只有基本的輸入輸出指令及程序控制指令，編程設(shè)備也很簡陋。但是隨著科學(xué)的發(fā)展，PLC也在不停地發(fā)展，在指令功能也不斷增強的同時，開發(fā)的手段也從早期專用的編程設(shè)備轉(zhuǎn)移到了計算機上面，計算機的開發(fā)環(huán)境也從早期的DOS到現(xiàn)在的WIN95/NT上，從而使得可編程控制器的使用變得更加容易，除可編程外，還使得仿真軟件、PLC的開發(fā)、調(diào)試可以在一臺計算機上完成，這就大大縮短了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期。因此在選用PLC的時候，不但要考慮PLC本身是否適用，還應(yīng)該考慮相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境和軟件是否適用和易用。 (5)網(wǎng)絡(luò)與通信隨著計算機的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC不僅要求執(zhí)行速度快、單機的內(nèi)存及I/O容量做得很大，而且網(wǎng)絡(luò)通信能力亦成為PLC一個很重要的指標(biāo)。因為只有具備網(wǎng)絡(luò)通信功能的PLC才一能實現(xiàn)大范圍的遠程控制。正確、合理地設(shè)計PLC應(yīng)用控制系統(tǒng)要涉及到很多方面，其中最基本的原則有以下四點:(1)完整性原則:最大限度滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機械設(shè)備的控制要求。(2)可靠性原則:確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。(3)經(jīng)濟性原則:力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4)發(fā)展性原則:適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進的需要，在1/O接口、通信等方面留有余地。對控制系統(tǒng)硬件的選擇主要是PLC的選擇，包括PLC機型的選擇、PLC容量的選擇和模塊的選擇三個方面。 (1) PLC機型的選擇面對眾多廠家提出的多種系列、功能各異的PLC產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能、價格各不相同。L匕如，三菱FX2N128MR001系列，而FX 1 ，還不到400元。因此，在選擇機型的時候，應(yīng)本著在滿足控制功能原則的前提下，保證系統(tǒng)可靠、維護方便和最佳的性價比。 (2) PLC容量的選擇通常講的 PLC容量是指輸入輸出點O八的點數(shù)和用戶存儲器的容量。對于O/1點的選擇原則是應(yīng)保有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，但是因為PLC的On點數(shù)與價格成正比，若留有太多的空余點，會使成本大大增加，因此在實際的應(yīng)用過程中，一般是根據(jù)輸入、輸出信號的總點數(shù)，并考慮以后的擴充，選用10%15%的備用量。用戶的存儲量在滿足基本的控制要求外，一般留有10%25%的考慮裕量。 (3)模塊的選擇I/O控口模塊用