【文章內(nèi)容簡介】 備中，我國不少廣家引進或研制了一批可編程序控制器，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出大批應用可編程序控制器改造設(shè)備的成果，機械行業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備越來越多地采用可編程序控制器作控制裝置，了解可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維護可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學生的基本要求。 PLC主要應用于以下幾個方面開關(guān)量邏輯控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)．代替繼電器進行組合邏輯、定時控制與順序邏輯控制、開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備也可以用于自動生產(chǎn)線，如機床電氣控制、沖壓機械、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制．電梯的控制．化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制、各種生產(chǎn)線的控制等。運動控制可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制可實現(xiàn)單軸/雙軸/3軸位置控制，使運動控制與順序控制功能有機地結(jié)合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、金屬成形機械。裝配機械、機器人、電梯等。閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A./D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換．并對模擬量實行閉環(huán)PID（比例－積分－微分）控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序來實現(xiàn)．更多的是使用專用的智能PID模塊、可編程序控制器的模擬量PID控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學運算（包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算以及求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理．這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表、數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)．如無人柔性制造系統(tǒng)．也可以用于過程控制系統(tǒng)．如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大到控制系統(tǒng)。通信聯(lián)網(wǎng)可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信、可編程序控制器與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制’的分布式控制系統(tǒng)。 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下：圖 18 PLC系統(tǒng)框圖一、CPU的構(gòu)成PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。CPU的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。二、I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。三、電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。四、底板或機架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。五、PLC的外部設(shè)備外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。六、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。了解了PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買控制器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。二、副井操車系統(tǒng)的機電設(shè)計 控制方案選擇：雙PLC控制：一個位于井口，接收井口傳感器信號、操車房的控制信號和報警信號、控制井口機電設(shè)備運行，一個位于井下，控制接收井下的傳感器信號、報警信號和控制輸井下機電部分的運行。 I/O點數(shù)估算：初步估計輸入點數(shù)為45，輸出點數(shù)為33，I/O點數(shù)應預留10%20%取12%，所以輸入點數(shù)應選擇54點，輸出點數(shù)小于輸入點數(shù)，以輸入點數(shù)決定PLC的選型。 存儲器選擇：根據(jù)工程需要，和綜合考慮，預計程序在500步左右，所以應選擇的程序存儲器應大于1k。 功能選擇：功能選擇上主要從運算、控制、通信、編程、診斷、和處理速度上選擇。此設(shè)計在運算上主要用于步進控制程序的運行，需要簡單的邏輯運算、計時和計數(shù)，選擇普通PLC即可適用；控制上，用于順序邏輯控制，因此，采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制即可，不需要采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。（例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等）。輸出控制用于繼電器，所以在選擇輸出模塊時，應選擇繼電器輸出。通信距離大于420米，所以要選擇可以擴展通信模塊