【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向發(fā)展,PLC 的生產(chǎn)量在國(guó)際上每年以30 %的遞增量迅速增長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)上,PLC除了采用微處理器及EPROM,EEPROM,CMCS RAM等LSI 電路外,還向微處理器發(fā)展,使PLC 的功能和處理速度大大提高 1984 年后,PLC 的規(guī)模更大,存儲(chǔ)器的容量又提高了1 個(gè)數(shù)量級(jí)(最高可達(dá)896 K) ,有的PLC 已采用了32 位微處理器,多臺(tái)PLC 可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng),在軟件方面有的已與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兼容。編程語(yǔ)言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語(yǔ)句表外,還有用于算術(shù)的BASIC 語(yǔ)言、用于機(jī)床控制的數(shù)控語(yǔ)言等。 3．2 ＰＬＣ系統(tǒng)的特點(diǎn)[2] 、抗干擾能力強(qiáng) PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的， PLC的平均故障間隔可達(dá)幾十萬小時(shí)。一般由程序控制的數(shù)字電子設(shè)備產(chǎn)生的故障常有兩種：一種是軟故障，由于外界惡劣環(huán)境，如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓等引起的未損壞系統(tǒng)硬件的暫時(shí)性故障，另一種是由多種因素而導(dǎo)致元器件損壞所引起的故障，稱為硬故障。 PLC的循環(huán)掃描工作方式能在很大程度上減少軟故障的發(fā)生。此外，PLC采用了如下一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （1）、硬件方面： 隔離是抗干擾的主要手段之一。在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響，同時(shí)還可以防止外部高電壓進(jìn)入CPU模塊。濾波是抗干擾的又一主要措施。對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，可抑制高頻干擾。 （2）、軟件方面： a、設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。PLC在每一次循環(huán)掃描過程的內(nèi)部處理期間，檢測(cè) 系統(tǒng)硬件是否正常，鋰電池電壓是否過低，外部環(huán)境是否正常，如掉電、欠電壓等； b、當(dāng)軟故障條件出現(xiàn)時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，軟硬件配合封閉 存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉，這樣，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。 由于采取了以上抗干擾措施，PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高，可以承受幅值為1000V、上升時(shí)間為1ns、脈沖寬度為1us的干擾脈沖。 2. 編程簡(jiǎn)單、使用方便 目前大多數(shù)的PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，這是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式，與常用的微機(jī)語(yǔ)言相比更容易被操作人員所接受并掌握。通過閱讀PLC的使用手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員可以很快熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來編制一般的用戶程序。配套的簡(jiǎn)易編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單，這也是PLC近年來獲得迅速普及和推廣的原因之一。 3. 設(shè)計(jì)、安裝容易、維護(hù)工作量少 由于PLC已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，用PLC組成控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)部門能在規(guī)格繁多、品種齊全的系列PLC產(chǎn)品中，選出高性能價(jià)格比的產(chǎn)品。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。在用戶維修方面，由于PLC本身的故障率極低，維修工作量很??；并且PLC有完善的診斷和顯示功能，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或在線編程器上提供的信息，迅速地查明原因。因此維修極為方便。 、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制；既可以控制單臺(tái)設(shè)備，也可以控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程. 5. 體積小、能耗低 以西門子中小型PLC S7300為例，CPU 314模塊可以擴(kuò)展為512點(diǎn)開關(guān)量，64路模擬量，其外形尺寸為80mm*125mm*130mm，,消耗功率8W。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 ．3 ＰＬＣ控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域[3]隨著PC技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，下面介紹幾個(gè)PLC的應(yīng)用實(shí)列： 可編程控制器(PLC)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊。對(duì)于早期的可編程控制器，凡是有繼電器的地方就需要可編程控制器；而對(duì)于當(dāng)今的可編程控制器，幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要可編程控制器。就目前的應(yīng)用情況來看，可編程控制器主要用于有大量開關(guān)量和少量模擬量的控制系統(tǒng)方面。小型可編程控制器主要用于單機(jī)自動(dòng)化，而大型可編程控制器則是自動(dòng)生產(chǎn)線的必不可少的部件。最近我國(guó)引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線絕大多數(shù)都是采用可編程控制器作為核心控制部件的。 3．3 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域[3] 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： 1. 開關(guān)量邏輯控制 PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到民用和家庭中。 2. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、3軸和多軸聯(lián)動(dòng)的位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛用于各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 3. 閉環(huán)過程控制 閉環(huán)過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID(比例積分微分)控制。其閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有整數(shù)四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等運(yùn)算功能，和數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，也可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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。 5. 機(jī)器人控制機(jī)器人作為工業(yè)過程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)，PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。 6. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括PLC與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其他智能控制設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信。PLC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)。 3．4 ＰＬＣ控制系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[4] 隨著新技術(shù)、新器件的不斷出現(xiàn)，特別是微處理器、單片機(jī)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等技術(shù)的飛速發(fā)展和迅速融合，使得PLC功能更加齊全，適用范圍更加廣泛，使用更加方便，具有更高的性能價(jià)格比。目前，PLC以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域，而且產(chǎn)品更新速度快，有的更新?lián)Q代周期僅為3~5年。未來的PLC將有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： 1．向大型、高性能化方向發(fā)展 PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不斷上升，可達(dá)到8192點(diǎn)，甚至高達(dá)10000點(diǎn)以上或號(hào)稱無限點(diǎn)，這類產(chǎn)品可以滿足鋼鐵工業(yè)、石油、化工等大型生產(chǎn)自動(dòng)控制的需要。它們采用有高速運(yùn)算能力的高性能16位和32位微處理器，而且常常采用多處理器結(jié)構(gòu)，并吸收以連續(xù)量處理為主的集散控制系統(tǒng)（DCS）的優(yōu)點(diǎn)，熱備冗余系統(tǒng)更高速、可靠，進(jìn)一步增強(qiáng)科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理能力和聯(lián)網(wǎng)能力，網(wǎng)絡(luò)更開放，有很高的運(yùn)行速度并能方便地與微機(jī)以及其他控制器構(gòu)成控制、管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（CIPS）等。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的Windows9x/NT/2000/XP為平臺(tái)的工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）和通用的人機(jī)界面軟件，并在管理層上應(yīng)用各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件進(jìn)行生產(chǎn)過程的處理。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將成為主流。 2．向方便靈活、小型化發(fā)展 為滿足工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)控制系統(tǒng)小型化以及減少體積、降低成本的需要，PLC生產(chǎn)廠家?guī)缀醵奸_發(fā)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活的小型、微型PLC，這是20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展最快的一類產(chǎn)品。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，小型PLC約占市場(chǎng)的1/4。而另一方面，小型PLC的功能不斷增加，如增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量處理、與上位機(jī)或操作站聯(lián)網(wǎng)通信的功能。在結(jié)構(gòu)上，一些小型PLC也采用了模塊式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要配置系統(tǒng)大小，使用戶可以方便地構(gòu)成易于擴(kuò)展、靈活經(jīng)濟(jì)的最小控制系統(tǒng)。小型化的PLC作為機(jī)電一體化的基本構(gòu)成要素和原始設(shè)備制造商（OEM）的重要設(shè)備，將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 3．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更開放、通信功能更完善 隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的冗余網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，并向統(tǒng)一、通用的開放網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，不同品牌PLC的互操作性將大大提高，工業(yè)以太網(wǎng)、過程控制的對(duì)象鏈接和嵌入（OPC）和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在PLC系統(tǒng)中大量應(yīng)用。從控制層、操作層到管理層，實(shí)現(xiàn)全方位的多層次、分布的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管控一體化，成為真正的過程控制解決方案。 4．編程組態(tài)更方便靈活 除提供傳統(tǒng)的梯形圖編程環(huán)境外，大多數(shù)PLC都提供語(yǔ)句表、順序功能圖以及更友好、方便和高效的圖形化組態(tài)軟件和符合IEC11313標(biāo)準(zhǔn)的編程組態(tài)工具。第4章 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的總體方案設(shè)計(jì) 4．1 受控對(duì)象的控制要求與控制過程分析 交通信號(hào)燈安置如圖3所示： 圖3 信號(hào)燈安置1. 受控對(duì)象的控制要求 （1）系統(tǒng)受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，開關(guān)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)開始工作，開關(guān)斷開所有信號(hào)燈熄滅；南北綠燈和東西紅燈不能同時(shí)亮，否則關(guān)閉信號(hào)系統(tǒng)并報(bào)警。（2）系統(tǒng)工作時(shí)，先南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮。（3）南北紅燈亮維持25s，東西綠燈亮20s。到20s時(shí)，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期1s（,）；綠燈閃亮3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持2s。（4）到2s時(shí)，東西黃燈熄，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄，南北綠燈亮。（5）東西紅燈亮維持30s，南北綠燈亮維持25s。（6）到25s時(shí)，南北綠燈閃亮3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持2s。（7）到2s時(shí),南北黃燈熄，南北紅燈亮，同時(shí)東西紅燈熄，東西綠燈亮，開始第2周期的動(dòng)作。周而復(fù)始的循環(huán)。 2. 控制過程分析[5] 給上電源，運(yùn)行用戶程序。安下啟動(dòng)鈕后，20000接通且自鎖。TIM000接通計(jì)時(shí)，TIM006同時(shí)接通計(jì)時(shí)，01002接通，南北紅燈亮，同時(shí)由01002使01004接通，東西綠燈亮。 當(dāng)TIM006計(jì)滿20s時(shí)，使TIM007接通計(jì)時(shí)，同時(shí)TIM006常閉接點(diǎn)打開，使東西綠燈亮的功能停止，而TIM006的一個(gè)常開接點(diǎn)接通，該接點(diǎn)與時(shí)鐘周期為1s的25502一起控制01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 當(dāng)TIM007計(jì)滿3s后，其常開接點(diǎn)使TIM005計(jì)時(shí)開始，其另一個(gè)常閉接點(diǎn)斷開東西綠燈閃爍電路，而一常開接點(diǎn)則使01005接通，東西黃燈亮。 當(dāng)TIM005計(jì)滿2s后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。 當(dāng)TIM005計(jì)滿2s的同時(shí)，恰好TIM000計(jì)時(shí)滿25s，此時(shí)循環(huán)工作的下半周期開始。TIM000常開接點(diǎn)首先啟動(dòng)TIM004和TIM001定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，而其常閉接點(diǎn)斷開01002，常開接點(diǎn)接通01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時(shí)由01006使01000接通，南北綠燈亮起來。 TIM001計(jì)滿25s，其一常開接點(diǎn)起動(dòng)TIM002計(jì)時(shí)開始，一常閉斷開南北綠燈，而另一常開與25502一起使南北綠燈閃爍。 TIM002計(jì)滿3s后，起動(dòng)TIM003計(jì)時(shí)開始，TIM002的一常閉接點(diǎn)使南北綠燈停止閃爍，而TIM002的一常開接點(diǎn)使010