【文章內(nèi)容簡介】 數(shù) 百 甚 至 數(shù) 千 分 之 一 ， 故 障 也 就 大 大 降 低 。 此 外 ， PLC 帶 有 硬 件 故 障 自我 檢 測 功 能 ， 出 現(xiàn) 故 障 時 可 及 時 發(fā) 出 警 報 信 息 。 在 應(yīng) 用 軟 件 中 ， 應(yīng) 用 者 還 可 以 編入 外 圍 器 件 的 故 障 自 診 斷 程 序 ， 使 系 統(tǒng) 中 除 PLC 以 外 的 電 路 及 設(shè) 備 也 獲 得 故 障 自診 斷 保 護(hù) 。 這 樣 ， 整 個 系 統(tǒng) 具 有 極 高 的 可 靠 性 也 就 不 奇 怪 了 。 2． 硬 件 配 套 齊 全 ， 功 能 完 善 ， 適 用 性 強PLC 發(fā) 展 到 今 天 ， 已 經(jīng) 形 成 了 大 、 中 、 小 各 種 規(guī) 模 的 系 列 化 產(chǎn) 品 ， 并 且 已 經(jīng) 標(biāo)準(zhǔn) 化 、 系 列 化 、 模 塊 化 ， 配 備 有 品 種 齊 全 的 各 種 硬 件 裝 置 供 用 戶 選 用 ， 用 戶 能 靈活 方 便 地 進(jìn) 行 系 統(tǒng) 配 置 ， 組 成 不 同 功 能 、 不 同 規(guī) 模 的 系 統(tǒng) 。 PLC 的 安 裝 接 線 也 很方 便 ， 一 般 用 接 線 端 子 連 接 外 部 接 線 。 PLC 有 較 強 的 帶 負(fù) 載 能 力 ， 可 直 接 驅(qū) 動 一般 的 電 磁 閥 和 交 流 接 觸 器 ， 可 以 用 于 各 種 規(guī) 模 的 工 業(yè) 控 制 場 合 。 除 了 邏 輯 處 理 功能 以 外 ， 現(xiàn) 代 PLC 大 多 具 有 完 善 的 數(shù) 據(jù) 運 算 能 力 ， 可 用 于 各 種 數(shù) 字 控 制 領(lǐng) 域 。 近年 來 PLC 的 功 能 單 元 大 量 涌 現(xiàn) ， 使 PLC 滲 透 到 了 位 置 控 制 、 溫 度 控 制 、 CNC 等 各種 工 業(yè) 控 制 中 。 加 上 PLC 通 信 能 力 的 增 強 及 人 機 界 面 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 使 用 PLC 組成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 變 得 非 常 容 易 。 學(xué) 易 用 ， 深 受 工 程 技 術(shù) 人 員 歡 迎PLC 作 為 通 用 工 業(yè) 控 制 計 算 機 ， 是 面 向 工 礦 企 業(yè) 的 工 控 設(shè) 備 。 它 接 口 容 易 ， 編程 語 言 易 于 為 工 程 技 術(shù) 人 員 接 受 。 梯 形 圖 語 言 的 圖 形 符 號 與 表 達(dá) 方 式 和 繼 電 器 電路 圖 相 當(dāng) 接 近 ， 只 用 PLC 的 少 量 開 關(guān) 量 邏 輯 控 制 指 令 就 可 以 方 便 地 實 現(xiàn) 繼 電 器 電路 的 功 能 。 為 不 熟 悉 電 子 電 路 、 不 懂 計 算 機 原 理 和 匯 編 語 言 的 人 使 用 計 算 機 從 事工 業(yè) 控 制 打 開 了 方 便 之 門 。 4． 系 統(tǒng) 設(shè) 計 周 期 短 ， 維 護(hù) 方 便 ， 容 易 改 造PLC 的 梯 形 圖 程 序 一 般 采 用 順 序 控 制 設(shè) 計 法 。 這 種 編 程 方 法 很 有 規(guī) 律 ， 很 容 易掌 握 。 對 于 復(fù) 雜 的 控 制 系 統(tǒng) ， 梯 形 圖 的 設(shè) 計 時 間 比 設(shè) 計 繼 電 器 系 統(tǒng) 電 路 圖 的 時 間要 少 得 多 。 PLC 用 存 儲 邏 輯 代 替 接 線 邏 輯 ， 大 大 減 少 了 控 制 設(shè) 備 外 部 的 接 線 ， 使 控 制 系 統(tǒng)設(shè) 計 及 建 造 的 周 期 大 為 縮 短 ， 同 時 維 護(hù) 也 變 得 容 易 起 來 。 更 重 要 的 是 使 同 一 設(shè) 備經(jīng) 過 改 變 程 序 改 變 生 產(chǎn) 過 程 成 為 可 能 。 這 很 適 合 多 品 種 、 小 批 量 的 生 產(chǎn) 場 合 。 積 小 ， 重 量 輕 ， 能 耗 低以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的系統(tǒng)組成可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個部分組成。1 中央處理單元（CPU）CPU 作為整個 PLC 的核心，起著總指揮的作用。CPU 一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU 的功能有以下一些：從存儲器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。2 存儲器（RAM、ROM）存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器。常用的存儲器有 RAM、EPROM 和 EEPROM。RAM 是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在 RAM 中的用戶程序可方便地修改。RAM 存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電時，可有效地保持存儲的信息。EPROM、EEPROM 都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。3 輸入輸出單元（I/O 單元）I/O 單元實際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O 單元有良好的電隔離和濾波作用。接到 PLC 輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC 的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。 4 電源部分PLC 電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC 內(nèi)有一個穩(wěn)壓電源用于對 PLC 的 CPU 單元和 I/O 單元供電。5 外部設(shè)備a 編程器編程器是 PLC 的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入 PLC 的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。除此以外，在個人計算機上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個人計算機對 PLC 編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。b 其他外部設(shè)備PLC 還配有其他的一些外部設(shè)備。? 盒式磁帶機 用以記錄程序或信息。? 打印機 用以打印程序或制表。? EPROM 寫入器 用以將程序?qū)懭氲接脩?EPROM 中。? 高分辨率大屏幕彩色圖像監(jiān)控系統(tǒng) 用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)。 PLC的工作原理PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放，CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC 的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當(dāng) PLC 處于停狀態(tài)時，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在 PLC 處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC 從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，存入有關(guān)器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載。 PLC的選擇隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，PLC 產(chǎn)品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從德國、日本、美國等引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品和國內(nèi)廠家組裝自行開發(fā)的產(chǎn)品，已有幾十個、上百種型號。PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理的選擇 PLC，對于提高PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。下面從 PLC 的機型選擇、容量選擇、I/O 模塊選擇、電源模塊選擇等方面分別加以介紹：1 PLC 的機型選擇機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。（1）合理的結(jié)構(gòu)型式；（2）安裝方式的選擇；（3）相當(dāng)?shù)墓δ芤?；?）響應(yīng)速度的要求；（5）系統(tǒng)可靠性的要求；（6）機型統(tǒng)一。2 PLC 的容量選擇PLC 的容量包括 I/O 點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。（1）I/O 點數(shù)通常 I/O 點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上 10%—15%的備用量來確定。（2）用戶存儲容量用戶存儲容量是指 PLC 用于存儲用戶程序的存儲器容量。需要的用戶存儲容量的大小由用戶程序的長短決定。一般可只按下式估算，再按實際需要留適當(dāng)?shù)挠嗔浚?0%—30%）來選擇。存儲容量=開關(guān)量 I/O 點數(shù)*10+模擬量通道數(shù)*100絕大部分 PLC 均能滿足上式要求。應(yīng)當(dāng)注意的是：當(dāng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量較大時，可能會出現(xiàn)存儲容量不夠的問題，這時應(yīng)特殊對待。3 I/O 模塊的選擇一般 I/O 模塊的價格占 PLC 價格的一半以上。不同的 I/O 模塊，其電路及功能也不同，直接影響 PLC 的應(yīng)用范圍和價格。下面僅介紹有關(guān)開關(guān)量 I/O 模塊的選擇。（1）開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC 的輸入模塊是用來檢測接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的信號，并將輸入的信號轉(zhuǎn)換為PLC 內(nèi)部接受的低電壓信號。1）輸入信號的類型及電壓等級的選擇 常用的開關(guān)量模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。選擇時一般根據(jù)現(xiàn)場輸入信號及周圍環(huán)境來決定。按輸入信號的電壓大小分類有：直流 5V、24V、48V、60V 等；交流 110V、220V等。選擇時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來決定。2）輸入接線方式選擇 按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。3）同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60%。（2）開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換為外部輸出設(shè)備所需的驅(qū)動信號。選擇時主要應(yīng)考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延遲時間的要求、負(fù)載狀態(tài)變化是否頻繁等。1）輸出方式的選擇 開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。2）輸出接線方式的選擇 按 PLC 的輸出接線方式的不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。3）輸出電流的選擇 輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實際負(fù)載電流的大小選擇模塊的輸出電流。4）同時接通的輸出點數(shù)量 選擇輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。5）輸出的最大負(fù)載電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素的關(guān)系。第 3 章 硬件組成本系統(tǒng)選用西門子 S7200 系列的 PLC 為控制系統(tǒng)，工控機為上位機，PLC 為下位機。下面對整個系統(tǒng)的集成簡單介紹。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理簡介 本系統(tǒng)由一個 S7200 主體 CPU226，一個人機界面（組態(tài)軟件），一個通信模塊組成。 S72OO系列模塊功能及地址分配S7200 系列微型可編程控制器可以對球磨機進(jìn)行啟?？刂疲煞謩e設(shè)定每臺球磨機的運行時間，運行時間一到，球磨機自動停止運行，具有計時功能，如果運行時間未到，設(shè)備出現(xiàn)故障或其它原因造成停機，停止計時，等下次球磨機投入運行后，接著計時，直到達(dá)到設(shè)定的時間。可由計算機控制球磨機的傾斜。下面是它的 I/O 地址分配：I/O 地址 類 型 描述 　　置位方式 掃描狀態(tài)AIW0 數(shù)值量輸入 1 運行故障 　　自動 啟動AIW2 數(shù)值量輸入 2 運行故障 　　自動 啟動AIW4 數(shù)值量輸入 3 運行故障 　　自動 啟動AIW6 數(shù)值量輸入 4 運行故障 　　自動 啟動AIW8 數(shù)值量輸入 5 運行故障 　　自動 啟動AIW10 數(shù)值量輸入 6 運行故障 　　自動 啟動AIW12 數(shù)值量輸入 7 運行故障 　　自動 啟動AIW14 數(shù)值量輸入 8 運行故障 　　自動 啟動AIW16 數(shù)值量輸入 9 運行故障 　　自動 啟動AIW18 數(shù)值量輸入 10 運行故障 　　自動 啟動AIW20