【文章內容簡介】 存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供CPU內部使用?！　?. PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。　　6. 語句表語言，類似于匯編語言。7. 邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。第3章 控制方案論證與選擇3. 1可編程控制器與其它工業(yè)控制裝置的比較 1. 可編程控制器與繼電器控制的區(qū)別 在可編程控制器的編程語言中，梯形圖是最為廣泛使用的語言。通過可編程控制器的指令系統(tǒng)將梯形圖變成可編程控制器能接收的程序。由編程器將程序鍵入到可編程控制器的用戶存儲區(qū)中去。 可編程控制器的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是可編程控制器梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號，僅個別地方有些不同。同時，信號的輸入 / 輸出形式及控制功能也是相同的，但可編程控制器的控制與繼電器的控制還是有不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1. 1控制邏輯。 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復雜，體積大，功耗大，一旦系統(tǒng)構成后想再改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每只有 4~8 對觸點，因此靈活性和擴展性很差。而可編程控制器采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序，故稱為 ” 軟接線 ” ，其接線少，體積小，而且，可編程控制器中每只軟繼電器的觸點數(shù)在理論上無限制，因此靈活性和擴展性很好。可編程控制器由中大規(guī)模集成電路組成，功耗小。 1. 2 工作方式。 當電源接通時，繼電器控制線路中各繼電器都處于受約束狀態(tài)，即該吸合的都應吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合。而可編程控制器的控制邏輯中，各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通之中，從宏觀上看，每個繼電器受制約接通的時間是短暫的。 1. 3控制速度。 繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低。觸點的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。另外，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而可編程控制器是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級?？删幊炭刂破鲀炔窟€有嚴格的同步，不會出現(xiàn)抖動問題。 1. 4限時控制。 繼電器控制邏輯利用時間繼電器的滯后動作進行限時控制。時間繼電器一般分為空氣阻尼式，電磁式，半導體式等，其定時精度不高，且有定時時間易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調整時間困難等問題。有些特殊的時間繼電器結構復雜，不便維護?？删幊炭刂破魇褂冒雽w集成電路作定時器，時基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當高，且定時時間不受環(huán)境影響，定時范圍一般從 到若干分鐘甚至更長。用戶可根據(jù)需要在程序中設定定時值，然后由軟件和硬件計數(shù)器來控制定時時間。 1. 5計數(shù)限制。 可編程控制器能實現(xiàn)計數(shù)功能，而繼電器控制邏輯一般不具備計數(shù)。 1. 6設計和施工。 使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設計、施工、調試必須依次進行，周期長，而且維修困難。工程越大，這一點就越突出。而用可編程控制器完成一項控制工程，在系統(tǒng)設計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計 ( 包括梯形圖設計 ) 可以同時進行，周期短，且調試和維修都很方便。 1. 7可靠性和可維護性。 繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。而可編程控制器采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，它體積小，壽命長，可靠性高。可編程控制器還配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調試和維護提供了方便。 1. 8價格。 繼電器控制邏輯使用機械開關，繼電器和接觸器，價格比較低。而可編程控制器使用中大規(guī)模集成電路，價格比較高。 從以上幾個方面的比較可知，可編程控制器在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高，設計施工周期短，調試修改方便，而且體積小，功耗低，使用維護方便，但價格高于繼電器控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)的性能價格比而言，可編程控制器具有很大的優(yōu)勢。 2. 可編程控制器與微機系統(tǒng)的區(qū)別 簡言之，微型計算機計算機是通用的專用機，而可編程控制器則是專用的通用機。 從微型計算機的應用范圍來說，微型計算機是通用機，而可編程控制器是專用機。微型計算機是在以往計算機與大規(guī)模集成電路的基礎上發(fā)展起來的，其最大特征是運算快，功能強，應用范圍廣。例如，近代科學計算，科學管理和工業(yè)控制等都離不開它。所以說，微型計算機是通用計算機。而可編程控制器是一種為適應工業(yè)控制環(huán)境而設計的專用計算機。選配對應的模塊便可適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)。而用戶只需改變用戶程序即可滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的具體控制要求。如果采用微型計算機計算機作為某一設備的控制器，就必須根據(jù)實際需要考慮抗干擾問題和硬件軟件設計，以適應設備控制的專門需要。這樣，勢必把通用的微型計算機計算機轉化為具有特殊功能的控制器而成為一臺專用機。 可編程控制器與微型計算機計算機的主要差異及各自的特點主要表現(xiàn)為以下幾個方面： 2. 1 應用范圍 微型計算機除了控制領域外，還大量用于科學計算，數(shù)據(jù)處理，計算機通信等方面。而可編程控制器主要用于工業(yè)控制。 2. 2 使用環(huán)境 微型計算機對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定的溫度和濕度要求的機房內使用?？删幊炭刂破鲃t使適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。 2. 3 輸入 / 輸出 微型計算機系統(tǒng)的 I/O 設備與主機之間采用微電聯(lián)系，一般不需要電氣隔離。而可編程控制器一般控制強電設備，需要電氣隔離，輸入輸出均用光電耦合，輸出還采用繼電器，可控硅或大功率晶體管進行功率放大。 2. 4 程序設計 微型計算機具有豐富的程序設計語言，如匯編語言， FORTRAN 語言， COBOL 語言， PASCAL 語言， C 語言等，其語句多，語法關系復雜，要求使用者必須具有一定水平的計算機硬件知識和軟件知識。而可編程控制器提供給用戶的編程語句數(shù)量少，邏輯簡單，易于學習和掌握。 2. 5系統(tǒng)功能 微型計算機系統(tǒng)一般配有較強的系統(tǒng)軟件，例如操作系統(tǒng)，能進行設備管理，文件管理，存儲器管理等。它還配有許多應用軟件，以方便用戶。而可編程控制器一般只有簡單的監(jiān)控程序，能完成故障檢查，用戶程序的輸入和修改，用戶程序的執(zhí)行與監(jiān)視。 2. 6 運算速度和存儲容量 微型計算機運算速度快，一般為微秒級，因有大量的系統(tǒng)軟件和應用軟件，故存儲容量大。而可編程控制器因接口的響應速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度。一般可編程控制器接口響應速度為 2 ms ，巡回檢測速度為 8ms/K 字?？删幊炭刂破鞯能浖?，所編程序也簡短，故內存容量小。 2. 7 價格 微型計算機機是通用機，功能完善，故價格較高，而可編程控制器是專用機，功能較少，其價格是微型計算機的十分之一左右。 從以上幾個方面的比較可知，可編程控制器是一種用于工業(yè)自動化控制的專用微型計算機系統(tǒng)，結構簡單，抗干擾能力強，價格也比一般的微型計算機系統(tǒng)低。3. 2 系統(tǒng)總體設計思想 我們在對礦井提升機信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進行選擇之前先了解一下其組成及工作原理：礦井提升機在礦山、建筑等行業(yè)應用非常廣泛, 是集機、電于一體的大型復雜系統(tǒng)礦井提升機是礦井生產(chǎn)中極其重要的環(huán)節(jié), 是礦井生產(chǎn)的關鍵的設備之一。礦井提升機是聯(lián)系礦山井上和井下的“ 咽喉” 設備, 主要用于提運煤炭和煤研石、運送物料、提升人員和設備。提升系統(tǒng)的工作任務是安全、快速、可靠、高效地完成提升運輸任務, 而安全運行是最重要的。礦井提升機信號系統(tǒng)是礦井提升機的重要組成部分，提升機的運行全靠信號系統(tǒng)的信號發(fā)出。該系統(tǒng)工作的關鍵是信號如何聯(lián)絡。 礦井提升機的信號系統(tǒng)包括聲、光信號。輔助信號、電話等。信號種類一般有：工作執(zhí)行信號提升去向信號罐位信號、提升機種類信號、檢修信號、故障信號、聯(lián)絡信號等。首先我們應清楚提升機給信號系統(tǒng)的信號以及提升機從信號系統(tǒng)所得到的信號,由此而進行各種操作。圖31 控制系統(tǒng)內容本設計以某礦山提升機信號系統(tǒng)工程實例基礎。信號系統(tǒng)有保護系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、和信號輸入。信號系統(tǒng)有功能信號（運人、運物、運礦、檢修、上行、下行），罐籠去向（井口、井底），罐位（井口、井底）。注：本設計罐位不包括井下各中段，只有井口、井底兩罐位。如21圖所示。設計內容包括三大部分：井口信號臺、井底信號臺、以及車房信號臺。系統(tǒng)設計要求能實時反映提升機的各種狀態(tài)及罐位。且井口井底的輸出一致經(jīng)信號確認后，方可發(fā)送信號到車房信號臺。兩罐位信號部一致或誤操作，信號會解除。不能發(fā)送。需重新進行信號聯(lián)絡。3. 3方案的確立 根據(jù)設計要求，要完成任務有多種選擇方案，可以由各種控制繼電器和主令開關構成，它的突出特點是“點信號”（電鈴震響或指示燈明滅的次數(shù)）來代表各種提升信號。各提升中段的點信號直接傳送到井口總信號房，再由井口總信號工轉發(fā)到提升機房。也可以采用單片機作為主控制系統(tǒng)?？刂婆_通過單片機的串行口來實現(xiàn)主從式多級通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺作為主控制臺,下井口、絞車房控制臺為從控制臺。也可以采用PLC作為信號系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，可在井口、井底、車房信號臺給用一個PLC亦可以只在井口使用PLC，原理和使用繼電器的一樣，都通過井口信號工的信號確認以及轉發(fā)，完成信號系統(tǒng)的功能。 采用繼電器和主令開關構成主回路。采用點信號來代表各種提升信號。例如以一長點表示要罐,一長兩短表示上行,一長三短表示下行,兩短表示提物,三短表示提人等等。 這種信號系統(tǒng)結構簡單、操作方便,但存在如下缺點: (1) 由于無法保留和復現(xiàn)點數(shù),所以信號識別全憑操作者的聽覺和視覺,容易造成信號的誤認和誤傳,因信號的誤認和誤傳而導致的提升事故屢見不鮮。 (2) 信號之間、信號系統(tǒng)與提升機電控系統(tǒng)之間沒有聯(lián)鎖,井口總信號工和司機的操作不受制約,很容易因誤操作而引發(fā)事故。 (3) 聲光信號一瞬即逝,無據(jù)可查,一旦發(fā)生事故,給事故分析帶來困難,很難找出真正的事故原因,致使同類事故重復發(fā)生。 (4) 由于信號稍縱即逝,操作人員的精力必須高度集中,加重了工人的負擔。 以上缺點嚴重影響了提升機運行的安全，傳統(tǒng)的繼電器信號系統(tǒng)為有觸點系統(tǒng)，元件易發(fā)生故障。工作可靠性差，一旦控制或閉鎖失靈，則事故將不可避免。此信號系統(tǒng)正在被淘汰。該控制系統(tǒng)采用了先進的數(shù)字通信技術,該系統(tǒng)分上井口、下井口和絞車房三個控制臺,各控制臺采用MCS89C51 單片機作CPU ,控制臺通過單片機的串行口來實現(xiàn)主從式多級通訊,系統(tǒng)以上井口控制臺作為主控制臺,下井口、絞車房控制臺為從控制臺。下井口到上井口需兩對電纜。各控制臺還配有數(shù)字、漢字提示,語音提示,這樣既照顧了操作人員的習慣操作,又減輕了工作人員的負擔。同時,增加了信號的存儲功能,便于以后的查證。系統(tǒng)采用分時的半雙工通訊電路,通過改變電平來分時完成對下井口和絞車房的通訊。其原理框圖見下圖所示。32系統(tǒng)原理框圖新型礦井提升機信號裝置在系統(tǒng)設計中應用了先進的單片機技術、數(shù)字通信技術和漢字顯示技術, 具有聲光兼?zhèn)洹h字顯示、數(shù)字存儲、故障診斷、安全閉鎖保護等特點。尤其在通信方面, 采用了數(shù)字通信技術, 只需兩對普通電纜, 且信號種類和數(shù)量不受限制, 提高了信號傳輸?shù)目煽啃院挽`活性, 功能靈活多樣, 擴展方便。新型礦井提升機信號裝置的使用有效地解決了在微機系統(tǒng)中信號的遠距離傳輸和可靠性問題。 該控制系統(tǒng)功能齊全，下井口到上井口只需兩對電纜,既方便又經(jīng)濟。各控制臺還配有數(shù)字、漢字提示,語音提示,這樣既照顧了操作人員的習慣操作,又減輕了工作人員的負擔。同時,增加了信號的存儲功能,便于以后的查證。 但煤礦工作環(huán)境惡劣,各種電機的頻繁啟動與運行引起的電磁干擾以及電網(wǎng)的不穩(wěn)定,對通訊信號和通訊裝置都將產(chǎn)生巨大的影響。在井口信號臺使用PLC，井底只進行按鈕操作，車房只能顯示輸出結果：如文字顯示各種工作執(zhí)行信號和罐位信號，聲音提示運行狀態(tài)及故障。各部分的邏輯控制中心均由日本三菱公司生產(chǎn)的PLC 所構成。信號有模擬信號和數(shù)字信號，大部分是開關量，可直接傳送給PLC，模擬信號由電量變送器再用模擬輸入模塊FX2N2AD傳送給PLC。各部分之間的信號經(jīng)信號確認，直接轉發(fā)到PLC。車房信號臺安裝在絞車司機房內,井口、井下信號臺分別安裝在井口、井下的信號房內。井口、井下罐位信號由光電開關采集。該控制系統(tǒng)原理框圖見下圖23所示?！? 該系統(tǒng)的信號的發(fā)送方式： (1) 轉發(fā)方式。井下的信號必須經(jīng)由井口轉發(fā),不得越過井口信號工直接向車房發(fā)送,井口信號工必須在井下信號發(fā)出后,才能發(fā)出信號。當井口信號和井下信號一致時,該信號才能傳到車房,否則無效,需井口信號工重發(fā)。在信號發(fā)出的同時,井口、井下均有燈光顯示、聲音提示、數(shù)字記憶。記憶的數(shù)字直到下一個信號發(fā)出才會消失。 (2) 直發(fā)方式。停車(急停) 信號采用直接