【文章內(nèi)容簡介】 PLC各廠家均有采用[4]。 PLC的工作原理PLC雖然以微處理器為核心，具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令和中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I／0掃描方式，當(dāng)有鍵按下或I/O動(dòng)作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序，無鍵按下，則繼續(xù)掃描等待。 PLC則是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)， CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號作周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第了條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。如此周而復(fù)始。PLC的工作過程大體可分為輸入刷新、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，并進(jìn)行周期性循環(huán)，工作原理如圖31所示。圖31 PLC掃描工作原理（1）輸入刷新階段PLC在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入鎖存器中讀人所有輸入端子的通斷狀態(tài)或輸人數(shù)據(jù)，并將其存人(寫入)內(nèi)存中各對應(yīng)的輸入狀態(tài)映象寄存器中，這一過程稱為輸人采樣或輸入刷新。隨后關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入端狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)映象寄存器中的內(nèi)容也不會改變。變化了的輸人信號狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入刷新階段被讀入。（2）程序執(zhí)行階段 PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令，所需的執(zhí)行條件可從輸入狀態(tài)映象寄存器中和元件狀態(tài)寄存器(存有輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輸出繼電器等PLC各種內(nèi)部元件的狀態(tài))中讀入，經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理后，將結(jié)果再寫入元件狀態(tài)映象寄存器中。因此，對于每一個(gè)元件來說，元件狀態(tài)映象寄存器中所存的內(nèi)容會隨著程序的執(zhí)行進(jìn)程而改變。 （3）輸出刷新階段 當(dāng)程序所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映象寄存器(元件狀態(tài)映象寄存器中對應(yīng)輸出繼電器的部分)的通斷狀態(tài)在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過一定輸出方式輸出，推動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這就是PLC的輸出刷新。 經(jīng)過輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新這三個(gè)階段，完成一個(gè)掃描周期。這個(gè)過程以同一方式反復(fù)重復(fù)稱為循環(huán)掃描工作方式。在循環(huán)掃描工作方式中，由于輸入刷新過程是在輸出刷新過程后馬上進(jìn)行的，有時(shí)為了簡便起見，將輸入刷新和輸出刷新過程統(tǒng)稱為I／O刷新。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和I／O刷新外，可編程控制器還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(自診斷功能)和與編程工具等外部設(shè)備通訊，這些操作稱為“監(jiān)視服務(wù)”，在程序執(zhí)行后進(jìn)行。 由于掃描時(shí)間定義為完成一次掃描所需時(shí)間，故一個(gè)掃描周期(I／O刷新、程序執(zhí)行和監(jiān)視服務(wù))的長短主要取決于三個(gè)因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是每條指令占用的時(shí)間；三是執(zhí)行指令條數(shù)的多少，即用戶程序的長短。由于采用這種集中采樣、集中輸出的方式，使得在每一個(gè)掃描周期中，PLC只對輸入狀態(tài)采樣一次，對輸出狀態(tài)更新一次，在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，即存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象。第一次掃描：由于X0輸入映象寄存器是OFF，則所有輸出Y0、YY2均處于OFF狀態(tài)。 第二次掃描：在輸入采樣階段，由于X0輸入映象寄存器由OFF轉(zhuǎn)為ON，則Y1輸出映象寄存器在執(zhí)行程序后變?yōu)镺N，同時(shí)Y2輸出映象寄存器也變?yōu)镺N。輸出刷新后在輸出端子上Y0=OFF、YI=ON、Y2=ON。 第三次掃描：由于YI輸出映象寄存器為ON，所以執(zhí)行程序后Y0也變?yōu)镺N。由上述循環(huán)掃描過程可見，在輸入條件接通后，輸出將出現(xiàn)響應(yīng)延遲。最大延遲時(shí)間有可能占23個(gè)掃描周期時(shí)間，所以響應(yīng)延遲時(shí)間與程序長度、指令執(zhí)行速度有關(guān)。實(shí)際上，輸入／輸出滯后現(xiàn)象除與上面所說PLC的集中輸入／輸出刷新、程序循環(huán)掃描執(zhí)行方式有關(guān)外，還與輸入電路濾波器的時(shí)間常數(shù)以及繼電器輸出方式中輸出繼電器的機(jī)械滯后有關(guān)。一般地，PLC幾毫秒乃至幾十毫秒的響應(yīng)延遲，對響應(yīng)速度要求不高的普通工業(yè)系統(tǒng)或設(shè)備的控制來講是無關(guān)緊要的，或者說，這些滯后現(xiàn)象是完全允許的。但在那些需要輸出對輸入做出快速反應(yīng)的高速系統(tǒng)或設(shè)備的控制中則不能忽視，必須通過合理選擇機(jī)型(例如應(yīng)考慮選用具有快速響應(yīng)、高速計(jì)數(shù)及中斷處理功能，而且指令執(zhí)行速度高的PLC)和精心設(shè)計(jì)程序加以解決。雖然PLC的掃描工作方式使系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到一定的影響，但從另外一個(gè)角度卻大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使可靠性增強(qiáng)。這也是PLC的一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)。（4）PLC對輸入／輸出的處理規(guī)則 根據(jù)上述工作特點(diǎn)，可以總結(jié)出，PLC在輸兒輸出處理方面遵循以下規(guī)則： ①輸入狀態(tài)映象寄存器中的數(shù)據(jù)，取決于與輸人端子板上各輸入端相對應(yīng)的輸入鎖存器在上一次刷新期間的狀態(tài)。 ②程序執(zhí)行中所需的輸入、輸出狀態(tài)，由輸入狀態(tài)映象寄存器和輸出狀態(tài)映象寄存器讀出。 ③輸出狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容隨程序執(zhí)行過程中與輸出變量有關(guān)的指令的執(zhí)行結(jié)果而改變。 ④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新階段時(shí)輸出狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容決定。⑤輸出端子板上各輸出端的通斷狀態(tài)，由輸出鎖存器中的內(nèi)容決定[5]。 PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用（１）編程方法簡單易學(xué)梯形圖是使用的最多的可編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序?！?梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的高級語言，可編程控制器語言實(shí)際上是一種面向用戶的高級語言，可編程控制器在執(zhí)行梯形圖程序是，用解釋程序?qū)⑺胺g“成匯編語言再去執(zhí)行。（2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺小型可編程控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。可編程控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供應(yīng)用戶選用，用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能，不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊炭刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)使一般的電磁閥和交流接觸器　硬件確定后，可以通過修改應(yīng)用程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制器使用大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器。由于觸電接觸不良，易出現(xiàn)故障?？删幊炭刂破饔密浖娲罅康闹虚g繼電器。僅剩下與輸入輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10至１/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少?？删幊炭刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用與有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少可編程控制器用軟件功能取代了中間繼電器，時(shí)間繼電器，計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)，安裝，接線工作量大大減少?？删幊炭刂破鞯奶菪螆D一般采用順序控制設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少的多?？删幊炭刂破鞯挠脩舫绦蚩梢栽趯?shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入用小開關(guān)來模擬，通過可編程控制器上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的系統(tǒng)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少的多。（6）維修量工作量少，維修方便可編程控制器的故障率低，且有完善的自診斷和顯示功能。可編程控制器或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)可編程控制器上的發(fā)光二極管可編程控制器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。（7）體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用可編程控制器后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型的可編程控制器的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)的體積縮小到原來的1/2至1/10。可編程控制器的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少的多，故可以將省下大量的配線和附件，減少大量的安裝工時(shí)，加上開關(guān)柜的體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用[6]。 選用PLC的性能目前市場上所可以選用的PLC類型和種類十分繁多,選擇適合具體項(xiàng)目的PLC對于每一位設(shè)計(jì)者來說致關(guān)重要,選擇既滿足工程要求,又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC是我們應(yīng)該做到的。這次設(shè)計(jì)五金工具自動(dòng)充磁生產(chǎn)線主要是要求邏輯量的控制，再加上適當(dāng)?shù)哪M量顯示，因此首先從I/O輸入點(diǎn)數(shù)著手，設(shè)計(jì)的數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，輸出為4點(diǎn)，模擬輸入量為3個(gè)輸入，暫時(shí)無輸出點(diǎn)。在選型期間我收集了很多公司的資料，聽取了他們工程師對產(chǎn)品的介紹，我收集的產(chǎn)品目錄有西門子、歐姆龍、三菱、松下等四家公司。西門子的產(chǎn)品質(zhì)量大家都是公認(rèn)的，但價(jià)格比較貴，比其它公司的產(chǎn)品要高出很多。歐姆龍?jiān)谖覀兤匠Ｋ玫氖袌龇诸~不是非常高，但是它的功能也是比較齊全的，包含了其它公司產(chǎn)品的大部分功能，其最大的特點(diǎn)是價(jià)格優(yōu)勢，質(zhì)量也還可以，很適合在環(huán)境不是很惡劣的情況下使用。其他公司的產(chǎn)品相比這兩種產(chǎn)品的優(yōu)勢相對差一些，因此最終考慮到價(jià)格和質(zhì)量以及所使用的環(huán)境選擇了歐姆龍的產(chǎn)品。歐姆龍也有許多型號，有CJ系列、CS系列、CP系列等很多款產(chǎn)品，我們這次所需要的I/O點(diǎn)數(shù)在20點(diǎn)左右，但考慮到以后可能要擴(kuò)展功能以及在使用中可能會出現(xiàn)損壞等情況，因此選擇了比20點(diǎn)更多的點(diǎn)數(shù)的PLC，我們選擇了40點(diǎn)左右的型號。一般的PLC模擬量模塊需要另外配置，公司的工程師在得知我們需要少量模擬量的要求后像我們推薦了CP1HXA40DRA，這臺PLC和單獨(dú)配置然后擴(kuò)展模塊比較起來實(shí)惠了很多。經(jīng)過我和何老師以及余紹煥同學(xué)的商量與其它的PLC比較后，最終選擇了CP1HXA40DRA。本系統(tǒng)所采用的OMRON CP1H系列PLC,該P(yáng)LC功能豐富能滿足多種需求,我所選的XA型本體搭載4CH輸入2CH輸出,無需使用擴(kuò)展單元就可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制。這樣既降低了成本又減小了體積，一臺CP1HXA就可以應(yīng)對廣泛的應(yīng)用。它還有高速脈沖輸出功能：標(biāo)準(zhǔn)搭載4軸在高精度定位上發(fā)揮無窮威力。高速計(jì)速器功能：標(biāo)準(zhǔn)搭載相位差方式4軸多軸控制一臺足以對應(yīng)。串行通信功能：標(biāo)準(zhǔn)裝配USB端口、2個(gè)串行端口，可以與各種元器件連結(jié)，親和力更強(qiáng)。提供優(yōu)化的編程環(huán)境，使日趨復(fù)雜的編程簡單化、縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間：備有豐富的指令用語，結(jié)構(gòu)化文本（ST）語言，數(shù)值運(yùn)算更簡單，通訊程序由Smart FB(功能快)庫提供。CPM系列的擴(kuò)展I/O最大可擴(kuò)展到7臺，充分實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)等的系統(tǒng)構(gòu)成[7]。 所選用CPU CP1HXA40DRA的主要參數(shù)：（1）電源電壓：AC100240V，50/60HZ；（2）允許電源電壓：AC85264V；（3）消耗電力：100VA以下；（4）浪涌電流：20A以下（AC100120V），40A以下（AC200240V）；（5）外部電源：DC24V，300mA；（6）內(nèi)藏輸入輸出點(diǎn)數(shù)：40點(diǎn)（輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)）；（7）輸入點(diǎn)數(shù)：（、）；輸出點(diǎn)數(shù)：（、）；（8）數(shù)據(jù)存儲：32K字；（9）指令執(zhí)行時(shí)間：基本指令：,應(yīng)用指令：；（10）共同處理時(shí)間：；（11）輸入中斷：8點(diǎn)（輸入中斷計(jì)數(shù)器模式，脈沖捕捉共用）； （13）輸入中斷計(jì)數(shù)器模式：8點(diǎn)（響應(yīng)頻率：所有中斷輸入點(diǎn)5KHZ最大）16位 （14）程序容量：20K步； （15）定時(shí)器：4096位； （16）內(nèi)部輔助繼電器：； （17）通訊功能：一個(gè)USB口，一個(gè)RS232口，一個(gè)RS485口； （18）子程序號碼最大