【文章內(nèi)容簡介】 、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。 PLC的主要功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。定時/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時間繼電器和記數(shù)繼電器。 數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。 步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。 A/D與D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。 過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復雜控制。監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設定值或強制I/O狀態(tài)。 PLC的基本結(jié)構(gòu)及原理 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2所示，PLC控制系統(tǒng)由輸入量—PLC—輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。圖2 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC各部分的作用 (1) 中央處理器CPU是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進行算術(shù)運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。他的重要功能如下：① 診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語法錯誤。② 采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。③ 按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。④將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。⑤應各種外部設備的工作請求。(2) 存儲器PLC的存儲器分為兩大部分：一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。(3) 輸入輸出接口電路PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。(4) 電源PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。(5) 輸入輸出I/O擴展接口若主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。(6) PLC的基本工作原理PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的掃描全過程如圖3所示。① 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。② 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結(jié)果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。③輸出刷新階段當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。 圖3 PLC的掃描全過程顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應較慢，往往要幾個掃描周期才響應一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴格、響應速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應滯后等不良影響。 三菱可變成序控制器產(chǎn)品—FX2n系列介紹簡單介紹FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為各大工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要模擬I/O，高速計數(shù)器。 定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。 對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡 CCLink，Profibus Dp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡解決您的通信需要。其它功能內(nèi)置式24V直流電源 24V、400mA直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件?？焖贁嚅_端子塊 因為采用了優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時鐘功能和小時表功能 在所有的FX2NPLC中都有實時時鐘標準。時間設置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。持續(xù)掃描功能 為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中x000到x017）。注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。RUN/STOP 開關(guān) 面板上運行/停止開關(guān)易于操作。遠程維護 遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護 使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序。 本章小結(jié) 本章詳細的講解了PLC的具體情況，從而初步認定了，用PLC來控制自動售貨機的自動運作的方案是可行的。從而根據(jù)自己的情況，我先認定用三菱牌子的PLC來進行下面的設計，一方面，自己只接觸過三菱牌子的PLC；另一方面，學校實驗室的PLC都是三菱牌子，方便檢驗。第三章 PLC系統(tǒng)設計第三章 PLC系統(tǒng)設計 可編程序控制系統(tǒng)設計的基本原則 控制系統(tǒng)設計原則 設計任何一個PLC控制系統(tǒng)，如同設計任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）來實現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則。(1) PLC控制系統(tǒng)被控對象最大限度地滿足工藝要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。(2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在配置PLC硬件設備時應適當留有一定裕量。 控制系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容應包括以下內(nèi)容：（1）選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。 PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標起到重要的作用。選擇PLC，應包括機型選擇、容量的選擇以及I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。（4）設計控制程序。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖。控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，設計的控制程序必須經(jīng)過反復調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時還需設計控制臺（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細表。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中應增加PLC部分的I/O連接圖。另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應包括程序圖（梯形圖），通常稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進時修改程序，并有利于用戶在維修時分析和排除故障。 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟及內(nèi)容（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求,需要完成的動作（動作順序、動作條件、必須的保護和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期、單步等）。（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。（3）選擇PLC機型及容量。（4）定義輸入、輸出點名稱，分配PLC的I/O點，設計I/O連接圖。（5）根據(jù)PLC所要完成的任務及應具備的功能，進行PLC程序設計，同時可進行控制臺的設計和現(xiàn)場施工。 程序設計的步驟（1）對于較復雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用