【文章內容簡介】 LC 價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用 PLC 進行控制，PLC 在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內 PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭。 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制16通用 PLC 應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但 PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器。 PLC 內部原理PLC實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一至。如圖 PLC硬件的基本結構圖所示：編 程 器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)電源 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制1721a PLC硬件的基本結構圖（1）中央處理單元（CPU）：中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統程序賦予的功能，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據，檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接受現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 I/O 映象區(qū), 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入 I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。（2）存儲器：與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的PLC。PLC 的軟件分為兩部分 : 系統軟件和應用軟件。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。PLC 存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據 PLC 的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統程序存儲區(qū)，系統 RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統軟設備等）和用戶程序存儲區(qū)。系統程序存儲區(qū)： 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制18在系統程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統的系統程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統診斷程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC的各項功能。系統 RAM 存儲區(qū)：系統 RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備（例如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。I/O 映象區(qū)：由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。因此，它需要有一定數量的存儲單元（RAM）以供存放 I/O 的狀態(tài)和數據，這些存儲單元稱作 I/O映象區(qū)。一個開關量 I/O 占用存儲單元中的一個位（bit）, 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（16 個 bit)。因此，整個 I/O 映象區(qū)可看作由開關量的 I/O映象區(qū)和模擬量的 I/O 映象區(qū)兩部分組成。系統軟設備存儲區(qū)：除了 I/O 映象區(qū)以外，系統 RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內部各類軟設備（邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC 斷電時，由內部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內的數據得以保留；后者當 PLC 停止運行時，將這部分存儲單元內的數據全部置“零” 。 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制19用戶程序存儲區(qū) ：用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 PLC 其存儲容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機型增大其存儲容量也相應增大。不過對于新型的 PLC，其存儲容量可根據用戶的需要而改變。常用的 I/O 分類如下：開關量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（420mA,020mA） 、電壓型（010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等?！　〕松鲜鐾ㄓ?I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊?！　“?I/O 點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O 模塊可多可少，但其最大數受CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。（3）PLC 電源：PLC 電源在整個系統中起著十分重要的作用。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對 PLC 內部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負 10%（15%）之間，因此可以 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制20直接將 PLC 接入到交流電網上去。可編程序控制器一般使用 220V 交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀炔康闹绷鞣€(wěn)壓電源為各模塊內的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供 24V 直流電源。驅動現場執(zhí)行機構的電源一般由用戶提供?？删幊绦蚩刂破魇菑睦^電器控制系統發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序實現的“軟繼電器” ，與繼電器系統中的物理結構在功能上某些相似之處。 PLC 的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN ）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機或切換到 STOP 工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可 編程序控制器還要完成，內部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制21而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入輸出關系來看，（圖 21b） 處理過程似乎是同時完成的。在內部處理聯合階段。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作。可編程序控制起處于（RUN）狀態(tài)時，還要完成另外 3 個階段的操作。在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應的映像存儲區(qū)，它們統稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴扇舾蓷l指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU 從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制22映像寄存器中將有關編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算結果寫入到對應的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號經輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應的映像寄存器為“1”狀態(tài)時，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖 所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖 21c所示。第(N1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第 N 個掃描周期輸入采樣 輸出刷新用戶程序執(zhí)行 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制23圖 21c PLC的掃描運行方式（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次讀入所有的數據和狀態(tài)它們存入 I/O映象區(qū)的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數據和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O映象區(qū)的相應單元的數據和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 的 CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統 RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術運算、數據處理、數據傳達等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU 按照 I/O映象區(qū)內對應的數據和狀態(tài)刷新所有的數據鎖存電路，再經輸出電路驅動響應的外設。這時才是 PLC真正的輸出。(4)輸入/輸出滯后時間 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制24輸入/輸出滯后時間又稱系統響應時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。輸入模塊的 CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作是產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為 1ms，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫舆t時間一般只有幾十 ms，對于一般的系統是無關緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。 PLC 機型的選擇方法1．PLC 的類型PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU字長分為 1位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應用角 畢業(yè)設計—無模壓力成形機電機 PLC 控制25度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數選型。整體型 PLC的 I/O點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型 PLC提供多種 I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的 I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。2．輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮