【文章內(nèi)容簡介】 元件，采用先進的電子加工工藝（ SMT）制造，對干擾采用屏 蔽、隔離和濾波等；存儲器內(nèi)容的保護，采用看門狗和自診斷措施，便于維修的設計等。 （ 2） 操作性高 ① 操作方便：對 PLC 的操作包括程序的輸入和程序更改操作，大多數(shù) PLC 采用編程器進行程序輸入和更改操作。現(xiàn)在的 PLC 的編程器大部分可以用電腦直接進行，更改程序也可根據(jù)所需地址編號、繼電器編號或接點號等直接進行搜索或按順序尋找，然后可以在線或離線更改。 ② 編程方面： PLC 有多種程序設計語言可以使用，梯形圖與電氣原理圖相似；編程語句是功能的縮寫，便于記憶；功能圖表語言以過程流程進展為主線，十分適合設計人員與工藝專 業(yè)人員設計思想的溝通。功能模塊圖和結構化文本語言，功能清晰，易于理解等優(yōu)點。 ③ 維修方便： PLC 所具有的自診斷功能對維修人員的技術要求較低，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以根據(jù)有關故障代碼的顯示和故障信號燈的提示等信息，或通過編程器和 HMI 屏幕的設定，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復節(jié)省了時間，提高了效率。 （ 3） 靈活性好 ① 編程的靈活性： PLC 采用的標準編程語言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結構化文本編程語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進行編程， 編程方法的多樣性使編程方便。 ② 擴展的靈活性： PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可以根據(jù)應用的規(guī)模不斷擴展，即進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出模塊增加點數(shù)，通過擴展單元擴大容量和功能，也可以通過多臺 PLC 的通信來擴大容量和功能。 ③ 操作的靈活性：操作的靈活性指設計工作量、編程工作量、和安裝施工的工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得很容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作得到簡化，不同生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺和控制屏等。 （ 4） 可實現(xiàn) 機電一體化 為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設備和裝置提出了機電一體化，即儀表、電子、計算機綜合的要求，而 PLC 正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設計的控制設備，具有體積小、功能強，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機械與電氣部件有機地結合在一個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能 第 11 頁 共 38 頁 綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當今數(shù)控技術、工業(yè)機器人、離散制造和過程流程等領域的主要控制設備，成為工業(yè)自動化三大支柱（ PLC，機器人， CAD/CAM）之一。 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一 個不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設備的故障，這些技術上的改進，讓 PLC 成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻者。 PLC 基本結構和工作原理 （ 1）基本結構 目前，可編程序控制器的產(chǎn)品很多，不同廠家生產(chǎn)的 PLC 以及同一廠家生產(chǎn)的不同型號的 PLC，其結構各不相同，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。實際上可編程序控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。 PLC 硬件系統(tǒng)的基本框架，如圖 25 所示 圖 25 PLC硬件系統(tǒng)結構框圖 ① 中央處理器（ CPU） 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作任務等。 ② 存儲器 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及運算數(shù)據(jù)的單元?？删幊绦蚩刂破髋溆袃煞N存儲器，即系統(tǒng)存儲器 (EPROM)和用戶存儲器 (RAM)。 ③ 輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。 輸入口用來接收生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，輸出口用來送出可編程控制器 的運算后得出的控制信息，并 第 12 頁 共 38 頁 通過機外的執(zhí)行機構完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。按照信號的種類歸類有直流信號輸入、輸出，交流信號的輸入、輸出；按照信號的輸人、輸出形式分有數(shù)字量輸入、輸出，開關量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出。 下面通過開關量輸入、輸出模塊來說明 I/O 模塊與 CPU 的連接方式。 1)開關量輸入模塊 開關量輸人設備是各種開關、按鈕、傳感器等，其信號可能是交流電壓 (110 V 或 220 V)，直流電壓 (12～ 24 V)等。因此，輸入模塊要能將生產(chǎn)現(xiàn)場的信號轉換成 CPU 能接收的 TTL 標準電平的數(shù)字量信號。 對于開關量中交流輸入模塊的工作原理，只是在輸人端先通過整流將交流輸入信號變成直流信號，其他與開關量直流輸入模塊工作原理相同。 2)開關量輸出模塊 輸出模塊的作用是將 CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的 TTL電平的控制信號轉化為生產(chǎn)現(xiàn)場所需的，能驅動特定設備的信號，以驅動執(zhí)行機構的動作。 通常開關量輸出模塊有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出可接直流或交流負載，晶體管輸出屬直流輸出，只能接直流負載。當開關量輸出的頻率低于 1000 Hz，一般選用繼電器輸出模塊。當開關量 輸出的頻率大于 1 000 Hz，一般選用晶體管輸出。而雙向晶閘管輸出屬交流輸出。對于繼電器輸出型， CPU 輸出時接通或斷開繼電器的線圈，繼電器的觸點閉合或斷開，通過繼電器觸點控制外電路的通斷。對于晶體管輸出型，則是通過光電耦合使開關晶體管截止或飽和導通以控制外部電路。對于晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。 ④ 電源 可編程控制器的電源包括可編程控制器各工作單元供電的開關電源以及為掉電保護電路供電的后備電源，后者一般為電池。 ⑤ 外部設備 編程器是 PLC 的重要外部設備，利用編程器可將用戶程序送人 PLC 的用戶程序存儲器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結構上可分為以下三種類型。 (1)簡易編程器 (2)圖形編程器 (3)通用計算機編程。 （ 2）工作原理 我們已經(jīng)知道 PLC 是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵人到 PLC 的用戶程序存儲器中寄存。 PLC 的控制功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。 PLC 運行程序的方式與微型計算機相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執(zhí)行到 END 指令，程序運行結束。而 PLC 從 0000 號存儲地址所存放的 第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到 END 指令結束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復始地重復，直到停機或從運行 (RUN) 第 13 頁 共 38 頁 切換到停止 (STOP)狀態(tài)。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期。另外， PLC 對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同。微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而 PLC 對輸入、輸出信號是集中批處理。下面我們具體介紹 PLC 的掃描工作過程。 PLC 掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程 序執(zhí)行、輸出刷新。 ① 輸入采樣 PLC 在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序將所有輸入信號，讀人到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。 PLC 在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸人端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 ② 程序執(zhí)行 PLC 完成了輸入采樣工作后，按順序從 0000 號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸人映像寄存器、輸出映像寄 存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結果寫入寄存執(zhí)行結果的輸出映像寄存器中保存。但這個結果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。 ③ 輸出刷新 在執(zhí)行到 END 指令，即執(zhí)行完了用戶的所有程序后， PLC 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅動用戶設備。 PLC 掃描過程示意圖如 下 圖 26 所示。 圖 26 PLC掃描過程示意圖 PLC 工作過程除了包括上述三個主要階段外，還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，在內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊內(nèi)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(nèi)部工作。在通信服務階段， PLC 與其他的帶微處理器的智能裝置實現(xiàn)通信。 第 14 頁 共 38 頁 PLC 的選擇 目前，在我國 PLC 的分類還沒有一個統(tǒng)一的標準。根據(jù)性能和應用范圍可將其進行如下分類。 （ 1） 按性能分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)、用戶程序存儲器容量和控制功能的不同，可將其分為小型、中型和大型二類。 小型 PLC 又稱低檔 PLC，它的 I/O 點數(shù)小于 128 點，用戶程序存儲器容量小于 4K字，功能簡單，以開關量控制為主，可實現(xiàn)條件控制、順序控制、定時記數(shù)控制。適用于單機或 小 規(guī)模生產(chǎn)過程。中型 PLC 又稱中檔 PLC，它的 I/O 點數(shù)在 128~512 點之間，用戶程序存儲器容量為 4K~8K 字，功能比較豐富、兼有開關量和模擬量的控制能力，具有浮點數(shù)運算、數(shù)制轉換、中斷控制、通信聯(lián)網(wǎng)和 PID 調(diào)節(jié)等功能。適用于小型連續(xù)生產(chǎn)過程的復雜邏輯控制和閉環(huán)過程控制。 大型 PLC 又稱高檔 PLC，它的 I/O 點數(shù)在 512 點以上，用戶程序存儲器容量達到8K 字以上，控制功能完善，在中檔機的基礎上，擴大和增加了函數(shù)運算、數(shù)據(jù)庫、監(jiān)視、記錄、打印及中斷控制、智能控制、遠程控制的功能。適用于大規(guī)模的過程控制、集散式 控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡。 （ 2） 按結構分類 根據(jù) PLC 的構成形式，可將 PLC 分為整體式和機架式 (模塊式 )兩大類。整體式 PLC是將 CPU、存儲單元、輸入輸出模塊和電源部件集中配置在一個機箱內(nèi)。這種 PLC 輸入輸出點數(shù)少、體積小，價格低，便于裝入設備內(nèi)部。小型 PLC 通常采用這種結構。機架式 PLC 將各單元做成獨立的模塊，使用時將這些模塊分別插入機架底板的插座上?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實際的控制要求 建立 模塊，構成不同的控制系統(tǒng)。這種 PLC 輸入輸出點數(shù)多，配置靈活方便，易于擴展。大中型 PLC 通常采用這種結構。 （ 3） 按應用范圍 分類 根據(jù)應用范圍的不同，可將 PLC 分為通用型和專用型兩類。通用型 PLC 作為標準工業(yè)控制裝置可在各個領域使用，而專用型 PLC 是為了某類控制要求專門設計的 PLC，如數(shù)控機床專用型、鍋爐設備專用型、報警監(jiān)視專用型等。由于應用的專一性，使其控制質(zhì)量大大提高 [9] 。 PLC 種類及型號選擇 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、 OMRON 的 PLC。根據(jù)系統(tǒng)中的控制要求 PLC 點數(shù)：實際輸入點 15 點，實際輸出點 8 點，綜合對比三菱 FX系列（包括 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西門子系列、 OMRON 系列中 I/O 點數(shù)為 32 點各型號的 PLC 的價格、性能、實用場合等各方面，本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號為： 第 15 頁 共 38 頁 FX2N— 32MR，合計總數(shù) 32 點 — 16 點輸入， DC24V， 16 點繼電器輸出；尺寸（ mm）： 220 87 90，其性能、價格都優(yōu)于其他 PLC。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，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，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。 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，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號 PLC 有 16 個輸入節(jié)點， 16 個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 傳感器簡