【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的規(guī)模更大 ,存儲(chǔ)器的容量又提高了 1 個(gè)數(shù)量級(jí) (最高可達(dá) 896 K) ,有的 PLC 已采用了 32 位微處理器 ,多臺(tái) PLC 可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng) ,在軟件方面有的已與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語句表外 ,還有用于算術(shù)的 BASIC 語言、用于機(jī)床控制的數(shù)控語言等。 3． 2 ＰＬＣ系統(tǒng)的特點(diǎn) [2] 、抗干擾能力強(qiáng) PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的， PLC 的平均故障間 隔可達(dá)幾十萬小時(shí)。一般由程序控制的數(shù)字電子設(shè)備產(chǎn)生的故障常有兩種：一種是軟故障，由于外界惡劣環(huán)境，如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓等引起的未損壞系統(tǒng)硬件的暫時(shí)性故障，另一種是由多種因素而導(dǎo)致元器件損壞所引起的故障，稱為硬故障。 PLC 的循環(huán)掃描工作方式能在很大程度上減少軟故障的發(fā)生。此外， PLC 采用了如下一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （ 1）、硬件方面： 隔離是抗干擾的主要手段之一。在微處理器與 I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC 的影響，同時(shí)還可以防止外部高電壓 進(jìn)入 CPU模塊。濾波 是抗干擾的又一主要措施。對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，可抑制高頻干擾。 （ 2）、軟件方面： a、設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。 PLC在每一次循環(huán)掃描過程的內(nèi)部處理期間，檢測(cè) 系統(tǒng)硬件是否正常，鋰電池電壓是否過低，外部環(huán)境是否正常，如掉電、欠電壓等； b、當(dāng)軟故障條件出現(xiàn)時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，軟硬件配合封閉 存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉，這樣，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。 由于采取 了以上抗干擾措施， PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高，可以承受幅值為 1000V、上升時(shí)間為 1ns、脈沖寬度為 1us的干擾脈沖。 2. 編程簡(jiǎn)單、使用方便 目前大多數(shù)的 PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，這是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式，與常用的微機(jī)語言相比更容易被操作人員所接受并掌握。通過閱讀 PLC的使用手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員可以很快熟悉梯形圖語言，并用來編制一般的用戶程序。配套的簡(jiǎn)易編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單，這也是PLC近年來獲得迅速普及和推廣的原因之一。 3. 設(shè)計(jì)、安裝容易、維 護(hù)工作量少 由于 PLC已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，用 PLC組成控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)部門能在規(guī)格繁多、品種齊全的系列 PLC產(chǎn)品中，選出高性能價(jià)格比的產(chǎn)品。 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。在用戶維修方面，由于 PLC本身的故障率極低，維修工作量很??；并且 PLC有完善的診斷和顯示功能，可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或在線編程器上提供的信息，迅速地查明原因。因此維修極為方便 。 、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制；既可以控制單臺(tái)設(shè)備，也可以控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程 . 5. 體積小、能耗低 以西門子中小型 PLC S7300為例， CPU 314模塊可以擴(kuò)展為 512點(diǎn)開關(guān)量， 64路模擬量，其外形尺寸為 80mm*125mm*130mm，重量?jī)H ,消耗功率 8W。由于體積小， PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī) 電一體化的理想控制設(shè)備。 2． 3 ＰＬＣ控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 [3] 隨著 PC 技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，下面介紹幾個(gè) PLC 的應(yīng)用實(shí)列： 可編程控制器 (PLC)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊。對(duì)于早期的可編程控制器，凡是有繼電器的地方就需要可編程控制器；而對(duì)于當(dāng)今的可編程控制器，幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要可編程控制器。就目前的應(yīng)用情況來看，可編程控制器主要用于有大量開關(guān)量和少量模擬量的控制系統(tǒng)方面。小型可編程控制器主要用于單機(jī)自動(dòng)化，而大型可編程控制器則是自動(dòng) 生產(chǎn)線的必不可少的部件。最近我國(guó)引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線絕大多數(shù)都是采用可編程控制器作為核心控制部件的。 3． 3 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 [3] 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家， PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： 1. 開關(guān)量邏輯控制 PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深 入到民用和家庭中。 2. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、 3軸和多軸聯(lián)動(dòng)的位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。 PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛用于各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 3. 閉環(huán)過程控制 閉環(huán)過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過模擬量 I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量 (Analog)和數(shù)字量 (Digital)之間的 A/D轉(zhuǎn)換與 D/A轉(zhuǎn)換， 并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán) PID(比例 積分 微分 )控制。其閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC具有整數(shù)四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等運(yùn)算功能，和數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，也可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 5. 機(jī)器人控制 機(jī)器人作為工業(yè)過程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著 PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)， PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。 6. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括 PLC與遠(yuǎn)程 I/O之間的通信、多臺(tái) PLC之間的通信、 PLC與其他智能控制設(shè)備 (例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置 )之間的通信。 PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 3． 4 ＰＬＣ控制系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) [4] 隨著新技術(shù)、新器件的不斷出現(xiàn)，特別是微處理器、單片機(jī)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等技術(shù)的飛速發(fā)展和迅速融合，使得 PLC功能更加齊全，適用范圍更加廣泛，使用更加方便，具有更高的性能價(jià)格比。目前， PLC以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域，而且產(chǎn)品更新速度快，有的更新?lián)Q代周期僅為 3~5年。未來的 PLC將有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： 1．向大型、高性能化方向發(fā)展 PLC的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)不斷上升，可達(dá)到 8192點(diǎn)，甚至高達(dá) 10000點(diǎn)以上或號(hào)稱無限點(diǎn)，這類產(chǎn)品可以滿足鋼鐵工業(yè)、石油、化工等大型生產(chǎn)自動(dòng)控制的需要。它們采用有高速 運(yùn)算能力的高性能 16位和 32位微處理器，而且常常采用多處理器結(jié)構(gòu)，并吸收以連續(xù)量處理為主的集散控制系統(tǒng)（ DCS）的優(yōu)點(diǎn)，熱備冗余系統(tǒng)更高速、可靠，進(jìn)一步增強(qiáng)科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理能力和聯(lián)網(wǎng)能力，網(wǎng)絡(luò)更開放，有很高的運(yùn)行速度并能方便地與微機(jī)以及其他控制器構(gòu)成控制、管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（ CIPS）等。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的 Windows9x/NT/2020/XP為平臺(tái)的工業(yè)計(jì)算機(jī)（ IPC）和通用的人機(jī)界面軟件，并在管理層上應(yīng)用各種數(shù)據(jù)庫管理軟件進(jìn)行生產(chǎn)過程的處理。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將成為主流。 2．向方便靈 活、小型化發(fā)展 為滿足工業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)控制系統(tǒng)小型化以及減少體積、降低成本的需要， PLC生產(chǎn)廠家?guī)缀醵奸_發(fā)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活的小型、微型 PLC，這是 20世紀(jì) 80年代中后期發(fā)展最快的一類產(chǎn)品。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，小型 PLC約占市場(chǎng)的 1/4。而另一方面，小型 PLC的功能不斷增加，如增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量處理、與上位機(jī)或操作站聯(lián)網(wǎng)通信的功能。在結(jié)構(gòu)上，一些小型 PLC也采用了模塊式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要配置系統(tǒng)大小，使用戶可以方便地構(gòu)成易于擴(kuò)展、靈活經(jīng)濟(jì)的最小控制系統(tǒng)。小型化的 PLC作為機(jī)電一體化的基本構(gòu)成 要素和原始設(shè)備制造商（ OEM）的重要設(shè)備，將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 3．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更開放、通信功能更完善 隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC的冗余網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，并向統(tǒng)一、通用的開放網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，不同品牌 PLC的互操作性將大大提高，工業(yè)以太網(wǎng)、過程控制的對(duì)象鏈接和嵌入（ OPC）和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在 PLC系統(tǒng)中大量應(yīng)用。從控制層、操作層到管理層，實(shí)現(xiàn)全方位的多層次、分布的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管控一體化，成為真正的過程控制解決方案。 4．編程組態(tài)更方便靈活 除提供傳統(tǒng)的梯形圖編程 環(huán)境外，大多數(shù) PLC 都提供語句表、順序功能圖以及更友好、方便和高效的圖形化組態(tài)軟件和符合 IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)的編程組態(tài)工具。 第 4章 設(shè)計(jì)項(xiàng)目的總體方案設(shè)計(jì) 4． 1 受控對(duì)象的控制要求與控制過程分析 交通信號(hào)燈安置如圖 3所示： 圖 3 信號(hào)燈安置 1. 受控對(duì)象的控制要求 （ 1）系統(tǒng)受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，開關(guān)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)開始工作，開關(guān)斷開所有信號(hào)燈熄滅；南北綠燈和東西紅燈不能同時(shí)亮，否則關(guān)閉信號(hào)系統(tǒng)并報(bào)警。（ 2）系統(tǒng)工作時(shí)，先南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮。（ 3）南北紅燈亮維持 25s，東西綠燈亮 20s。到 20s時(shí)，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期 1s（亮 ,熄 ）；綠燈閃亮 3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持 2s。（ 4）到 2s時(shí)，東西黃燈熄，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄，南北綠燈亮。（ 5）東西紅燈亮維持 30s，南北綠燈亮維持25s。（ 6）到 25s時(shí)，南北綠燈閃亮 3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持 2s。（ 7）到2s時(shí) ,南北黃燈熄，南北紅燈亮，同時(shí)東西紅燈熄，東西綠燈亮，開始第 2周期的動(dòng)作。周而復(fù)始的循環(huán)。 2. 控制過程分析[5] 給上電源，運(yùn)行用戶程序。安下啟動(dòng)鈕后， 20200接通且自鎖。 TIM000接通 計(jì)時(shí)，TIM006同時(shí)接通計(jì)時(shí)， 01002接通，南北紅燈亮，同時(shí)由 01002使 01004接通，東西綠燈亮。 當(dāng) TIM006計(jì)滿 20s時(shí)，使 TIM007接通計(jì)時(shí)，同時(shí) TIM006常閉接點(diǎn)打開，使東西綠燈亮的功能停止，而 TIM006的一個(gè)常開接點(diǎn)接通，該接點(diǎn)與時(shí)鐘周期為 1s的 25502一起控制 01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 當(dāng) TIM007計(jì)滿 3s后，其常開接點(diǎn)使 TIM005計(jì)時(shí)開始，其另一個(gè)常閉接點(diǎn)斷開東西 綠燈閃爍電路，而一常開接點(diǎn)則使 01005 接通，東西黃燈亮。 當(dāng) TIM005 計(jì)滿 2s 后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。 當(dāng) TIM005 計(jì)滿 2s 的同時(shí)，恰好 TIM000 計(jì)時(shí)滿 25s，此時(shí)循環(huán)工作的下半周期開始。 TIM000 常開接點(diǎn)首先啟動(dòng) TIM004 和 TIM001 定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，而其常閉接點(diǎn)斷開 01002，常開接點(diǎn)接通 01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時(shí)由 01006 使 01000 接通，南北綠燈亮起來。 TIM001 計(jì)滿 25s，其一常開接點(diǎn)起動(dòng) TIM002 計(jì)時(shí)開始，一常閉斷開南北綠燈，而另一常開與 25502 一起使南北綠燈閃爍。 TIM002 計(jì)滿 3s 后，起動(dòng) TIM003 計(jì)時(shí)開始， TIM002 的一常閉接點(diǎn)使南北綠燈停止閃爍，而 TIM002 的一常開接點(diǎn)使 01001 通，南北黃燈亮。 當(dāng) TIM003 計(jì)滿 2s 時(shí)，斷開 01001，南北黃燈熄滅。此時(shí)也正是 TIM004 計(jì)滿 30s。TIM004 的常閉接點(diǎn)使 TIM000 斷開復(fù)位，隨后 TIM004 自動(dòng)亦被復(fù)位。在程序的下一個(gè)掃描周期開始時(shí)，系統(tǒng)工作的下一個(gè)循環(huán)開始，即南北紅燈亮，東西綠燈亮。 按下停止按鈕時(shí)，因 20200 釋放，所有燈熄滅。 在運(yùn)行中若東西、南北綠燈因錯(cuò)誤而被同時(shí)驅(qū)動(dòng)時(shí)， 01003 就會(huì)被驅(qū)動(dòng)且自鎖，它一方面使