【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性。 4. 指令的多少 它是衡量 PLC 能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了 PLC 的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。 限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。 5. 內(nèi)部寄存器的配置和容量 它直接對(duì)用戶編制程序提供支持，對(duì) PLC 指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提 供直接的支持。 6. 擴(kuò)展能力 擴(kuò)展能力包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和 PLC 功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。 7. 特殊功能單元 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 特殊功能單元種類多，也可以說 PLC 的功能多。典型的特殊功能單元有模擬 量、模糊控制連網(wǎng)等功能 [4] 。 PLC 的分類 不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類結(jié)果， PLC 常用的分類方式有如下兩種。 按其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般分為微型（ 32 點(diǎn)以下）、小型（ 128 點(diǎn)以下）、中型（ 1024 點(diǎn)以下）、大型（ 2048 點(diǎn)以下）、超大型（從 2048 點(diǎn)以上可達(dá) 8192 點(diǎn)以上） 5 種。 按結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式 3 種。 PLC 工作原理 循環(huán)掃描 CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 的掃描周期包括讀 輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行 CPU 自診斷測(cè)試及寫輸出等等內(nèi)容。 PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識(shí)周而復(fù)始的循環(huán) 掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分， 用戶程序不運(yùn)行時(shí)， PLC 也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸 入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的 PLC 在一個(gè)周期中可以完成以下 5 個(gè)掃描過 程。 1. 自診斷測(cè)試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障， PLC 都具有自監(jiān)視功能。 2. 與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò) 的 PLC 系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于 PLC 之間及 PLC 與上位計(jì)算機(jī)或 終端設(shè)備之間的通信。 3. 用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期內(nèi)都包含 該掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行 設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短會(huì)影響過程所用的時(shí)間 。 4. 讀輸入、寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都包 含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。 CPU 在處理用戶程 序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸 出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映象寄存器：一個(gè)為輸入映象寄存器，另一個(gè)為 輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放 在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中， CPU 把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映 像寄存器：在輸出掃描過程中 CPU 把輸出映像寄存器 的值的輸出點(diǎn) [5] 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： 1. 掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 2. 輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)周期內(nèi) 輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映 像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。 3. 對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 4. 各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主要缺 點(diǎn)。 在讀輸入階段， CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的 狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU 按照先左后右、先 上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀 態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使 輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變 ——輸入端子狀態(tài)變 化只能在下一個(gè)周期的輸入階段才被集中讀入。 輸入 /輸出采用映象寄存器的優(yōu)點(diǎn)： 1. 集中采用 I/O，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。種 集中 I/O 的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn) 定可靠。 2. 程序執(zhí)行時(shí)，存取映象寄存器要比讀寫 I/O 端點(diǎn)快的多，這樣可以加快程 序執(zhí)行速度。 3. I/O 點(diǎn)必須按位存取，而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取， 增加了程序的靈活性。 I/O 響應(yīng)時(shí)間 由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入 和輸出信號(hào)只在沒個(gè)掃描周 期的固定時(shí)間集中輸入 /輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后的現(xiàn)象。 柚芷讜匠ぃ 禿笙窒笤窖現(xiàn)亍 ? 響應(yīng)時(shí)間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時(shí)間部分決定。 1. PLC 輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用 越強(qiáng)。輸入延遲是由硬件決定的，有的 PLC 濾波器時(shí)間常數(shù)可調(diào)。 2. 從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時(shí)間稱為輸出延遲，對(duì)于不同的輸出形 式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對(duì)于不同信號(hào)的 PLC 可以通過查表得 到。 3. 程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來決定，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人 員須對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，使 PLC 的響應(yīng)時(shí)間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時(shí)間，稱 為最小 I/O 響應(yīng)時(shí)間。在最不利的情況下，輸入點(diǎn)的狀態(tài)恰好錯(cuò)過了輸入的鎖入時(shí) 刻，造成在下一個(gè)輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個(gè)掃描周期時(shí)間，稱為最大 I/O 響應(yīng)時(shí)間。它們是由 PLC 的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無關(guān)。 PLC 中的存儲(chǔ)器 PLC 中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器。 1. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的 PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系 統(tǒng)程序，它決定了 PLC 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 2. 用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 10 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí) PLC 的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)較大的 PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用 以下設(shè)計(jì)步驟來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任 務(wù)。但是 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用場(chǎng)合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析 被控對(duì)象的控制過程和要求，看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn) 在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對(duì)模擬量 的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況 下也可以取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ IPC）作為主控器 控制對(duì)象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來說， 能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部 分都由 PLC 控制來完成。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后。選擇 PLC 就成為最重要的事情。一 方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來， 包括開關(guān)量 I/O 模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是 直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如 果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后 選用的 PLC 的輸出點(diǎn)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共 用一個(gè)公共端，這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類和等級(jí) [6] 。 對(duì)于第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： 1. 功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但是對(duì) 于某些特殊要求，就 要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。如對(duì) PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀 表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)? PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量有 特殊要求的；或?qū)? PLC 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 2. 價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、 I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的 差價(jià)必須是 需要考慮的。 輸入 /輸出信號(hào)在 PLC 接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來說， I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和 PLC 的外圍 接線來說，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員 根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是 否正確。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和 PLC 輸出 端的輸出指示燈進(jìn)行。需 要模擬量信號(hào) I/O 時(shí)，可用電位器和萬用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)?？衫蒙显V外圍設(shè) 備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。如果有 錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 P 機(jī)上編程，并可以在電 腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。 聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的 PLC 中。有時(shí) PLC 也許只有 這一臺(tái)，這時(shí)就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路 斷電，只對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。通過現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)信號(hào)的接入常常還 會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件 以及硬件中的一些問題，有時(shí)廠家還需要對(duì)某些控制功能進(jìn)行改進(jìn)，這種情況下， 都要經(jīng)過反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持 水壓的方法就是建造水塔，水泵開者時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)借助水塔的 水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠 維持供水管路中水呀的基本恒定。 但是建造水塔需花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。不用水塔，而要解 決水壓隨用水量大小變化的問題。通常的辦法是：用水量 大時(shí)，增加水泵的數(shù)量 或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需作出相反的調(diào) 節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可 設(shè)想的，但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的 平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備，輸入三 相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么可不可以不借助 水塔來實(shí)現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化 的問 題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持 管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時(shí)又需要做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本 思路，這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可以想象的，但是在今天辦到 這一切已經(jīng)邊的很容易了 [7] 。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。 配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺(tái)大電機(jī)肯 定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且 水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候， 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn) 速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方 式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切 換，但是購買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器 與電機(jī)見可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿 足