【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 PLC的特點(diǎn)及其功能 PLC的基本 特點(diǎn) （ 1） 可靠性高 PLC 作為一種通用的工業(yè)控制器 ，它必須在各種不同的工業(yè)環(huán)境中正常工作。對(duì)工作環(huán)境的要求較低，抗干擾能力強(qiáng)，平均無故障工作時(shí)間長，是 PLC 在各工業(yè)得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。 PLC 的可靠性與硬件的設(shè)計(jì)制造以及軟件設(shè)計(jì)密切相關(guān) 。 硬件設(shè)計(jì) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 PLC 在硬件設(shè)計(jì)上采用了光電隔離、使用開關(guān)電源、選用高可靠性器件、有效的抗干擾與電磁屏蔽等措施 來提高 PLC 的可靠性。 軟件設(shè)計(jì) 在軟件設(shè)計(jì)上采用了特殊的“循環(huán)掃描”方式 與專用的編程語言，并采用了系統(tǒng)程序與用戶程序相對(duì)獨(dú)立的軟件結(jié)構(gòu)。 （ 2） 使用方便 由于大多數(shù) PLC 都采用了基本單元加擴(kuò)展或模塊化結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入 /輸出信號(hào)的數(shù)量、形式、驅(qū)動(dòng)能力等可以根據(jù)實(shí)際控制需要進(jìn)行選擇與確定且需要，時(shí)還可以隨時(shí)更換或增減 I/O 模塊 ； PLC 具有可以滿足不同控制要求的特殊功能模塊，使得使用靈活與多變；可以通 過個(gè)人計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)對(duì) PLC 程序進(jìn)行調(diào)整與修改，還可以對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)與工作狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，調(diào)整、維修方面等。 （ 3） 功能完善，應(yīng)用靈活 。 （ 4） 環(huán)境要求低，適應(yīng)性強(qiáng) 。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 。 （ 6） 維修工作量小，維修方便 。 （ 7） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少 。 PLC的功能 （ 1） 基本控制功能。它可以對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理，并實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)化比較等功能； （ 2） 特殊控制功能。通過 PLC 的特殊功能模塊， PLC 可以用于溫度、電壓、速度、位置等控制的場(chǎng)合，對(duì)模擬 量與數(shù)字量進(jìn)行處理與控制。 （ 3） 通信與網(wǎng)絡(luò)功能， PLC 可以與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并組成 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。 PLC與 DCS、工業(yè) PC 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 自從微型計(jì)算機(jī)問世以來，工業(yè)控制一直是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在工業(yè)控制上，除 PLC 之外，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）與集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 DCS）也是其中代表性產(chǎn)品。 PLC 與工業(yè) PC、 DCS 的主要區(qū)別為： 在硬件上，工業(yè) PC 機(jī)采用了通用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，具有兼容性強(qiáng)、通信方便的特點(diǎn)； DCS 注重于對(duì)模擬量的輸入 /輸出的控制與回路調(diào)節(jié)功能的設(shè)計(jì)；而 PLC 側(cè)重 于對(duì)開關(guān)量的邏輯控制。 在軟件上，工業(yè) PC 機(jī)可以使用多種應(yīng)用程序，適應(yīng)算法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制要求； DCS 在模擬量處理與 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算方面有其優(yōu)勢(shì)； PLC采用面向基層應(yīng)用人員的簡(jiǎn)單編程語言與特殊的程序執(zhí)行方式（循環(huán)掃描），工業(yè) PC 與 DCS 在編程方便、直觀以及運(yùn)行可靠性方面不及 PLC。 PLC的基本組成及其各部分作用 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入接口電路、輸出接口電路、通信接口、內(nèi)部電源等部分組成。 PLC 的軟件主要是系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序 。 PLC 的系統(tǒng)程序一般由管理程序、指令譯碼 程序、標(biāo)準(zhǔn)程序塊三部分組成； PLC 的用戶程序是指 PLC的使用者根據(jù)各種控制要求與控制條件編制的 PLC 用戶程序，常稱為“用戶程序”。 （ 1） 中央處理器（ CPU） PLC 的 CPU 在系統(tǒng)程序的控制下工作，主要功能進(jìn)行 PLC 的循環(huán)掃描處理，內(nèi)容包括執(zhí)行輸入采樣、執(zhí)行 PLC 用戶程序、內(nèi)部診斷、通信處理和輸出刷新五個(gè)方面。 （ 2） 存儲(chǔ)器 PLC 內(nèi)部所使用的存儲(chǔ)器，按用途分為：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在 S7200 中，系統(tǒng)存儲(chǔ)器采用 ROM 單獨(dú)存河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 儲(chǔ)。用戶存儲(chǔ)器采用 EEPROM，內(nèi)部劃分為“ 用戶程序存 儲(chǔ)區(qū)域 ” 、 “ 參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域 ” 、 “ 保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域 ” 三個(gè)區(qū)域?！坝脩舫绦虼鎯?chǔ)區(qū)”用于PLC 用戶程序；“參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)”用于存儲(chǔ) PLC 硬件、軟件配置參數(shù)；“保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)”用于存儲(chǔ)需要斷電保持的部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在 S7200 中稱“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域”，采用動(dòng)態(tài) RAM 進(jìn)行存儲(chǔ)。 （ 3） 輸入接口電路 輸入接口的作用 是完成外部信號(hào)到 PLC 內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通常情況下，來自生產(chǎn)設(shè)備或控制現(xiàn)場(chǎng)的各種輸入信號(hào)，通過輸入接口電路可以講開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)控制所需要的、 CPU 能夠直接處理的 TTL 電平，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部所需要的數(shù)字量等。 輸入接口電路一般由信號(hào)連接器件（如接線端子、插頭等）、輸入電路（ RC 濾波器、限流電路、整流電路、穩(wěn)壓電路等）、信號(hào) 隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開關(guān)等）、輸入信號(hào)寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 4） 輸出接口電路 輸出接口的主要作用是完成 PLC 內(nèi)部信號(hào)到外部信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通過輸出接口電路，可以將 CPU 處理完成的邏輯運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到外部執(zhí)行元件所需要的控制信號(hào)，將處理完成的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部控制、顯示所需要的模擬量等。 輸出接口電路一般由信號(hào)連接器件（如接線端子、插頭等）、輸出驅(qū)動(dòng)電路 （如中間繼電器、 大功率晶體管、雙向晶體管等 ） 、信號(hào)隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開關(guān)等）、輸出信號(hào)寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 5） 通信接口 通信接口的主要作用是實(shí)現(xiàn) PLC 與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 最基本的通信接口有 RS23 RS42 RS485 等標(biāo)準(zhǔn)的串行接口。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 （ 6） 內(nèi)部電源 PLC 的外部輸入電源有交流輸入和直流輸入兩種。由于 PLC 內(nèi)部一般采用開關(guān)電源 ，因此大部分 PLC 對(duì)輸入電壓的要求不高，交流輸入時(shí)，一般為單相 AC85260V,50/60HZ；直流輸入時(shí)要求 ,但部分PLC 對(duì)“紋波”有一定的要求。 PLC 內(nèi)部電源的作用主要是提供 PLC 內(nèi)部的 TTL 集成運(yùn)算放大器等組件的工作電源，因此，需要將外部輸入轉(zhuǎn)換為 DC5V、 DC24V 等不同的電壓。 PLC的工作原理 在 PLC 電路中， PLC 可以分為輸入電路、內(nèi)部控制、輸出電路三部分。其中輸入電路代表了實(shí)際 PLC 的輸入接口電路板、輸入采樣、輸入緩沖等部分；內(nèi)部控制電路代表了實(shí)際 PLC 的控制程序執(zhí)行過程；輸出電路代表了實(shí)際 PLC 的輸出接口電路、輸出刷新、輸出緩沖等部分。 （ 1） 輸入電路 由外部輸入信號(hào)、 PLC 輸入接線端、等 效輸入繼電器三部分。外部輸入信號(hào)經(jīng) PLC 的輸入接線端與輸入繼電器接入。每個(gè)輸入繼電器與輸入信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)外部輸入“ 1” 時(shí)，輸入繼電器“線圈”得電，內(nèi)部控制電路中對(duì)應(yīng)的輸入接點(diǎn)“吸合”。 （ 2） 輸出電路 由內(nèi)部輸出接點(diǎn)、 PLC 輸出接線端、輸出執(zhí)行元件三部分組成。內(nèi)部輸出接點(diǎn)經(jīng) PLC 的輸出接線端與輸出執(zhí)行元件連接，每個(gè)輸出接點(diǎn)與內(nèi)部控制電路中的輸出線圈一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)輸出線圈為“ 1” 時(shí)，輸出接點(diǎn)接通，且每一個(gè)輸出線圈只能有一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的接點(diǎn)。 （ 3） 內(nèi)部控制電路 由 PLC 用戶程序轉(zhuǎn)化而來，它將 PLC 程 序中的順序控制邏輯轉(zhuǎn)化成河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 普通的繼電器控制線路。 在 內(nèi)部控制電路中， PLC 的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可以用繼電器控制線路的時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器進(jìn)行等效。 PLC的工作過程 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，主要的工作過程可以分為輸入采樣、執(zhí)行程序、通信處理、 CPU 診斷、輸出刷新五個(gè)基本步驟，并且不斷循環(huán)執(zhí)行。 如果不考慮 PLC 的公共處理過程， PLC 的正常執(zhí)行用戶程序的工作過程分為 3 步：① PLC 一次性將全部輸入端的狀態(tài) (輸入信號(hào) )讀入輸入緩沖寄存器，生成“輸入映像”； ② 執(zhí)行 PLC 用戶程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，運(yùn) 算結(jié)果立即寫入指 定的標(biāo)志寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、輸出緩沖寄存器中； ③ 用戶程序處理完成， PLC 一次性將全部“輸出映像”輸出到 PLC的輸出端。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 3 方案設(shè)計(jì) 方案的比較 方案 1： 運(yùn)料 小車在最初位置 時(shí) ，按下啟動(dòng)按鈕， 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車開始前進(jìn)， 到達(dá) 右限位 開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止 ；按下電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，小車后退，到達(dá)左限位開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止，按下停止按鈕，小車完成一個(gè)工作周期。 方案 2： 運(yùn)料小車在最初位置時(shí)，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，如果運(yùn)料小車處于停止?fàn)顟B(tài)，則立即正轉(zhuǎn)運(yùn)行，到達(dá)右限位開關(guān)后停止；等待裝料10s 后，電機(jī)自動(dòng)切換到反轉(zhuǎn)，小車開始后退，直至到達(dá)左限位開關(guān)處停止，等待卸料 5s 后，運(yùn)料小車回到最初位置，按下停止按鈕，運(yùn)料小車完成一個(gè)工作周期。 針對(duì) 這兩 個(gè)方案， 做出一些分析 并得出方案 3：在 KM1 的線圈串聯(lián)了 KM2 的輔助常閉觸點(diǎn) ,KM2 的線圈串聯(lián)了 KM1的輔助常閉觸點(diǎn) ,組成了硬件互鎖電路 ，以此 避免由于正反轉(zhuǎn) (運(yùn)料 小車前進(jìn) ,后退 )切換過程中電感的延時(shí)作用 ,導(dǎo)致原來接通的接觸器的主觸點(diǎn)還未斷弧 時(shí) , 另一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障 。在運(yùn)料小車裝料、卸料的過程中，用指示燈 L1， L2 來顯示當(dāng)前的運(yùn)料小車所處的狀態(tài)，也方便工作人員的監(jiān)管。 限位開關(guān)的作用是為保證運(yùn)料小車能夠在準(zhǔn)確的位置停車。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 系統(tǒng)描述 本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象 是機(jī)械運(yùn)料小車的 電動(dòng)機(jī) ， 其目的是通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)械運(yùn)料小車在 A、 B 兩地 自動(dòng) 往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，從而實(shí)現(xiàn)在B 地卸料、在 A 地裝料這一 過程 。 機(jī)械 運(yùn)料 小車的控制示意圖和 動(dòng)作循環(huán)圖如下 ： 圖 31 運(yùn)料小車的控制示意圖 和動(dòng)作循環(huán)圖 控制要求 控制系統(tǒng)各 部分的工作過程如下： （ 1） 機(jī)械運(yùn)料小車在初始位置處，按下啟動(dòng)按鈕 SB1， 電機(jī)正轉(zhuǎn)， 則機(jī)械運(yùn)料小車前行，； （ 2） 機(jī)械運(yùn)料小車運(yùn)行至 右限位開關(guān) ST1， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止，等待裝料 ， 裝料指示 L1 燈亮； （ 3） 延時(shí) 10s 后， 指示燈滅， 裝料完成 ，電機(jī)反轉(zhuǎn)， 運(yùn)料小車后退 ，直至運(yùn)行至左限位開關(guān) ST2 處， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止， 等待卸料，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 卸料指示 L2 燈亮； （ 4） 延時(shí) 8s，指示燈滅，卸料完成 ,到此完成一個(gè)工作周期，若不按停止按鈕，此過程可以循環(huán)。 主要 電氣元件的配置 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，選擇設(shè)計(jì)所需要的電氣 元件： （ 1） 三 相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 通過對(duì) 控制要求 的分析，控制系統(tǒng)需要一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī) M,為滿足工藝要求，電動(dòng)機(jī)的功率選定為 1KW,型號(hào)： J02224, 1410 轉(zhuǎn)/分， 380V， 安 。 （ 2） 開關(guān)的選擇 在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級(jí)的組合開關(guān)。 電動(dòng)機(jī)的最大容量為 1KW，則三級(jí)組合開關(guān)的額定電流為 10A，型號(hào)為 HZ1010。 （ 3） 熔斷器的選擇 在本系統(tǒng)中， 需要 熔斷器保護(hù)一 臺(tái) 三相異步電動(dòng)機(jī)， 啟動(dòng)電流為額定電流四至七倍，為了防止啟動(dòng)時(shí)燒斷熔體，熔體的額定電流一般去電動(dòng)機(jī)額定電流的 至 倍， 則 額 定 電 流 為 ： ，其中：AII NN a x ??? ，所以 熔體的 最大額定電流為 。