【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的優(yōu)越性 可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、 可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 的特點(diǎn)： PLC 作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，有其顯著的特點(diǎn)。 (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控 制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的 機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 (2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬 件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (3)易學(xué)易用，深受工 程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4)安裝方便，擴(kuò)展靈活 PLC 采用標(biāo)準(zhǔn)的整體式和模塊式硬件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便，接線簡(jiǎn)單，工作量相對(duì)較??；而且能根據(jù)應(yīng)用的要求擴(kuò)展輸入 — 輸出模塊或插件，系統(tǒng)集成方便靈活。各種控制功能通過軟 件編程完成，因而能適應(yīng)各種復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)，也便于控制系統(tǒng)的改進(jìn)和修正，特別適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場(chǎng)合。 (5)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種 、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 (6)體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC 是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講， PLC 也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的輸入 /輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應(yīng) 于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此， PLC 是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)（如圖 21）、輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 圖 21 PLC 硬件主機(jī)系統(tǒng)圖 PLC 的工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其工作原理與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理基本相同。 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式， CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU 對(duì)用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并 用周期性的地集中采樣、集中輸出的方式來完成。一個(gè)掃描周期（工作周期）主要成分為以下幾個(gè)階段： （ 1）輸入采樣掃描階段 這是第一個(gè)集中批處理過程， PLC 按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，不論輸入端子上是否接線， CPU 順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫到輸入映像寄存器中，在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序用到的輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一 個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取，對(duì)于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于 PLC 的掃描周期很短，這個(gè)差異對(duì)一般工程應(yīng)用可忽略，所以可以認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。 （ 2）執(zhí)行用戶程序掃描階段 這是第二個(gè)集中批處理過程，在執(zhí)行用戶程序階段， CPU 對(duì)用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、從左到右的順序進(jìn)行掃描，每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像寄存器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場(chǎng)的立即輸入信號(hào)。對(duì)其他信息，則是從 PLC 的原件映像寄存器中去讀取，在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像寄存器中，對(duì)輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是馬上 去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入到輸出映像寄存器中。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量 I/O 指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。 在這個(gè)階段，除了輸入映像寄存器外，各個(gè)元件映像寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行而變化的。 （ 3）輸出刷新掃描階段 這是第三個(gè)集中批處理過程，當(dāng) CPU 對(duì)全部用戶程序掃描結(jié)束后，將元件映像寄存器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。 PLC 的選型 PLC目前主要的品牌有： 美國 AB，比利時(shí) ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。 本設(shè)計(jì)中采用 三菱 公司的 FX型 PLC,其優(yōu)越的性能表現(xiàn)為 極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。 FX的特征 : 1體積小 , 尺寸 : 160 80 62mm由于其緊湊的設(shè)計(jì) ,FX可以適合于任何機(jī)器控制環(huán)境。 2 易于使用 : 通過 STEP7 Micro/Dos軟件可以非常方便地為 FX編程 ,而且該軟件能夠在任何一臺(tái) IBM兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用 ,哪怕是一 臺(tái) 286 的微機(jī) ,要求。 3 靈活多用 : FX的輸入 /輸出點(diǎn)可以支持各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備 ,如 : 光電傳感器 ,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)按鈕開關(guān) ,燈 ,泵 ,攪拌器等。 PLC 三菱 FX 的特征 如圖 22 所示 圖 22 PLC三菱 FX的特征 1 中央處理器 (CPU):是控制系統(tǒng)的大腦 ,它根據(jù)用戶程序進(jìn)行控制 ,此次選擇 CPU224作為本設(shè)計(jì)的主機(jī)。 2 輸入和輸出 (I/O):是系統(tǒng)的控制點(diǎn) ,輸入用于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置，輸出用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3 編程口 :用于連接編程設(shè)備 ,例如 ,一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)手持編程器如圖 22所示。 表 21 FX系列 PLC CPU 選型型號(hào)表 CPU 系列號(hào) 產(chǎn)品圖片 描述 選型型號(hào) CPU221 DC/DC/DC； 6 點(diǎn)輸入/4 點(diǎn)輸出 6ES7 2110AA230XB0 AC/DC/繼電器； 6 點(diǎn)輸入 /4 點(diǎn)輸出 6ES7 2110BA230XB0 CPU222 DC/DC/DC； 8 點(diǎn)輸入/6 點(diǎn)輸出 6ES7 2121AB230XB0 AC/DC/繼電器； 8 點(diǎn)輸入 /6 點(diǎn)輸出 6ES7 2121BB230XB0 CPU224 DC/DC/DC； 14 點(diǎn)輸入/10 點(diǎn)輸 出 6ES7 2141AD230XB0 AC/DC/繼電器； 14 點(diǎn)輸入 /10 點(diǎn)輸出 6ES7 2141BD230XB0 CPU224XP DC/DC/DC； 14 點(diǎn)輸入/10 點(diǎn)輸出； 2 輸入 /1輸出共 3 個(gè)模擬量I/O 點(diǎn) 6ES7 2142AD230XB0 AC/DC/繼電器； 14 點(diǎn)輸入 /10 點(diǎn)輸出； 2輸入 /1輸出共 3個(gè)模擬量 I/O 點(diǎn) 6ES7 2142BD230XB0 CPU226 DC/DC/DC； 24 點(diǎn)輸入/16 點(diǎn)晶體管輸出 6ES7 2162AD230XB0 AC/DC/繼電器； 24 點(diǎn)輸入 /16 點(diǎn)輸出 6ES7 2162BD230XB0 CPU226XM DC/DC/DC； 24 點(diǎn)輸入/16 點(diǎn)晶體管輸出 6ES7 2162AF220XB0 AC/DC/繼電器； 24 點(diǎn)輸入 /16 點(diǎn)輸出 6ES7 2162BF220XB0 在本控制系統(tǒng)中，需 通過繼電器來