【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 噴頭 一起噴水， 1s 后47 號(hào)噴頭噴水。如此循環(huán)，直到按下停止按鈕。 此報(bào)告設(shè)計(jì)了三種簡(jiǎn)單的花式，其余花式與這三種花式的實(shí)現(xiàn)原理相同，在這里就不過(guò)多說(shuō)明。 基于 PLC 的花式噴泉 8 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 的概述及選型 的概述 1. PLC 的產(chǎn)生背景 可編程控制器是基于微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的通用工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制。 l987 年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（ International Electrotechnical Commission， IEC）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案對(duì) PLC 做了如下定義：“ 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(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)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(guò)程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(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)。 在可編程控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制占主導(dǎo)地位的。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在明顯的缺點(diǎn)，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性較差。1968 年，美國(guó)通用汽車公司（ GM）根據(jù)市場(chǎng)形勢(shì)與生產(chǎn)發(fā)展的需要，為了完成“多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號(hào)”的戰(zhàn)略，提出了研制新型邏輯順序控制裝置來(lái)取代繼電器控制裝置。第 2 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）就研制出了第一臺(tái) PLC，將其應(yīng)用于 美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上，并取得了極大的成功。此后隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)展起來(lái)。 PLC 初創(chuàng)階段的代表產(chǎn)品有 MODICON 公司的 08 DEC 的 PDP． 14 和日立公司的 SCY． 022 等。該時(shí)期 PLC 產(chǎn)品的主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)等。它的 CPU 由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，在 I／ O 接口電路上做了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求，它的控制功能比較簡(jiǎn)單。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的 繼電器控制線路的方式 —— 梯形圖。 而通用汽車公司（ GM）公司為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需求，從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的 10 項(xiàng)指標(biāo)： (1)編程方便可現(xiàn)場(chǎng)修改程序 (2)維修方便采用模塊化結(jié)構(gòu) (3)可靠性高于繼電器控制裝置 (4)體積小于繼電器控制組裝置 (5)具有數(shù)據(jù)通信功能數(shù)據(jù)可直接送入計(jì)算機(jī)管理 (6)成本可與繼電器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng) (7)輸入可為市電 (8)輸出可為市電容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等 基于 PLC 的花式噴泉 9 (9)易于擴(kuò)展擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 (10)用戶存儲(chǔ)器大于 4KB 根據(jù)這 10 項(xiàng) 指標(biāo)，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC 公司 )于 1969 年研制出了世界上第一臺(tái)可編程控制器 PDP14，并在 GM 公司的汽車生產(chǎn)線上使用成功，可編程控制器自此誕生。氣候美國(guó)的莫迪康（ MODICON）公司也推車了 084 控制器； 1971 年，日本推出了DSC8 控制器； 1973 年，西歐各國(guó)的可編程控制系也相繼研制成功；我國(guó)于 1974 年開始研制可編程控制器，并于 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 2. PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元 素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 的特點(diǎn) 1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)?？煽啃允请姎饪刂圃O(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(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，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。 噴泉可靠性不高的改進(jìn)方式：對(duì)于噴泉噴不噴 水 的問(wèn)題，可以在電磁閥旁安裝一個(gè)壓力監(jiān)測(cè)計(jì)，檢測(cè)水壓， 然后 回饋給控制電腦。使人們?cè)绨l(fā)現(xiàn)，早制止。 2 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?？梢杂糜诟鞣N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(lái) 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(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖 語(yǔ)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(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 基于 PLC 的花式噴泉 10 4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。 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(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5 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，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。 的主要技術(shù)指標(biāo) PLC 的性能指標(biāo)較多，主要介紹與組成 PLC 控制系統(tǒng)關(guān)系較直接的幾個(gè)。 （ 1）編程語(yǔ)言及指令功能 梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言在 PLC 中較為常見(jiàn)，梯形圖語(yǔ)言一般在計(jì)算機(jī)屏幕上編輯，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。助記符語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)編程序相似，如果對(duì)有編制程序基礎(chǔ)的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)助記符會(huì)容易一些，只要理 解各個(gè)指令的含義，就可以像做計(jì)算機(jī) PLC 實(shí)際上只認(rèn)識(shí)助記符語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言是需要轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言后，存入 PLC的存儲(chǔ)器程序一樣寫 PLC 的控制程序。如果兩種語(yǔ)言都會(huì)使用更好，因?yàn)樗鼈冎g可以相互轉(zhuǎn)換。 現(xiàn)在功能圖語(yǔ)言的使用有上升趨勢(shì)。編程語(yǔ)言中還有一個(gè)內(nèi)容是指令功能。衡量指令功能強(qiáng)弱可看兩個(gè)方面：一是指令條數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。一條綜合性指令一般就能完成一項(xiàng)專門操作。用戶編制的程序完成的控制任務(wù)，取決于 PLC指令的多少，指令功能越多，編程越簡(jiǎn)單和方便，完成一定的控制任務(wù)越容易。 （ 2）輸入輸出點(diǎn)數(shù) 輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以接受的輸入開關(guān)信號(hào)和輸出開關(guān)信號(hào)的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點(diǎn)數(shù)往往的大于輸出點(diǎn)數(shù)的，且二者不能相互替代。 PLC 的輸出節(jié)點(diǎn)為繼電器 ， 繼電器型可接交流 220V 或直流 24V 負(fù)載，沒(méi)有極性要求 。 （ 3）掃描速度數(shù)是指 PLC 掃描 1k（ 1k=1024）字用戶程序所需的時(shí)間，通常以 ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。 （ 4）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是存放用戶程序的存儲(chǔ)器的容量。通常用 k 來(lái)表示。也有的 PLC 直接用所能存放的程序量表示。在編制 PLC 程序 時(shí)，需要用到大量的寄存器來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些寄存器的多少，直接關(guān)系到程序的編制，該存儲(chǔ)器的容量越大，就可以編制出更復(fù)雜的程序。 （ 5）可擴(kuò)展性 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 PLC 的可擴(kuò)展性也顯的非常重要。主要包括： 1）輸入輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展； 2）存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展； 3）聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展； 基于 PLC 的花式噴泉 11 4）可擴(kuò)展的模塊數(shù)； 另外，可編程序控制器的可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等功能指示也受用戶的關(guān)注。 （ 6） PLC 的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 在鋼鐵、石油、化工、電力、建 材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，主要可以歸納為以下幾類： 1）開關(guān)量的邏輯控制 可編程控制器可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái) 說(shuō)，早期直接用開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 4）過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)連續(xù)變化的量進(jìn)行控制。如對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能?？梢酝瓿蓴?shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)、分析和處理。 這些數(shù)據(jù)可以與參考值比較，完成一定的控制操作。也可以利用通訊功能傳送到其他的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型過(guò)程控制系統(tǒng)，如冶金、造紙、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其他智能設(shè)備間的通信。隨著現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，它也將和其他的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)，在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 許多年前就有人預(yù)言， PLC 將要被 PCBASED 控制系統(tǒng)取代。但 PLC 的 銷售 仍 以十分穩(wěn)定的增長(zhǎng)率逐年上升。目前的 PLC 已經(jīng)與十年前大不相同，