【文章內(nèi)容簡介】 圖 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖 32 所示。 N N Y Y 確定控制對象和控制任務(wù) PLC 及組態(tài)軟件的選擇 I/O 及監(jiān)控地址分配 軟件設(shè)計及模擬調(diào)試 電氣系統(tǒng)設(shè)計 硬件組裝 通電實驗 正確？ 符合控 制要求？ 聯(lián)機調(diào)試 編制技術(shù)文章 現(xiàn)場安 裝調(diào)試 交付使用 修改軟件或硬件 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 11 圖 22 PLC 循環(huán)掃描工作方式 這個工作過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器等。在通信操作服務(wù)階段， PLC 與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng) PLC 處于停 (STOP)狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。在 PLC 處于運行 (RUN)狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 ①輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入 所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映像寄存器與外界STOP RUN 內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 CPU 運行方式 更新時鐘和特殊寄存器 電源 ON CPU 正常否 ? 執(zhí)行自診斷 1 1 2 存放自診 斷錯誤結(jié)果 致命錯誤 ? CPU 強制為 STOP 2 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 12 隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 ②程序執(zhí)行 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時， PLC 從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映 像寄存器讀出對應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對每個器件而言，器件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 ③程序處理 程序執(zhí)行完以后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。 PLC 的掃描既可按固定的順序進行，也可按用戶程序所指定的可變順序進行。這不僅因為有的程序不需要每掃描一次就執(zhí)行一次，而目也因為在一些大系統(tǒng)中需要處理的 I/O 點數(shù)多，通過安排不同的組織模塊，采用分時分批掃描的執(zhí)行方法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高控制的實時響應(yīng)性。 循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的一大特點，也可以說 PLC 是“串行”工作的，這和傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。 PLC 的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點競爭和時序失配的問題。 由于 PLC 是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。暫存在輸出映像寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU 集中將這些輸出信 號全部輸送給輸出鎖存器。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個掃描周期。換言之，輸入輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。 掃描周期是 PLC 一個很重要的指標，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。 PLC 的掃描時間取決于掃描速度和用戶程序長短。毫洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 13 秒級的掃描時間對于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的， PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。但是對某些 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時間。影響 I/O 滯后的主要原因有 :輸入濾波器 的慣性 。輸出繼電器接點的慣性 。程序執(zhí)行的時間 。程序設(shè)計不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取? 可編程控制器的選用及編程調(diào)試軟件選擇 2. 可編程控制器的選用 進行 PLC 選型時，應(yīng)該從以下幾個方面進行考慮 : 1)I/O 點數(shù)問題 當(dāng)控制對象 I/O 點在 60 點之內(nèi)， I/O 點數(shù)比為 3:2 時選用整體式 (小型 )PLC 較為經(jīng)濟 。當(dāng)控制對象 I/O 點在 100300 點左右，選用中小型模塊式的較為合理 。當(dāng)控制對象 I/O 點在 500 點以上時就必須選用大型 PLC。 2)I/O 類型問題 I/O 類型也是決定 PLC 選型的重要因素之一，一般而言，多數(shù)小型 PLC只具有開關(guān)量 I/O 。 PID, A/D, D/A、位控功能一般只有大、中型 PLC 才有。 3)聯(lián)網(wǎng)通信問題 聯(lián)網(wǎng)通訊是影響 PLC 選型的重要因素之一，多數(shù)小型機提供較簡單的 RS232 通訊口，少數(shù)小型 PLC 沒有通訊功能。而大型 PLC 一般都有各種標準的通信模塊可供選擇。 4)系統(tǒng)響應(yīng)時間問題 系統(tǒng)響應(yīng)時間也是影響 PLC 選型的重要因素之一。一般而言，小型PLC 掃描時間為 1020ms/kb。中型 PLC 掃描時間在 10ms/kb 以下 。大型 PLC掃描時間在 1 ms/kb 以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時間約為 2 倍的掃描周期。 5)可靠性問題 應(yīng)從系統(tǒng)的可靠性角度，決定 PLC 的類型和組網(wǎng)形式，比如對可靠性要求極高的系統(tǒng)，可考慮選用雙 CPU 型 PLC 或冗余控制系統(tǒng) /熱備用系洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 14 統(tǒng)。 6)程序存貯器問題 在 PLC 選型過程中， PLC 內(nèi)存容量、型式也是必須考慮的重要因素。通常的計算方法是 :I/O 點數(shù) 8( 開關(guān)量 )+100模擬量通道數(shù) ( 模擬量 )+120(1+采樣點數(shù) )(多路采樣控制 )。進行 PLC 選型時，不要盲目地追求過高的性能指標。另 外， I/O 點數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實際工作中的調(diào)整。 確定 PLC 的型號以后，就必須對各種模塊進行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及到如下幾個問題 : ①外部接線方式問題。 I/O 模塊一般分為獨立式、分組式和匯點式。通常，獨立式的點均價格較高，如果實際系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號之間不需隔離可考慮選擇后兩種。 ②點數(shù)問題。前面所說，點數(shù)是影響 PLC 選型的重要因素，同樣在進行 I/O 模塊的選型時也必須根據(jù)具體點數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)?I/O 模塊。一般而言，點數(shù)多的點均價就低。 ③開關(guān)量輸入模塊。通常的開關(guān)量輸入模塊類型有有源 輸入、無源輸入、光電接近傳感器等輸入。進行開關(guān)量輸入模塊的選型時必須根據(jù)實際系統(tǒng)運行中的要求綜合考慮。 ④開關(guān)量輸出模塊。通常的開關(guān)量輸出模塊類型有繼電器輸出、可控硅輸出和晶體管輸出。在開關(guān)量輸出模塊的選型過程中，必須根據(jù)實際系統(tǒng)運行要求及要求輸出的電壓等級進行相應(yīng)的選型。 本系統(tǒng)中的稱重系統(tǒng)主要為電子秤，它們所提供的模擬量和其它一些安全監(jiān)測傳感器所提供的開關(guān)量，作為 PLC 準確控制的依據(jù)。 模擬輸入量包括砂料、石料等重量。 開關(guān)輸入量有 :系統(tǒng)開關(guān)按鈕；攪拌機（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開關(guān) 。各種機器故障；報警銷鈴；手動回零等。 PLC 的開關(guān)量輸出有 : 攪拌機、石料輸送機、沙料輸送機、水泥螺旋輸送機、水泵、添加劑螺旋輸送機、翻斗機、傳送帶等。這些信號經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。 本系統(tǒng)需要配置的 I/O 點如下 : 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 15 19 個開關(guān)量輸入 。 22 個開關(guān)量輸出。 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項目選擇了微軟公司研發(fā)的的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng) FX2n，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得它成為各種從小規(guī) 模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的方案。FX2n 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O 擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對 PLC 進行擴展。 FX2n所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。 此外， FX2n 系列 PLC 還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。 2. 編程調(diào)試軟件選擇 GX Developer 是三菱 PLC 的編程 軟件 。適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、AnS、 AnA、 FX 等全系列可 可編程控制器 。支持梯形圖、指令表、 SFC、 ST及 FB、 Label 語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫 PLC 程序功能。 GX Developer 的特點： 1. 軟件的共 通化 GX Developer 能夠制作 Q 系列， QnA 系列， A 系列（包括運動控制（ SCPU）） ,FX 系列的數(shù)據(jù) ,能夠轉(zhuǎn)換成 GPPQ,GPPA 格式的文檔。 此外，選擇 FX系列的情況下，還能變換成 FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。 2. 利用 Windows 的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word 等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標準化 (1) 標號編程 用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。 用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。 (2) 功能塊（以下，略稱作FB） FB 是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文） 16 容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時 的順序輸入錯誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡單設(shè)定和其他站點的鏈接 由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器 CPU 連接 (1) 經(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由USB (3) 經(jīng)由 MELSECNET/10(H)計算機插板 (4) 經(jīng)由 MELSECNET(Ⅱ )計算機插板 (5) 經(jīng)由 CCLink 計算機插板 (6) 經(jīng)由 Ether 計算機插板 (7) 經(jīng)由 CPU 計算機插板 (8) 經(jīng)由 AF 計算機插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。 (2) 在幫助中有 CPU 錯誤，特殊繼電器 /特殊寄存器的說明，所以對于在線中發(fā)生錯誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器 /特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠 大幅度縮短。 GX Developer 的 安裝 ：