【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(jì)及模擬調(diào)試 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件組裝 通電實(shí)驗(yàn) 正確？ 符合控 制要求？ 聯(lián)機(jī)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(jì)（論 文） 11 圖 22 PLC 循環(huán)掃描工作方式 這個(gè)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(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)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(shí)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(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)操作等內(nèi)容。在 PLC 處于運(yùn)行 (RUN)狀態(tài)時(shí)，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(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，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(yùn)行方式 更新時(shí)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(cuò)誤結(jié)果 致命錯(cuò)誤 ? CPU 強(qiáng)制為 STOP 2 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)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(shí)， 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(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中，對每個(gè)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(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 的掃描既可按固定的順序進(jìn)行，也可按用戶程序所指定的可變順序進(jìn)行。這不僅因?yàn)橛械某绦虿恍枰繏呙枰淮尉蛨?zhí)行一次，而目也因?yàn)樵谝恍┐笙到y(tǒng)中需要處理的 I/O 點(diǎn)數(shù)多，通過安排不同的組織模塊，采用分時(shí)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(shí)時(shí)響應(yīng)性。 循環(huán)掃描的工作方式是 PLC 的一大特點(diǎn)，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(diǎn)競爭和時(shí)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(gè)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(gè)掃描周期。換言之，輸入輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。 掃描周期是 PLC 一個(gè)很重要的指標(biāo)，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(shí)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(jì)（論 文） 13 秒級的掃描時(shí)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(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減少滯后時(shí)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(diǎn)的慣性 。程序執(zhí)行的時(shí)間 。程序設(shè)計(jì)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(jìn)行 PLC 選型時(shí)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮 : 1)I/O 點(diǎn)數(shù)問題 當(dāng)控制對象 I/O 點(diǎn)在 60 點(diǎn)之內(nèi)， I/O 點(diǎn)數(shù)比為 3:2 時(shí)選用整體式 (小型 )PLC 較為經(jīng)濟(jì) 。當(dāng)控制對象 I/O 點(diǎn)在 100300 點(diǎn)左右，選用中小型模塊式的較為合理 。當(dāng)控制對象 I/O 點(diǎn)在 500 點(diǎn)以上時(shí)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的通信模塊可供選擇。 4)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間問題 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(shí)間為 1020ms/kb。中型 PLC 掃描時(shí)間在 10ms/kb 以下 。大型 PLC掃描時(shí)間在 1 ms/kb 以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(jì)（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(jì)算方法是 :I/O 點(diǎn)數(shù) 8( 開關(guān)量 )+100模擬量通道數(shù) ( 模擬量 )+120(1+采樣點(diǎn)數(shù) )(多路采樣控制 )。進(jìn)行 PLC 選型時(shí)，不要盲目地追求過高的性能指標(biāo)。另 外， I/O 點(diǎn)數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實(shí)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(jìn)行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及到如下幾個(gè)問題 : ①外部接線方式問題。 I/O 模塊一般分為獨(dú)立式、分組式和匯點(diǎn)式。通常，獨(dú)立式的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)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(diǎn)數(shù)問題。前面所說，點(diǎn)數(shù)是影響 PLC 選型的重要因素，同樣在進(jìn)行 I/O 模塊的選型時(shí)也必須根據(jù)具體點(diǎn)數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)?I/O 模塊。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均價(jià)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(jìn)行開關(guān)量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)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(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求及要求輸出的電壓等級進(jìn)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(zhǔn)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(jī)（翻斗門）的上限位、下限位；沙料箱、石料箱閘門開關(guān) 。各種機(jī)器故障；報(bào)警銷鈴；手動(dòng)回零等。 PLC 的開關(guān)量輸出有 : 攪拌機(jī)、石料輸送機(jī)、沙料輸送機(jī)、水泥螺旋輸送機(jī)、水泵、添加劑螺旋輸送機(jī)、翻斗機(jī)、傳送帶等。這些信號經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本系統(tǒng)需要配置的 I/O 點(diǎn)如下 : 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文） 15 19 個(gè)開關(guān)量輸入 。 22 個(gè)開關(guān)量輸出。 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)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(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)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(jì)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(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對 PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。 FX2n所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，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(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。 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(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)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(diǎn)： 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(yùn)動(dòng)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(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 (1) 標(biāo)號編程 用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)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(shí)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(jì)（論 文） 16 容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí) 的順序輸入錯(cuò)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(diǎn)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(jì)算機(jī)插板 (4) 經(jīng)由 MELSECNET(Ⅱ )計(jì)算機(jī)插板 (5) 經(jīng)由 CCLink 計(jì)算機(jī)插板 (6) 經(jīng)由 Ether 計(jì)算機(jī)插板 (7) 經(jīng)由 CPU 計(jì)算機(jī)插板 (8) 經(jīng)由 AF 計(jì)算機(jī)插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進(jìn)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(cuò)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(cuò)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(cuò)誤況時(shí)，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠 大幅度縮短。 GX Developer 的 安裝 ：