【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，起結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大的區(qū)別。通常從組成結(jié)構(gòu)形式上將這些 PLC 分為兩類：一類是一體化整體式 PLC，另一類是結(jié)構(gòu)化模塊式 PLC。 按應(yīng)用規(guī)模及功能分類 為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入 /輸出信號(hào)數(shù)是不一樣的。一般將一路信號(hào)叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為超?。ㄎⅲ?、小、中、大、 超大等五種類型。 9 PLC 的特點(diǎn) PLC 能如此迅速發(fā)展的發(fā)展原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中的普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。它在編程中簡(jiǎn)單易學(xué)， PLC 的功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高，它的硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；工作人員維修工作量小，維護(hù)方便；體積小能耗低。 PLC 的功能及應(yīng)用 PLC 的應(yīng)用面越來(lái)越廣，主要是：一、由于微處理機(jī)芯片及有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得PLC 的成本下降；二、 PLC 的功能增強(qiáng)，能解決復(fù)雜的計(jì)算機(jī)和通信問題。目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 PLC 主要應(yīng)用在⑴、開關(guān)邏輯和順序控制⑵、模擬控制⑶、定時(shí)控制⑷、數(shù)據(jù)處理⑸信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)⑹、通信聯(lián)網(wǎng)等。最近一個(gè)時(shí)期內(nèi)， PLC 產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量一直保持平穩(wěn)上升趨勢(shì)。其一， PLC 是集三電一體化的多功能綜合自動(dòng)化裝置。所謂的三電指的是電控、電儀和電傳，這三種控制裝置常常在一個(gè)工廠、一個(gè)車間，甚至在一個(gè)工段或一臺(tái)設(shè)備上并存，卻 自成系統(tǒng)，互不往來(lái)。而只需要一臺(tái) PLC 控制設(shè)備既有邏輯控制功能，又有過程控制和運(yùn)動(dòng)控制功能，大大提高了生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，使得 PLC 在競(jìng)爭(zhēng)中居于強(qiáng)有力的地位。其二， PLC 能夠與其他工業(yè)控制產(chǎn)品很好地融合。 PLC 與 PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）的融合， PLC 與 DCS 的重疊融合，PLC 與 CNC 的融合等，都說(shuō)明 PLC 與工業(yè)控制系統(tǒng)的一致性很高。 總之， PLC 在工業(yè)控制中應(yīng)用極為廣泛，可以說(shuō)是無(wú)處不在。 第二章 PLC 與其他控制的比較 繼電器控制方案 幾十年來(lái)，繼電器控制 系統(tǒng)為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領(lǐng)域中被大量應(yīng)用（如圖 所示為工業(yè)生產(chǎn)控制流程）。繼電器控制柜是針對(duì)一定的生產(chǎn)機(jī)械、固定的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的，采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，一旦生產(chǎn)工藝過程發(fā)生改變，則控制柜必須重新設(shè)計(jì)、重新裝配 。 10 圖 繼電器控制壓鑄機(jī)的示意圖 集散控制系統(tǒng)又稱分散控制系統(tǒng)，它是專門為工業(yè)過程控 制設(shè)計(jì)的過程控制裝置。它的應(yīng)用場(chǎng)合是連續(xù)量的控制，集散控制系統(tǒng)是按用戶的程序指令工作的。在集散控制系統(tǒng)中，根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的特性采用不同的采樣速度，例如，對(duì)流量點(diǎn)的采樣周期是 1s，對(duì)溫度點(diǎn)的采樣周期是20s 等。此外，在集散控制系統(tǒng)中，可有多級(jí)優(yōu)先集中斷的設(shè)置。 圖 集散控制壓鑄機(jī)的示意圖 PLC 控制方案 PLC 由于應(yīng)用了微電子技術(shù)好計(jì)算機(jī)技術(shù)，各種控制功能都是通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此只要改變程序并改變少量的接線端子，就可適應(yīng)工藝的改變。從適 應(yīng)性、可靠性、方便性及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等各方面進(jìn)行比較， PLC 都有顯著的優(yōu)勢(shì)（如圖 所示）。因此在用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)大多數(shù)將被 PLC 取代。 輸入設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)等） 繼電器控制線路（由繼電器和連接導(dǎo)線組成） （輸出設(shè)備） 被控制的生產(chǎn)機(jī)械或生產(chǎn)過程 11 圖 壓鑄機(jī)的 PLC 控制原理圖 采用繼電器控制系統(tǒng) 邏輯工作量大，接線多 受機(jī)械觸電影響，壽命限制 環(huán)境差，會(huì)降低可靠性和壽命 更換繼電器維護(hù)費(fèi)用高 采用集散控制系統(tǒng) 不適于用于開關(guān)量的邏輯控制 不能按掃描方式工作 采樣速度不均，運(yùn)算速度較低 集散 控制所需存儲(chǔ)量較大 集散控制不夠方便、靈活 采用 PLC控制系統(tǒng) PLC 能如此迅速的的選擇發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多的優(yōu)點(diǎn)。 1 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 功能強(qiáng)，性能價(jià)格高 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 維修工作量小，維修方便 體積小、能耗低 從圖 中可以看出采用 PLC 控制后，使原來(lái)繼電器控制的大量開關(guān)量動(dòng)作 由 無(wú)觸點(diǎn)的電子線路來(lái)完成軟件程序代替了繼電器的繁雜連線 ，即方便靈活，可靠性大大提高。 由此可見， PLC 控制比繼電器控制更能較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中的普遍關(guān)心的可靠、安 12 全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中應(yīng)采用 PLC 控制。然而其控制性能與自身的功能已無(wú)法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被 PLC 所取代已是必然趨勢(shì)。 第 3章 控制對(duì)象的工藝流程說(shuō)明 金屬壓鑄機(jī)的工藝流程 金屬壓鑄機(jī)工作示意圖，如圖 所示，壓鑄機(jī)的動(dòng)作由液壓油缸推動(dòng)，執(zhí)行元件為電磁閥。其工藝流如下： 圖 臥式冷室壓鑄機(jī)工作示意圖 金屬壓鑄機(jī)工藝流程 金屬壓鑄機(jī)的工藝流程如圖 所示。 原位：模板在開模確認(rèn)位置，開模確認(rèn)限位開關(guān)閉合；洗模嘴上升歸位，噴嘴歸位限位開關(guān)閉合。 關(guān)模：有啟動(dòng)信號(hào)按下后，關(guān)模電磁閥通電，模板右移。 射出：當(dāng)模板右移到位，射出確認(rèn)限位開關(guān)閉合，射出電磁閥通電，射出活塞向左移，將金屬推進(jìn)模內(nèi)。 冷卻：射出活塞自動(dòng)歸位，射出確認(rèn)限位開關(guān)閉合，冷卻水電磁閥通電，利用冷卻水成型。 開模：延時(shí) 5S 待工件冷卻后，開模電磁閥通電，模板左移，工件自動(dòng)頂出。 洗模：模板左移到位，開模確認(rèn)限位開關(guān)閉合，噴嘴下移，洗模液電磁閥均通電，噴嘴下移并洗模液。 復(fù)位：噴嘴下移到位，噴嘴下限限位開關(guān)閉合，噴嘴上移電磁閥通電，噴嘴上升回到原位。 操作方式 13 電源QX 內(nèi)部處理 輸入處理（輸入傳送、遠(yuǎn)程 DO） 通訊服務(wù)（外設(shè)、 CPU、系統(tǒng)服務(wù)） 更新附件 特殊存儲(chǔ)器 CPU 運(yùn)行 方式 執(zhí)行程序 輸入處理 執(zhí)行自診斷 PLC 正常 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 致命 錯(cuò)誤 CPU強(qiáng)制為 STOP 14 第 4章 PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 的功能簡(jiǎn)介 S7300 功能簡(jiǎn)介 PLC 的硬件系統(tǒng)由主 機(jī)系統(tǒng)、輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成 。 PLC 的主機(jī)系統(tǒng)由微處理器單元、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、 IO 擴(kuò)展接口，外設(shè) IO接口以及電源等部分組成。各部分之間通過內(nèi)部系統(tǒng)總線進(jìn)行連接，如圖 所示。 輸入 /輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) PLC 的外部設(shè)備主要是編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等。 編程器：它是編制、調(diào)試 PLC 用戶程序的外部設(shè)備，是人機(jī)交互的窗 口。 彩色圖形顯示器：大中型 PLC 通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產(chǎn)過程的流程圖、實(shí)時(shí)過程參數(shù)、趨勢(shì)參數(shù)及報(bào)警參數(shù)等過程信息，使得現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然。 打印機(jī)： PLC 也可以配接打印機(jī)等外部設(shè)備，用以打印記錄過程參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)以及報(bào)警事故記錄表等。 PLC 還可以配置其他外部設(shè)備，例如，配置存儲(chǔ)器卡、合式磁帶機(jī)或磁盤驅(qū)動(dòng)器，用于存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；配置 EPROM 寫入器，用于將程序?qū)懭氲?EPROM 中。 圖 PLC 結(jié)構(gòu)示意圖 15 PLC 容量估算 PLC 容量包括兩個(gè)方面：一是 I/O 點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器的容量。 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 根據(jù)功能說(shuō)明書，可統(tǒng)計(jì)出 PLC 系統(tǒng)的開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)及模擬量 I/O 通道數(shù)，以及開關(guān)和模擬量的信號(hào)類型?？紤]到在前面的設(shè)計(jì)中 I/O 點(diǎn)數(shù)可能有疏漏，并考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離于接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計(jì)后得出 I/O 總點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，增加 10%～ 15%的裕量?？紤]裕量后得出 I/O總點(diǎn)數(shù)估算值，該估算值是 PLC 選型的主要技術(shù)依據(jù)?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，選定的 PLC 機(jī)型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點(diǎn)數(shù)估算值，并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和，一般應(yīng)留有30%左右的 量。 存儲(chǔ)器容量的估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理器、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用是內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù) =輸入點(diǎn)數(shù) 10 開關(guān)量輸出所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù) =輸出點(diǎn)數(shù) 8 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù) =定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器數(shù)量 2