【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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）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。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)，華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 13 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）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。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。 （ 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。 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，可編程控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程控制器的性能價(jià)格比的不斷提高，過去很多使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合也可以使用可編程控制器 ?？删幊炭刂破鞯膽?yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （ 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng) 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。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 14 （ 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)配置來說，早期直接用于開關(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。世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有 運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （ 4）過程控制 過程控制是指對(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。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （ 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，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、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 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接 口，通信非常方便。 可編程控制器的主要技術(shù)性能 可編程控制器的性能指標(biāo)較多，不同廠家的可編程控制器產(chǎn)品技術(shù)性能各不相同，各有特色。通?？梢杂靡韵聨追N性能指標(biāo)進(jìn)行描述。 （ 1） 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器組成控制系統(tǒng)時(shí)所能接入的輸入輸出信號(hào)華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 15 的最大數(shù)量，即可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)。它他表示可編程控制器組成控制系統(tǒng)時(shí)可能的最大規(guī)模。通常，在總點(diǎn)數(shù)中，輸入點(diǎn)數(shù)大于輸出點(diǎn)數(shù)，且輸入與輸出點(diǎn)不能相互替代。 （ 2） 掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需的時(shí)間來衡量，單 位為毫秒 /千步。也有以執(zhí)行一步指令時(shí)間計(jì)，單位為微秒 /步。 （ 3） 存儲(chǔ)器容量 可編程控制器的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分。可編程控制器產(chǎn)品中可供用戶的是用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 可編程控制器中程序指令是按“步”存放的，一“步”占用一個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元一般占用兩個(gè)字節(jié)。如存儲(chǔ)容量為 1000 步的可編程控制器，其存儲(chǔ)容量為 2K 字節(jié)。 （ 4） 編程語言 可編程控制器采用梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語言描述等編程語言。不同的可編程控制器產(chǎn)品可能擁 有其中一種、兩種或全部的編程方式。常用三種編程方式：梯形圖（ LAD），布爾助記符（ STL），功能模塊圖（ SFC）。 （ 5） 指令功能 可編程控制器的指令種類越多，則其軟件的功能就越強(qiáng)，使用這些指令完成一定的控制目標(biāo)的就越容易。 此外，可編程控制器的可擴(kuò)展性、使用條件、可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等性能指標(biāo)也是用戶在選擇可編程控制器時(shí)須注意的指標(biāo)。 第二章 控制系統(tǒng)工作原理 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理 下圖 22 是 YT4543 型動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖。這個(gè)系統(tǒng)用限壓式變量葉片泵供油 ，用電液閥換向，用行程閥實(shí)現(xiàn)快進(jìn)速度和工作速度的切換，用調(diào)速閥使進(jìn)給速度穩(wěn)定。該液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種自動(dòng)工作循環(huán)，如 下圖 21 所示。 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 16 圖 21 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 17 圖 22 現(xiàn)以二次工進(jìn)帶死擋鐵停留的自動(dòng)工作循環(huán)為例，對(duì)其油路進(jìn)行分析。 1) 快進(jìn) 按下起動(dòng)按鈕，電磁鐵 1DT 通電吸合，控制油路進(jìn)油路線為：泵 1 經(jīng)電磁先導(dǎo)閥 5 左位、單向閥 13，進(jìn)入液動(dòng)閥 4 的左端油腔，液壓閥芯向右移動(dòng)；控制油路回油則從液動(dòng)閥 4 的右 端油腔經(jīng)節(jié)流器 16 和閥 5 的左位回油箱。液動(dòng)閥處于左位。主油路進(jìn)油路為：泵 1→單向閥 11→液動(dòng)閥 4 左位→行程閥 9（常態(tài)華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 18 位）→液壓缸左腔（無桿腔）?；赜吐窞椋阂簤焊子仪弧y 4 左位→單向閥 12→閥 9→液壓缸左腔。由于動(dòng)力滑臺(tái)空載，系統(tǒng)壓力低，液控順序閥 3 關(guān)閉，液壓缸成差動(dòng)連接，且變量泵 1 有最大的輸出流量，滑臺(tái)向左快進(jìn)（活塞桿固定，滑臺(tái)隨缸體向左運(yùn)動(dòng)）。 2) 第一工進(jìn) 快進(jìn)到一定位置，滑臺(tái)上的行程擋塊壓下行程閥 9，使原來通過閥 9 進(jìn)入液壓缸無桿腔的油路切斷。此時(shí)閥 8 電磁鐵 3DT 處于斷電狀態(tài)，調(diào)速閥 6 接 入系統(tǒng)進(jìn)油路，系統(tǒng)壓力升高。壓力的升高一方面是液控順序閥 3 打開，另一方面使限壓式變量泵的流量減小，直到與經(jīng)過調(diào)速閥 6 后的流量相同為止。這時(shí)進(jìn)入液壓缸無桿腔的流量由調(diào)速閥 6 的開口大小決定。液壓缸有桿腔的油液則通過液動(dòng)閥 4 后經(jīng)液控順序閥 3 和背壓閥 2 回油箱（兩側(cè)的壓力差使單向閥 12 關(guān)閉）。液壓缸以第一種工進(jìn)速度向左運(yùn)動(dòng)。 3) 第二工進(jìn) 當(dāng)滑臺(tái)以第一工進(jìn)速度行進(jìn)到一定位置時(shí)，擋塊壓下行程開關(guān)，使電磁鐵3DT 通電，經(jīng)閥 8 的通路被切斷。此時(shí)油液需經(jīng)調(diào)速閥 6 與 7 才能進(jìn)入液壓缸無桿腔。由于閥 7 的開口比閥 6 小，滑臺(tái)的速度 減小，速度大小由調(diào)速閥 7 的開口決定。 4) 死擋鐵停留 當(dāng)滑臺(tái)以第二工進(jìn)速度行進(jìn)到碰上死擋鐵后，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。液壓缸有桿腔壓力升高，壓力繼電器 YJ 發(fā)出信號(hào)給時(shí)間繼電器，使滑臺(tái)在死擋鐵上停留一段時(shí)間后再開始下一動(dòng)作?；_(tái)在死擋鐵上停留，主要是為了滿足加工端面或臺(tái)肩孔的需要，使其軸向尺寸精度和表面光潔度達(dá)到一定要求。當(dāng)滑臺(tái)在死擋鐵上停留時(shí)，泵的供油壓力升高，流量減少，直到限壓式流量泵流量減少到僅能滿足補(bǔ)償泵和系統(tǒng)的泄漏量為止。這時(shí)處于需要保壓的流量卸荷狀態(tài)。 5) 快退 當(dāng)滑臺(tái)在死擋鐵上停留一段時(shí)間（由 時(shí)間繼電器調(diào)整）后，時(shí)間繼電器發(fā)出使滑臺(tái)快退的信號(hào)。此時(shí)電磁鐵 1DT 斷電， 2DT 通電，閥 5 和閥 4 處于右位。主油路進(jìn)油路為：泵 1→閥 11→液動(dòng)閥 4 右位→液壓缸右腔；回油路為：液壓缸左腔→單向閥 10→閥 4 右位→油箱。由于此時(shí)為空載，系統(tǒng)壓力很低，泵 1 輸華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 19 出的流量最大，滑臺(tái)向右快退。 6) 原位停止 當(dāng)滑臺(tái)快退到原位時(shí)，擋塊壓下原位行程開關(guān)，使電磁鐵 1DT、 2DT 和 3DT都斷電，閥 5 和閥 4 處于中位，滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，泵 1 通過閥 YJ 中位卸荷（注意，這時(shí)系統(tǒng)處于壓力卸荷狀態(tài)）。 表 23 是該系統(tǒng)電磁鐵，行程閥和壓力 繼電器 YJ 的動(dòng)作順序表。 元件 動(dòng)作 1DT 2DT 3DT YJ 行程閥 9 快進(jìn)（差動(dòng)） 十 一 一 一 導(dǎo)通 一工進(jìn) 十 一 一 一 切斷 二工進(jìn) 十 一 十 一 切斷 死擋鐵停留 十 一 十 十 切斷 快退 一 十 177。 一 切斷→導(dǎo)通 原位停止 一 一 一 一 導(dǎo)通 注：電磁鐵吸合標(biāo)“＋”，電磁鐵斷開標(biāo)“－”。 可編程控制器的工作原理 可編程控制器的基本組成 可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊炭刂破髦饕?CPU（中央處理單元）、儲(chǔ)存器（ RAM 和 EPROM）、輸入 /輸出模塊（簡(jiǎn)稱為 I/O 模塊）、編程器和電源五大部分組成。 可編程控制器的基本原理 可編程控制器是一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但它的工作方式與微型計(jì)算機(jī)有很大的不同。微型計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如鍵盤掃描方式或 I/O掃描方式，當(dāng)有鍵按下或有 I/O 動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序去處理。也有的是去查詢某一變量，并據(jù)此決定下一步的操作。但 PLC 要查看的變量（輸入信號(hào)）太多，采用這種等待查詢的方式已不能滿足要求。因此 PLC 采用了不斷循環(huán)的工作方式，在每 一次循環(huán)中采樣所有發(fā)輸入信號(hào)。從 PLC 整個(gè)系統(tǒng)的工作過程來說，它要經(jīng)過一系列操作。為此，先要介紹 PLC 的系統(tǒng)工作過程，然后再詳細(xì)分析PLC 的循環(huán)掃描工作方式及與工作過程有關(guān)的一些問題。 華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 20 PLC 的系統(tǒng)工作過程 PLC 在運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致包括以下 4 方面內(nèi)容：初始化處理；系統(tǒng)自診斷；通信服務(wù)；現(xiàn)場(chǎng) I/O 數(shù)據(jù)處理與執(zhí)行用戶程序。 PLC 的整個(gè)工作過程可用圖 24 表示。 從圖 24 看出 PLC 接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前，首先要進(jìn)行初始化處理。包括確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作，檢查 I/O 單元連接是否正確；進(jìn)行清零或復(fù)位處理，以清除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性；系統(tǒng)自監(jiān)測(cè)，在執(zhí)行一段涉及各種指令和內(nèi)存單元的程序，如果超時(shí)則停止 CPU 工作，如果 PLC自身完好，則允許進(jìn)入循環(huán)掃描工作。 在每次掃描前，又一次自診斷，檢查硬件和用戶程序存儲(chǔ)器等。若發(fā)現(xiàn)故障，置位有關(guān)錯(cuò)誤標(biāo)志，再判斷一下故障性質(zhì)：一般性故障，只報(bào)警而不停機(jī)，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序。 PLC 切斷一切輸出聯(lián)系。 圖 24 中的通信服務(wù)指的是與編程器、 PLC 的其他外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)（配置有網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)）等進(jìn)行信息交換。 當(dāng) CPU 處于 STOP（停止）方式時(shí)，掃描過程只執(zhí)行上訴三方面操作。當(dāng)CPU 處于 RUN（運(yùn)行）方式時(shí)，則要完成聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù) I/O 操作與執(zhí)行用戶程序的操作。這是 PLC 完成控制任務(wù)的核心部分，將在下面介紹。 所謂掃描周期是指在正常循環(huán)掃描時(shí)，從掃描過程中的一點(diǎn)開始，經(jīng)過順序掃描又回到該點(diǎn)所需要的時(shí)間稱為掃描周期。 PLC 運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長(zhǎng)短華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文 21 與 CPU 的運(yùn)算速度有關(guān)，與 I/O 點(diǎn)的情況有關(guān)，與編程