【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。 [3] PLC 的原理 最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但兩者的運(yùn)行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線(xiàn)圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線(xiàn)路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 (2)PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出 第 10 頁(yè) 線(xiàn)圈或邏輯線(xiàn)圈被接通或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方 式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于 I/O 響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段 。 第 n 個(gè) 掃 描 周 期用 戶(hù) 程 序 執(zhí) 行輸 出 刷 新輸 入 采 樣第 ( n + 1 ) 個(gè) 掃描 周 期輸 出 刷 新輸 入 采 樣第 ( n 1 ) 個(gè) 掃描 周 期 圖 掃描周期示意圖 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入 (2)用戶(hù)程序執(zhí)行階段 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段， PLC 總是 按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控 第 11 頁(yè) 制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而 且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 [4] 一般來(lái)說(shuō)， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 上電RUN故障輸入采樣輸出刷新用戶(hù)執(zhí)行程序通訊自診斷 圖 PLC 掃描周期流程圖 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng) PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。 為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線(xiàn)路的硬邏輯并行控制， PLC 采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。 第 12 頁(yè) 以上兩個(gè)主要原因，使得 PLC 得 I/O 響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿(mǎn)的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng) 。 [12] PLC 的特點(diǎn) 可編程控制器的主要特點(diǎn) 有： (1)可靠性高 ： PLC 的 MTBF 一般在 40000～ 50000h 以上，西門(mén)子、 ABB、松下等微小型 PLC 可達(dá) 10萬(wàn) h 以上，而且均有完善的自診斷功 能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。 (2)模塊化組合靈活 ： 可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來(lái)完成不同的任務(wù)組合。 I/O 從 8～ 8192 點(diǎn)，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 (3)功能強(qiáng) ： PLC 應(yīng)用微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)單型式都具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。基本 型式再加上模擬 I/O、基本算術(shù)運(yùn)算、通信能力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴(kuò)展的計(jì)算能力、多級(jí)終端機(jī)制、智能 I/O、 PID 調(diào)節(jié)、過(guò)程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠(yuǎn)程 I/O、多處理器和高速數(shù)據(jù)處理能力。 (4)編程方便 ： PLC 適用針對(duì)工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖 (SFC)編程，不需要太多的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī) 上編程。 (5)適應(yīng)工業(yè)環(huán)境 ： PLC 的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是 PLC 產(chǎn)品的市場(chǎng)生存價(jià)值。 (6)安裝、維修簡(jiǎn)單 ： 與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比， PLC安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。使用時(shí)只要各種器件連接無(wú)誤，系統(tǒng)便可工作，各個(gè)模件上設(shè)有運(yùn)行和故障指示裝置， 便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶(hù)可以在最短的時(shí)間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對(duì)故障模件進(jìn)行修復(fù)，這對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)場(chǎng)合尤為適宜。 一些 PLC 外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上面帶有散 第 13 頁(yè) 熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無(wú)線(xiàn)電頻率 (RF 高頻 )電磁干擾、防火等。 (7)運(yùn)行速度快 ： 隨著微處理器的應(yīng)用，使 PLC 的運(yùn)行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計(jì)算機(jī)之間的差別不是很明顯。 (8)總價(jià) 格低 ： PLC 的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競(jìng)爭(zhēng)也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。 PLC 的選型 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設(shè)。 對(duì)一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)都找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)主要指它們是直流信號(hào)還是 交流信號(hào)，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類(lèi)型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類(lèi)和等級(jí)。所以一旦它們是交流 220V 的負(fù)載使用，則直流 24V的負(fù)載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出電數(shù)的浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等和種類(lèi)的負(fù)載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出 的 PLC 使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，如運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的高速輸出的情況，如運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的高速脈沖輸出，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的 PLC 了。知道這些以后，就可以定下選用多少點(diǎn)和 I/O 是什么類(lèi)型的 PLC 了。 [2] PLC 主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。如模擬量單元、顯示設(shè)定單元、位置控制單元或熱電偶單元等。 PLC 的機(jī)型選擇 (1)合理的結(jié)構(gòu)型式 第 14 頁(yè) 整體式 PLC 一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC 一般用于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場(chǎng)合。 (2)安裝方式 的選擇 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I/O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低。大型系統(tǒng)因?yàn)樗鼈兊难b置分布范圍廣，經(jīng)常采用遠(yuǎn)程 I/O 式。多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合。 (3)相當(dāng)?shù)墓δ芤? (4)響應(yīng)速度的要求 PLC 的掃描工作方式引起的延遲可達(dá) 2~3 個(gè)掃描周期。然而對(duì)于某些個(gè)別場(chǎng)合，選用具有高速度 I/O 處理功能指令的 PLC 和中斷輸入模塊的 PLC 等。 (5)系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般 PLC 的可靠性均能滿(mǎn)足，對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 [1] PLC 的容量選擇 (1)I/O 點(diǎn)數(shù) 應(yīng)該合理選用 PLC 的 I/O 點(diǎn)的數(shù)量，在滿(mǎn)足控制要求的前提下力爭(zhēng)適用的I/O 點(diǎn)最少，但必須留有一定的備用量（ 10%~15%）。 (2)用戶(hù)存儲(chǔ)容量 I/O 模塊的選擇 (1)開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇 ① 輸入信號(hào)的類(lèi)型及電壓等級(jí)的選擇 ： 常用的開(kāi)關(guān)量輸入模塊的信號(hào)類(lèi)型有三種：直流輸入、交流輸入和交流 /直流輸入。 ② 輸入接線(xiàn)方式選擇 ： 按輸入電路接線(xiàn)方式的不同，開(kāi)關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種。 [1] (2)開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 ① 輸出方式的選擇 ： 開(kāi)關(guān)量輸出模塊有三中輸出方式 ：繼電器輸出、晶體 第 15 頁(yè) 管輸出和晶閘管輸出。 ② 輸出接線(xiàn)方式的選擇 ： PLC 的輸出接線(xiàn)方式不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。 ③ 輸出電流的選擇 電源模塊及其它外設(shè)的選擇 (1)電源模塊的選擇 (2)編程器的選擇 SIMATIC S7200 簡(jiǎn)介 根據(jù)上面部分介紹的 PLC 的選型原則和現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，我們選定本設(shè)計(jì)采用的 PLC 型號(hào)為 SIMATIC S7200。下面就此型號(hào) PLC 做一初步的介紹。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性 ； 極豐富的指令集 ； 易于掌握便捷的操作 ； 豐富的內(nèi)置集成功能 ； 實(shí)時(shí)特性強(qiáng)勁的通訊能力 ； 豐富的擴(kuò)展模塊 。 [6] S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè) 備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 S7200系列 PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 CPU 供您使用。 CPU 單元設(shè)計(jì)集成的 24V 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器）， CPU 221， 222 具有 180mA 輸出， CPU 224， CPU 226 分別輸出 280， 400mA?？捎米髫?fù)載電源。不同的設(shè)備類(lèi)型 CPU 221~226 各有 2 種類(lèi)型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。本機(jī)數(shù)字量輸入 /輸出點(diǎn) CPU 221 具有 6個(gè)輸入點(diǎn)和 4 個(gè)輸出點(diǎn)， CPU 222 具 有 8 個(gè)輸入點(diǎn)和 6個(gè)輸出點(diǎn)， CPU 224 具有 14 個(gè)輸入點(diǎn)和 10 個(gè)輸出點(diǎn)。 CPU 226 具有 24個(gè)輸入點(diǎn)和 16 個(gè)輸出點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)室提供給我的 CPU 型號(hào)是 CPU 224。 本機(jī)集成 14輸入 /10 輸出共 24 個(gè)