【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近十年來(lái)， PLC的應(yīng)用面越來(lái)越廣，其主要原因是：一方面由于處理器芯片及有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得 PLC 的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增加，能解決 復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 PLC 的應(yīng)用范圍通常分成以下 5 種類型： 順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合 PLC 使用的領(lǐng)域，它用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已提供了拖動(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 ，在多數(shù)情況下， PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置，每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋３诌\(yùn)動(dòng)平滑。 相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比 CNC 裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作更方便， 過程控制 PLC 還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度等。 PID 模塊提供了使 PLC 具有了閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)， PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。 數(shù)據(jù)控制 在機(jī) 械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNC 和 NC 系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)控制。 通信控制 PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 的通信、多臺(tái) PLC 之間的通信、 PLC和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 PLC 的系統(tǒng)組成 PLC 種類繁多，但其組成和工作原理基本相同。用 PLC 實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入 /輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 。 PLC專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型 的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由 CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。 CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入 /輸出接口電路連接。 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器包括用來(lái)存放由 PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng) 工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了 PLC的性能，其內(nèi)容主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序。第二部分為用戶指令解釋程序。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序與系統(tǒng)調(diào)用。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 PLC的結(jié)構(gòu)框圖 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語(yǔ)言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來(lái)存放（記憶）用戶程序中所使用器件 ON/OFF 狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲(chǔ)器的大小關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 PLC 使用的存儲(chǔ)器類型有三種。第一種是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）；第二種是只讀存儲(chǔ)器（ ROM）；第三種是可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（ EEPROM 或 EPROM）。 輸入 /輸出模塊 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡(jiǎn)稱為 I/O 模塊。 PLC 的輸入和輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入 /輸出模塊從廣義上分包含兩部分：一是與控制設(shè)備相連接的接口電路；另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。 輸入模塊用于處理輸入信號(hào)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換等，把輸入信號(hào)的邏輯 值安全可靠地傳遞到 PLC 內(nèi)部。輸出模塊用于把用戶程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果輸出到 PLC外部，輸出模塊具有隔離 PLC 內(nèi)部電路和外部執(zhí)行元件的作用，還具有功率放大的作用。 電源模塊 PLC 一般使用 220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V、177。 12V、 24V等直流電源，使 PLC 能正常工作。 接口模塊 接口模塊用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人 – 機(jī)”或“機(jī) – 機(jī)”之間的對(duì)話， PLC 配有多種通信接口。 PLC通過接口可以與監(jiān)視器 、 打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。 編程器 編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)換為機(jī)器語(yǔ)言助記符（語(yǔ)句表）后，才能輸入。智能型的編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有 LCD 或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對(duì)話 其他部分 有些 PLC 還可配有 EPROM 寫入器、存儲(chǔ)器等其他外部設(shè)備。 PLC 的工作原理 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是 建立在計(jì)算機(jī)工作原理之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是 CPU 是以分時(shí)操作方式來(lái)處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，所以它屬于串行工作方式。 PLC 工作的全過程可用圖 所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示。 概括而言， PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。掃描周期 是 控制過程中一個(gè)比較重要的技術(shù)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，掃描周期越大，表明掃描所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，要求輸入信號(hào)的寬度 就 越大，控制周期 就 越長(zhǎng)，控制速度就要降低。 PLC 的 過程可分為三部分。第一部分為上電處理，第二部分是掃描過程，第三部分是出錯(cuò)處理。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 PLC運(yùn)行框圖 電源 ON 內(nèi)部處 理 輸入處理 (輸入傳送 \遠(yuǎn)程 I/O) 通信服務(wù) (外設(shè)、 CPU、總線服務(wù) ) 更新時(shí)鐘、特殊寄存器 執(zhí)行程序 執(zhí)行自診斷 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 CPU 強(qiáng)制為 STOP RUN STOP Y N N Y 輸出處理 致命錯(cuò)誤 PLC 正常否 CPU 運(yùn)行方式 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 輸入 /輸出信號(hào) 本控制系統(tǒng) 有 27 個(gè)輸入開關(guān)量，分別為 ： 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 1 個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)； 系統(tǒng)停止按鈕 1 個(gè) 負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止； 選擇按鈕 1 個(gè) 負(fù)責(zé)機(jī)械手自動(dòng)控制和檢測(cè)的切換； 機(jī)械手的啟動(dòng)按鈕 3 個(gè) 負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)每個(gè)機(jī)械手的啟動(dòng)； 機(jī)械手的停止按 鈕 3 個(gè) 負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)每個(gè)機(jī)械手的停止； 物品檢測(cè)開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé)檢測(cè)工作臺(tái)上是否有物品； 下降限位開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 檢測(cè) 機(jī)械手到 達(dá) 最低位置； 夾放檢測(cè)開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé)機(jī)械手夾放物品的檢測(cè)； 上升限位開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 檢測(cè) 機(jī)械手到 達(dá) 最高位置； 右旋限位開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 檢測(cè) 機(jī)械手 是否右旋轉(zhuǎn) 180176。 ； 左旋限位開關(guān) 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 檢測(cè) 機(jī)械手 是否 左旋 轉(zhuǎn) 180176。 ； 建立輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 。 表 輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 序號(hào) 名稱 電氣符號(hào) 1 總啟動(dòng)按鈕 SB1 2 總停止按鈕 SB2 3 自動(dòng) /手動(dòng)選擇按鈕 SB3 4 機(jī)械手 1 啟動(dòng)按鈕 SB4 5 機(jī)械手 1 停止按鈕 SB5 6 機(jī)械手 2 啟動(dòng)按鈕 SB6 7 機(jī)械手 2 停止按鈕 SB7 8 機(jī)械手 3 啟動(dòng)按鈕 SB8 9 機(jī)械手 3 停止按鈕 SB9 10 工作臺(tái) A物品檢測(cè)開關(guān) SQ1 11 工作臺(tái) B 物品檢測(cè)開關(guān) SQ2 12 工作臺(tái) C 物品檢測(cè)開關(guān) SQ3 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 續(xù)表 13 機(jī)械手 1 下降限位開關(guān) SQ4 14 機(jī)械手 1 夾緊檢測(cè)開關(guān) SQ5 15 機(jī)械手 1 上升限位開關(guān) SQ6 16 機(jī)械手 1 左旋限位開關(guān) SQ7 17 機(jī)械手 1 右旋限位開關(guān) SQ8 18 機(jī)械手 2 下降限位開關(guān) SQ9 19 機(jī)械手 2 夾緊檢測(cè)開關(guān) SQ10 20 機(jī)械手 2 上升限位開關(guān) SQ11 21 機(jī)械手 2 左旋限位開關(guān) SQ12 22 機(jī)械手 2 右旋限位開關(guān) SQ13 23 機(jī)械手 3 下降限位開關(guān) SQ14 24 機(jī)械手 3 夾緊檢測(cè)開關(guān) SQ15 25 機(jī)械手 3 上升限位開關(guān) SQ16 26 機(jī)械手 3 左旋限位開關(guān) SQ17 27 機(jī)械手 3 右旋限位開關(guān) SQ18 本控制系統(tǒng)由 15 個(gè)輸出電磁閥，分別為 ： 機(jī)械手下降電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的下降； 機(jī)械手夾放電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手夾放物品； 機(jī)械手上升電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的上升； 機(jī)械手右旋電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的右旋； 機(jī)械手左旋電磁閥 3 個(gè) 負(fù)責(zé) 啟動(dòng) 機(jī)械手的左旋。 建立輸 出 信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 。 表 輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表 序號(hào) 名 稱 電氣符號(hào) 1 2 機(jī)械手 1 下降電磁閥 YV1 2 機(jī)械手 1 夾放電磁閥 YV 2 3 機(jī)械手 1 上升電磁閥 YV 3 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 續(xù)表 4 機(jī)械手 1 左旋電磁閥 YV 4 5 機(jī)械手 1 右旋電磁閥 YV 5 6 機(jī)械手 2 下降電磁閥 YV 6 7 機(jī)械手 2 夾放電磁閥 YV 7 8 8 機(jī)械手 2 上升電磁閥 YV 8 9 機(jī)械手 2 左旋電磁閥 YV 9 10 機(jī)械手 2 右旋電磁閥 YV 10 11 機(jī)械手 3 下降電磁閥 YV 11 12 機(jī)械手 3 夾放電磁閥 YV 12 13 機(jī)械手 3 上升電磁閥 YV 13 14 機(jī)械手 3 左旋電磁閥 YV 14 15 機(jī)械手 3 右旋電磁閥 YV 15 PLC 的選型 目前，世界上有 200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的 AB、通用（ GE）、日本的三菱（ MITSBISHI）、歐姆龍（ OMRON）、德國(guó)的西門子（ SIMENS）、法國(guó)的 TE、韓國(guó)的三星（ SUMSUNG）、 LG 等。 本文選擇的是德國(guó)的西門子公司生產(chǎn)的 S7–200PLC。 S7– 200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 的一樣，因此它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是 S7– 200CPU22*系列 PLC，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（ HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，其速度快，具有極強(qiáng)的通信能力，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。 CPU22*系列 PLC 它有如下五種不同結(jié)構(gòu)的配置單元： CPU221，它具有 6輸入 /4輸出， I/O 共計(jì) 10點(diǎn)，無(wú)擴(kuò)展能力； CPU222，它具有 8輸入 /6輸出， I/O 共計(jì) 14點(diǎn)，并可以進(jìn)行一定的模擬量控制和 2個(gè)模塊的擴(kuò)展； CPU224，它具有 14點(diǎn)輸入 /10點(diǎn)輸出， I/O 點(diǎn)數(shù)共計(jì) 24點(diǎn)，它有七個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 CPU226，它具有 24輸入 /16輸出， I/O 共計(jì) 40點(diǎn)，與 CPU224相比，它增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)； CPU226XM，這是西門子公司后推出的一種增強(qiáng)型主機(jī)，它在用戶程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展