【文章內(nèi)容簡介】 磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。編程器是開發(fā)、維護PC自動控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序,也用以監(jiān)視PC的工作情況。2． 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器對用戶程序的執(zhí)行過程采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點的狀態(tài),按用戶程序進行運算處理,然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。為了提高運行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,PC(在每次掃描期間,還進行故障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個階段。（1）自診斷階段。PC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動關(guān)機程序,保留現(xiàn)場的工作狀態(tài),把所有的輸出點置成“OFFamp?！睜顟B(tài)后停機,并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。（2）與編程器等通訊階段。自診斷后,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請求,若有則進行相應(yīng)處理。（3）讀入現(xiàn)場信號階段。完成和外界通訊后,PC即開始掃描各輸入點,讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氲酱鎯ζ鞯臓顟B(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時使用。因此該階段也稱輸入采樣階段。（4）執(zhí)行用戶程序階段。一般是從用戶程序存儲器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。在無中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。直到用戶程序結(jié)束或用戶程序的末地址為止。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。（5）輸出控制信號階段。PC在執(zhí)行用戶程序的同時,更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號,把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號變換成與執(zhí)行機構(gòu)相適應(yīng)的電信號輸出,驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)完成控制任務(wù)。依次完成上述五步操作,稱為一個掃描周期,之后PC又從自診斷開始進行下一次掃描。就這樣不斷反復(fù)循環(huán),完成生產(chǎn)的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。由于PC,采用了反復(fù)掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場的機器需要反復(fù)執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以與機器的動作一一對應(yīng),直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動化的領(lǐng)先技術(shù)。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域隨著科學技術(shù)的不斷進步，PLC在自動控制技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要（1）開關(guān)邏輯控制開關(guān)邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機床的電氣控制、電動機的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。（2）閉環(huán)過程控制早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。AB公司的1771CFM可組態(tài)流量計模塊，可用于電力管理、自動化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測試和控制。此外，還有1771QH力矩控制模塊、1771TCM溫度控制模塊等。GE公司的PROLOOP過程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動調(diào)試的三種方式。（3）機械加工的數(shù)字控制 PLC和機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機數(shù)控（CNC）組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM112系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預(yù)言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。（4）機器人控制隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的形成，工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，機器人的控制同樣可用PLC來實現(xiàn)，如美國JEEP公司焊接自動生產(chǎn)線上使用的29個機器人，每臺都用一個PLC控制。（5）構(gòu)成多級分布式控制系統(tǒng)隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國外正在興起工廠自動化（FA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級分布式控制系統(tǒng)，并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。多級分布式控制系統(tǒng)一般分為四級：第一級為實時控制，主要是順序控制；第二級為協(xié)調(diào)控制，用于協(xié)調(diào)各種機械的配合問題；第三極為PLC的裝入、管理數(shù)據(jù)的采集與之調(diào)度；第四極為數(shù)據(jù)處理，由上位計算機處理各種數(shù)據(jù)。 可編程序控制器與計算機之間的通信確定了PLC的型號，還要考慮到PLC為計算機通信的問題。由于設(shè)計者的水平和設(shè)計要求等其他的原因，在此設(shè)計中并為牽涉PLC為計算機通信，只在此稍作敘述。在工程自動化中，計算機的通信功能作為各級之間接口是十分必要的。可編程序控制器與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的綜合系統(tǒng)，可使可編程序控制器與計算機互補功能的不足。對于控制，可編程序控制器對現(xiàn)場，對設(shè)備都極為方便，對打印圖表，圖形顯示，中文輸出就遜色一些，而這些功能正是計算機的特長?？删幊绦蚩刂破髋c計算機聯(lián)網(wǎng)時，計算機通常僅用于編程，修改參數(shù)，系統(tǒng)管理方面，而不直接參與控制過程，而可編程序控制器在第一線脫機運行，即使計算機發(fā)生故障，也不會影響生產(chǎn)過程的正常運行?？删幊绦蚩刂破髋c計算機之間的通信一般是通過RS－485口和RS－232C口進行的，信息交換的方式為字符串方式，運用RS－485和RS－232C通信，容易配置一個與計算機進行通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程序控制器送入計算機，由計算機采集這些數(shù)據(jù)，進行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值，從而實現(xiàn)計算機對可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令格式就能很方便地與計算機聯(lián)機，可以這樣說，凡具有RS－232口并能輸入輸出字符串地計算機都可以用于通信。為了適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)，幾乎所有地PLC都開發(fā)了與計算機通信的接口，例如S7－200系列PLC上都配備有專用于RS－485通信的標準插座?？删幊炭刂破髋c計算機通信的形式有多種多樣，如(1)PC/PPI網(wǎng)絡(luò)，利用西門子公司的PC/PPI電纜，將S7－200系列PLC與裝有STEP 7 Micro/WIN軟件的計算機連接起來，可方便地組成PC/PPI網(wǎng)絡(luò)。（2）多主機網(wǎng)絡(luò)。（3）令牌網(wǎng)絡(luò)。它是多主機網(wǎng)絡(luò)的一種特殊情況。（4）DP網(wǎng)絡(luò)。在S7－200系列PLC中，只有CPU215支持DP協(xié)議，且只能作從機使用。 第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計 使用可編程序控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖所示，與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設(shè)計代替了原來的硬件邏輯設(shè)計。在本設(shè)計中的銑床控制系統(tǒng)的設(shè)計中應(yīng)考慮的因素有：（1）系統(tǒng)組成方案與網(wǎng)絡(luò)通信方式；（2）系統(tǒng)總的I/O點數(shù)。以此選擇PLC框架個數(shù)和I/O模塊數(shù)量；（3）控制系統(tǒng)的工藝流程，復(fù)雜程度。根據(jù)控制的復(fù)雜程度選定存儲器容量；（4）輸入/輸出設(shè)備規(guī)格。包括控制信號類型、大小，負載設(shè)備的性質(zhì)。以此確定輸入/輸出模塊類型；（5）CPU選擇。由存儲器容量、輸入/輸出點數(shù)和模塊類型、運算功能和運算速度等因素選擇合適的PLC機型；（6）根據(jù)輸入信號和輸出控制設(shè)備類型，選擇合適的I/O模塊；（7）按照模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法設(shè)計系統(tǒng)程序；硬件設(shè)計分析控制要求軟件設(shè)計確定I/O設(shè)備選擇PLC分配I/O點數(shù)繪制流程圖I/O接線圖的設(shè)計控制面板的設(shè)計主電路的設(shè)計設(shè)計梯形圖繪制程序指令表輸入程序并檢測調(diào)試試試選擇外部設(shè)備在保證系統(tǒng)性能和可靠性的前提下，組成性能價格比高的控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)總體思路如圖（1）所示： 圖1控制系統(tǒng)設(shè)計步驟銑床生產(chǎn)流程及控制系統(tǒng)構(gòu)成 普通銑床由銑刀盤、液壓泵、潤滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。自動操作過程是由按鈕和限位信號控制電機和電磁閥來完成。銑床工作流程見圖2，PLC控制系統(tǒng)框圖見圖3。圖2銑床工作流程圖 圖3 PLC控制系統(tǒng)圖第4章 硬件設(shè)計PLC工作可靠，抗干擾能力強，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實現(xiàn)的復(fù)雜控制，可充分利用PLC軟件，使電器控制嚴格執(zhí)行互鎖，對許多涉及安全問題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應(yīng)盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。PLC硬件應(yīng)用的要求：要應(yīng)用好PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求：（1） 物理環(huán)境 環(huán)境溫度：0～60℃，最好40℃，在PLC安裝處，要安裝一個通風排氣扇散熱。環(huán)境濕度：一般在35％～85％以下并無凝結(jié)現(xiàn)象。止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進行封閉。免PLC主機直接受到震動或撞擊，遠離震動、沖擊源。（2）電氣環(huán)境音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠離帶噪音的電磁開關(guān)等。磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。 可編程序控制器PLC的選型從以上PLC的出現(xiàn)到PLC的發(fā)展過程，以及其自身的特點和與繼電器控制邏輯的比較，都充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的必然。在實際中適用于工程應(yīng)用的可編程序控制器種類繁多，性能各異，可編程序控制器PLC的選用在應(yīng)用設(shè)計的開始即可根據(jù)工藝提供的資料及控制要求等預(yù)先進行。一般可以從以下幾個方面來考慮： 可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)及控制方式的選擇根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點的平均價格比比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴展方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務(wù)，在判斷故障范圍和維修時更換模塊等也很方便。因此較復(fù)雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應(yīng)、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制等特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊I/O模塊的可編程序控制器計數(shù)，也可以選用內(nèi)置相應(yīng)功能的整體式可編程序控制器。控制方式可分為獨立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統(tǒng)的設(shè)計中采用了兩臺PLC控制，按其所要完成的任務(wù)，設(shè)計中采用的是集中式控制方式。 CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標，也是機械選擇時首要考慮的問題。實際上I/O點數(shù)，響應(yīng)速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點提出，這里只說明除此之外的CPU能力?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應(yīng)包括處理器的個數(shù)，根據(jù)處理器的個數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲器的性能，存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。它應(yīng)包括存儲器的最大容量，可擴展性，存儲器的種類。存儲器的容量選擇在下一點將單獨提出，存儲器擴展性和種類多少則體現(xiàn)了系統(tǒng)構(gòu)成的方便和靈活；中間標志，計時器和計數(shù)器的能力，這一性能實際上也體現(xiàn)了軟件功能。中間標志的多少和類型對系統(tǒng)的使用性能具有一定關(guān)系，如果構(gòu)成的系統(tǒng)龐大，控制功能復(fù)雜，就需要較多的中間標志。對于計時器和計數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計時和計數(shù)范圍。其它的性能參數(shù)，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時間等?？傊?，CPU的能力是一種綜合的性能指標，而且要根據(jù)實際需要進行選擇，以滿足工作應(yīng)用的要求。 I/O點數(shù)的確定I/O點數(shù)是可編程序控制器的一個簡單明了的性能參數(shù)，也是應(yīng)用計算機賽最直接的參數(shù)。在機型選擇時必須注意一下問題：產(chǎn)品手冊上給出的最大I/O點數(shù)的確卻含義，由于各公司的習慣不同，所給出的最大I/O點數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時I/O總點數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊上給出的點數(shù)是輸入點數(shù)和輸出點數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點數(shù)和最大輸出點數(shù)。要分清模擬量I/O點數(shù)和數(shù)字量I/O點的關(guān)系。有的產(chǎn)品模擬量I/O點數(shù)要占數(shù)字量I/O點數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨立給出且互相并無影響。遠程I/O的考慮，對于較大的控制系統(tǒng)，控制對象較為分散，一般都要采用遠程I/O，在選擇機型時，要注意可編程序控制器是否具有遠程I/O的能力和能驅(qū)動遠程I/O點數(shù)。智能I/O的考慮，在機型選擇考慮I/O點數(shù)的同時，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解決高速計數(shù)，閉環(huán)控制等特殊的控制功能。I/O點數(shù)的余量，無論如何，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中要留有充分的I/O點數(shù)作為備用，這主要時基于二方面的考慮，一是系統(tǒng)設(shè)計的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整，控制功能增加，就要全部推翻原有設(shè)計好的系統(tǒng)，造成不必要的損失；二是手冊上給出的最大I/O點數(shù)都是在理想情況下獲得的參數(shù)，一旦滿負荷運行，就要影響整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來不良的影響，為了保證所設(shè)計的控制系統(tǒng)的正常運行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計時，建議根據(jù)實際I/O點數(shù)留有20％～30％的余量。 響應(yīng)速度對于數(shù)字量控制為主的工程應(yīng)用項目，可編程序控制器的響應(yīng)速度都可滿足實際需要，不必給以特殊的考慮。對于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)則必須考慮可編程序控制器的響應(yīng)速度。考慮響應(yīng)速度主要是從二個方面考慮。一是可編程序控制器程序的語句處理時間，另一個是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊上都給出語句處理時間，而且是以處理1K的語句所需時間計算的。在實際應(yīng)用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時間是不同的，有的產(chǎn)品中給出每條指令的處理時間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時間，而系統(tǒng)中實際運行的掃描周期則與系統(tǒng)所連接設(shè)備的多少和應(yīng)用軟件的多少及復(fù)雜程序有關(guān)。在機型選擇時還應(yīng)該注意最大的掃描周期是否可以重新設(shè)定，如果可以重新設(shè)定，適應(yīng)性則更強。在有個特殊響應(yīng)速度要求的情況下，還要考慮系統(tǒng)中斷處理和直接控制I/O功能，這些功能可以隨時處理，而不變掃描周期的限制，當然這些功能都是有一定的具體要求的，有的也與系統(tǒng)硬件配置有關(guān)。整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度還與輸入輸出有關(guān)，因為任何輸入輸出模板都