【文章內(nèi)容簡介】 編程器 ： PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的工具 。 可分為 簡單型 ，即 只能聯(lián)機(jī)編程；只能用指令清單編程 。 智能型 ，即 既可聯(lián)機(jī)（ Online），也可脫機(jī)（ Offline）編程；可以采用指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。?？芍苯右噪娔X作為編程器，安裝相關(guān)的編程軟件編程 。 作用：用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視 。例如 通過鍵盤和顯示器去檢測(cè) PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù) ，或者 通過通訊端口與 CPU 聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)與 PLC 的人機(jī)對(duì)話 。 注意：編程器不直接加入 現(xiàn)場控制運(yùn)行。一臺(tái)編程器可開發(fā)、監(jiān)護(hù)許多臺(tái)PLC 的工作。 其他外設(shè)：磁盤、光盤、 EPROM 寫入器（用于固化用戶程序）、打印機(jī)、圖形監(jiān)視系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)等等。 ： 內(nèi)部 電源： 開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電。 外部 電源： 可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。 朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 PLC程序的表達(dá)方式 由 PLC 的工作原理可知： PLC 是以程序的形式進(jìn)行工作的，為此，需要把控制任務(wù)變 換為程序表達(dá)。 PLC 的程序表達(dá)方法非常靈活，目前常用的表達(dá)方法有四種：梯形圖、指令、邏輯功能圖和高級(jí)語言。下面對(duì)這些表達(dá)方法作簡要說明。 梯形圖 梯形圖是一種圖形語言，它與傳統(tǒng)的繼電器電路非常相似，它仍沿用繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語，所不同的是，梯形圖中每個(gè)元件的名稱和編號(hào)有PLC 的特別規(guī)定；同一編號(hào)繼電器的觸點(diǎn)（既有常開又有常閉）可以根據(jù)需要無限引用；所有觸點(diǎn)及其構(gòu)成的控制回路都是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)其功能的，并無實(shí)際連線；此外梯形圖中所有的輸出元素都是安排在右側(cè)與母線相連，圖中每包含一個(gè)被控元 素的邏輯段稱為一個(gè)梯級(jí)。梯形圖中繼電器的線圈、常開觸點(diǎn)及常閉觸點(diǎn)符號(hào)常用 下圖 中的符號(hào)表示。梯形圖比較形象、直觀，對(duì)于熟悉繼電器控制表達(dá)方式的人來說，很容易接受。在 PLC 中，它是用得最 多的一種程序表達(dá)方式。 圖 31 梯形圖符號(hào) 指令（語句表） 指令就是用助記符來表達(dá) PLC 的各種功能，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言 ，但又較之簡單得多。這種程序表達(dá)方式，編程設(shè)備簡單，邏輯緊湊，目前各種 PLC均有指令的編程功能。 邏輯功能圖 這種方式基本上是采用半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖來表達(dá)的。對(duì)每一種邏輯功能都使用一個(gè)運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號(hào)確定。常用 “ 與 ” 、“ 或 ” 、 “ 非 ” 三種邏輯功能表達(dá)控制邏輯。有關(guān)的輸入均畫在方塊的左邊，輸朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 出畫在方塊的右邊。對(duì)于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的人來說，用這種方式編程感到較方便。 高級(jí)語言 大型 PLC 中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、完成 PID 調(diào)節(jié)等較為復(fù)雜的控制。也采用BASIC、 PASCAL 等高級(jí)語言編程。目前，各類型 PLC 都具有兩種或兩種以上編程語言，其中以梯形圖和指令較為常用。 PLC的工作方式 PLC 的工作方式是一種串行循環(huán)工作方式。其工作過程分三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。當(dāng) PLC 開始上電運(yùn)行時(shí)，首先清除 I/O 映像區(qū)的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，確認(rèn)正常后開始掃描。對(duì)每個(gè)程序， CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直到遇到結(jié)束符后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。 1．輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2．程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是 否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。 3．輸出刷新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里， PLC 將輸出映朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 因此， PLC 在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng) PLC 進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖， 直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。 對(duì)于小型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使 PLC 工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間 與外部輸入 /輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 而對(duì)于大中型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能 I/O 接口等多種方式。 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 如果被控制對(duì)象環(huán)境較差，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，且輸入 /輸出量以開光亮為主，則考慮用 PLC 控制系統(tǒng)。若控制簡單，如電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)，就可考慮用繼電器控制系統(tǒng)。 用 PLC 控制，首先要了解體統(tǒng)的工作過程 以及所有功能要求，從而分析被控對(duì)象的控制過程，輸入 /輸出量是開光量還是模擬量，明確控制要求，繪制出控制系統(tǒng)的流程圖 PLC 機(jī)型 一般來說， PLC 在可靠性上是沒有問題的，機(jī)型的選擇主要是考慮在功能上滿足系統(tǒng)的要求。 朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 要對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行估測(cè)：有多少輸入量、電壓分別是多少、有多少輸出量、輸出功率有多大、現(xiàn)場對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度有何要求、控制室與現(xiàn)場的距離有多遠(yuǎn)等。 I/O 設(shè)備，列出 I/O 地址分配表 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等輸入設(shè)備和接觸器、電磁閥、信號(hào)燈等輸出設(shè)備的型號(hào)和 數(shù)量。 根據(jù) PLC 型號(hào)，列出輸入 /輸出設(shè)備與 PLC 的 I/O 地址對(duì)照表，以便繪制接線圖及編程。 分配 I/O 地址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： (1)把所有按鈕、行程開關(guān)等集中配置，按順序分配 I/O 地址； (2)每個(gè) I/O 設(shè)備占用一個(gè) I/O 地址； (3)同一類別的 I/O 設(shè)備點(diǎn)應(yīng)盡量安排在同一區(qū)； (4)彼此有關(guān)的輸出器件，如電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，其輸出地址應(yīng)連續(xù)分配 (1)繪制電動(dòng)機(jī)的主電路及 PLC 外部的其他控制電路圖。 (2)繪制 PLC 的 I/O 接線圖。注意：接在 PLC 輸入端的電器元件一律為常開觸點(diǎn)，如 停止按鈕等。 (3)繪制 PLC 及 I/O 設(shè)備的供電系統(tǒng)圖。輸入電路一半由 PLC 內(nèi)部提供電源，輸出電路根據(jù)負(fù)載的額定電壓外接電源。 程序設(shè)計(jì)可用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法或功能表設(shè)計(jì)法，或者是兩者的結(jié)合。 接好硬件線路，把程序輸入 PLC 中，聯(lián)機(jī)調(diào)試 PLC類型選擇及模塊選擇 PLC類型的選擇 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平將直接影響控制系統(tǒng)的性能、設(shè)備的可靠性。這其中 PLC的選型至關(guān)重要。 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定系統(tǒng)方案，下一步工作就是PLC 的設(shè)計(jì)選型。選擇 PLC，主要是確定 PLC 的 生產(chǎn)廠家和 PLC 的具體型號(hào)。對(duì)朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 于系統(tǒng)方案要求有分布式系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)化通訊的要求。具體的選擇內(nèi)容有以下幾個(gè)方面： PLC 生產(chǎn)廠家的選擇 確定 PLC 的生產(chǎn)廠家，主要應(yīng)該考慮設(shè)備用戶的要求、設(shè)計(jì)者對(duì)于不同廠家PLC 的熟悉程度和設(shè)計(jì)習(xí)慣、配套產(chǎn)品的一致性以及技術(shù)服務(wù)等方面的因素。從PLC 本身的可靠性考慮，原則上只要是國外大公司的產(chǎn)品，不應(yīng)該存在可靠性不好的問題。 一般來說，對(duì)于控制獨(dú)立設(shè)備或較簡單的控制系統(tǒng)的場合，配套日本的 PLC產(chǎn)品，相對(duì)來說性價(jià)比有一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)于系統(tǒng)規(guī)模較大網(wǎng)絡(luò)通訊功能 要求高、開放性的分布式控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)，歐美生產(chǎn)的 PLC 在網(wǎng)絡(luò)通訊功能上更有優(yōu)勢(shì)。 由于本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容相對(duì)較為簡單，故選用三菱 PLC。 輸入輸出 (I/0)點(diǎn)數(shù)的估算 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 的基本參數(shù)之一。 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定應(yīng)以控制設(shè)備所需的所有輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的總和為依據(jù)。在一般情況下， PLC 的 I/O 點(diǎn)應(yīng)該有適當(dāng)?shù)挠嗔?。通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10％～ 20％的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 PLC 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是指可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，各種 PLC的存儲(chǔ)器容量大小可以從該 PLC 的基本參數(shù)表中找到，例如：西門子的 S7314 PLC的用戶程序存儲(chǔ)容量為 64KB， S73152DP PLC的用戶程序存儲(chǔ)容量為 128KB。程序容量是存儲(chǔ)器中用戶程序所使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此存儲(chǔ)器容量應(yīng)大于程序容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，需要對(duì)程序容量進(jìn)行估算。 如何估算程序容量呢 ?許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上 模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16 位為一個(gè)字 )，另外再按此數(shù)的 25％考慮余量。 PLC 通訊功能的選擇 朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 現(xiàn)在 PLC 的通訊功能越來越強(qiáng)大，很多 PLC 都支持多種通訊協(xié)議 (有些需要配備相應(yīng)的通訊模塊 )，選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的通訊方式。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： (1)PC 為主站，多臺(tái)同型號(hào) PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； (2)1 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； (3)PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； (4)專用 PLC 網(wǎng)絡(luò) (各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) )。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的 (如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等 )通信處理器。 PLC 機(jī)型的選擇 PLC 的類型： PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類；整體型 PLC 的 I/0 點(diǎn)數(shù)較少且相對(duì)固定，因此用戶選擇的余地較小，通常用于小型控制系統(tǒng)。這一類PLC 的代表有：西門子公司的 S7200 系列、三菱公司的 FX 系列、歐姆龍公司的CPM1A 系列等。 模塊型 PLC 提供多種 I/O 模塊可以在 PLC 基板上插接，方便用戶根據(jù)需要合理地 選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)。因此，模塊型 PLC 的配置比較靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。例如西門子公司的 S7300 系列和 S7400 系列、三菱公司的 Q 系列、歐姆龍公司的 CVM1 系列等。 綜合以上初步選定 FX2N機(jī)型，再根據(jù)下表和 I/O 輸入輸出點(diǎn)數(shù)，選定FX2N32MR001 型 PLC 表 31 FX2N系列的基本單元 型號(hào) 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù) 繼電器輸出 晶閘管輸出 晶體管輸出 FX2N16MR001 FX2N16MS FX2N16MT 8 8 24～ 32 FX2N32MR001 FX2N32MS FX2N32MT 16 16 24～ 32 FX2N48MR001 FX2N48MS FX2N48MT 24 24 48～ 64 FX2N64MR001 FX2N64MS FX2N64MT 32 32 48～ 64 FX2N80MR001 FX2N80MS FX2N80MT 40 40 48～ 64 朱益峰 殼體類零件攻絲組合機(jī)床的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18