【文章內(nèi)容簡介】 ；按下停止按鈕 SB2，則線圈 KM 斷電，指示燈 HL1滅， M 停轉(zhuǎn)。 采用 SIEMENS 的一款 S7系列 PLC實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭 FR、停止按鈕 SB起動(dòng)按鈕 SB1 等作為 PLC 的輸入設(shè)備接在 PLC 的輸入接口上，而交流接觸器 KM線圈、指示燈 HL HL2 等作為 PLC 的輸出設(shè)備接在 PLC 的輸出接口上。按制邏輯通過執(zhí)行按照電動(dòng)機(jī)全壓控制要求編寫并存入程 序存儲(chǔ)器內(nèi)的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。 2）建立內(nèi)部 I/O 映像區(qū) 在 PLC 存儲(chǔ)器內(nèi)開辟了 I/O 映像存儲(chǔ)區(qū)，用于存放 I/O 信號(hào)的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，此外 PLC 其它編程元件也有相對應(yīng)的映像存儲(chǔ)器，稱為元件映像寄存器。 I/O 映像區(qū)的大小由 PLC 的系統(tǒng)程序確定，對于系統(tǒng)的每一個(gè)輸入點(diǎn)總有一個(gè)輸入映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，對于系統(tǒng)的每一個(gè)輸出點(diǎn)也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應(yīng)，且系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的編址號(hào)與 I/O 映像區(qū)的映像寄存器地址號(hào)也對應(yīng)。 第一章 緒論 5 PLC 工作時(shí)，將采集到的輸入信號(hào)狀態(tài)存放在 輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上，運(yùn)算結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上， PLC 在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于 I/O 映像區(qū)，而不直接與外部設(shè)備發(fā)生關(guān)系。 I/O 映像區(qū)的建立使 PLC 工作時(shí)只和內(nèi)存有關(guān)地址單元內(nèi)所存的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生關(guān)系，而系統(tǒng)輸出也只是給內(nèi)存某一地址單元設(shè)定一個(gè)狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 3）內(nèi)部等效電路 PLC 的內(nèi)部等效電路，以其中的起動(dòng)按鈕 SB1 為例，其接入接口 與輸入映像區(qū)的一個(gè)觸發(fā)器 相連接，當(dāng) SB1 接通時(shí)，觸發(fā)器 就被觸發(fā)為“ 1”狀態(tài)，而這個(gè)“ 1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為 觸頭的狀態(tài)，此時(shí) 觸頭與 SB1的通斷狀態(tài)相同，則 SB1 接通， 觸頭狀態(tài)為“ 1”，反之 SB1 斷開， 觸頭狀態(tài)為“ 0”，由于 觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以 觸發(fā)器等效為 PLC內(nèi)部的一個(gè) 軟繼電器線圈，直接引用 線圈狀態(tài)的 觸頭就等效為一個(gè)受 線圈控制的常開觸頭（或稱為動(dòng)合觸頭）。 同理，停止按鈕 SB2 與 PLC 內(nèi)部的一個(gè)軟繼電器線圈 相連接， SB2 閉合， 線圈的狀態(tài)為“ 1”，反之為“ 0”，而繼電器線圈 的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為 觸頭的狀態(tài)，所以 等效為一個(gè)受 線圈控制的常閉觸頭（或稱動(dòng)斷觸頭）。而輸出觸頭 、 則是 PLC 內(nèi)部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應(yīng)的 KM 線圈、指示燈 HL1就會(huì)接通。 PLC 輸出端有輸出電源用的公共接口 COM。 2. PLC 控制系統(tǒng) 用 PLC 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用 PLC 替代電氣控制線路。 1） PLC 控制系統(tǒng)構(gòu)成 圖 6是電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的 PLC 控制系統(tǒng)基本構(gòu)成圖，可將之分成輸入電路、內(nèi)部控制電路和輸出電路三個(gè)部分。 輸入電路 輸入電路的作用是將輸入控制信號(hào)送入 PLC，輸入設(shè)備為按鈕 SB SB2 及 FR 常閉觸頭。外部輸入的控制信號(hào)經(jīng) PLC 輸入到對應(yīng)的一個(gè)輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個(gè)常開觸頭和常閉觸頭，供 PLC 內(nèi)容控制電路編程使用。 輸出電路 輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng) KM線圈和 HL1 指示燈的信號(hào)。 PLC 內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個(gè)輸 出繼電器除了 PLC 內(nèi)部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個(gè)常開觸頭與輸出端口相茂名學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 控制 6 連，該觸頭稱為內(nèi)部硬觸頭，是一個(gè)內(nèi)部物理常開觸頭。通過該觸頭驅(qū)動(dòng)外部的 KM線圈和 HL1 指示燈等負(fù)載，而 KM 線圈再通過主電路中 KM 主觸頭去控制電動(dòng)機(jī) M的起動(dòng)與停止。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的電源由外電部電源提供， PLC 的輸出端口中還有輸出電源用的 COM公共端。 內(nèi)部控制電路 內(nèi)部控制電路由按照被控電動(dòng)機(jī)實(shí)際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入、輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、處理和判斷， 然后得到相應(yīng)的輸出控制信號(hào)，通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備：電動(dòng)機(jī) M、指示燈 HL1 等。 用戶程序通過個(gè)人計(jì)算機(jī)通信或編程器輸入等方式，把程序語句全部寫到 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設(shè)備改變存儲(chǔ)器中的某些語句，不會(huì)改變控制器內(nèi)部接線，實(shí)現(xiàn)了控制的靈活性。 2） PLC 控制梯形圖 梯形圖是一種將 PLC 內(nèi)部等效成由許多內(nèi)部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。圖 7是 PLC 梯形圖常用的等效控制元件符號(hào)。 電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)的 PLC 控制梯形圖，由 FR常閉觸頭、 SB2 常閉 按鈕、 KM 常開輔助觸頭與 SB1 常開按鈕的并聯(lián)單元、 KM線圈等零件對應(yīng)的等效控制元件符號(hào)串聯(lián)而成。電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)控制梯形在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。 梯形圖中繼電器元件物理結(jié)構(gòu)不同于電氣元件 PLC 梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，與電氣元件的物理結(jié)構(gòu)不同。 梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件 梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應(yīng)存儲(chǔ)位上的保存的數(shù)據(jù)相關(guān)，如果 該存儲(chǔ)位的數(shù)據(jù)為“ 1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為“ 0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實(shí)際的通斷狀態(tài)不同。 梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件 梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是 PLC 對存儲(chǔ)位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果 PLC 對常開觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“ 1”，就完成動(dòng)合操作過程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲(chǔ)位數(shù)據(jù)賦值為“ 0”，就可完成動(dòng)斷操作過程，切換操作過程沒有時(shí)間延時(shí)。而電氣元件線圈、觸頭進(jìn)行動(dòng)合或動(dòng)斷切換時(shí)，必定有時(shí)間延時(shí)，且一般要經(jīng)過先斷開后閉合的操作過程。 梯形 圖中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同 如果 PLC 從輸入繼電器 相應(yīng)的存儲(chǔ)位中取出了位數(shù)據(jù)“ 0”，將之存入另一個(gè)第一章 緒論 7 存儲(chǔ)器中的一個(gè)存儲(chǔ)位，被存入的存儲(chǔ)位就成了受 繼電器控制的一個(gè)常開觸頭，被存入的數(shù)據(jù)為“ 0”；如在取出位數(shù)據(jù)“ 0”之后先進(jìn)行取反操作，再存入一個(gè)存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)位，則該位存入的數(shù)據(jù)為“ 1”，該存儲(chǔ)位就成了受繼電器 控制的一個(gè)常閉觸頭。 只要 PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)器足夠多，這種位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作就可無限次進(jìn)行，而每進(jìn)行一次操作，就可產(chǎn)生一個(gè)梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電 器觸頭原則上可以無限次反復(fù)使用。 但是 PLC內(nèi)部的線圈通常只能引用一次，如需重復(fù)使用同一地址編號(hào)的線圈應(yīng)慎之又慎。與 PLC 不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。 梯形圖每一行畫法規(guī)則為從左母線開始，經(jīng)過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫在每行的左側(cè)、輸出線圈則畫在右側(cè)，其余串聯(lián)元件畫在中間。 3. PLC 工作過程 PLC 上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下周而復(fù)始地按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行等。 1）上電初始化 PLC 上電后，首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括 硬件初始化， I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設(shè)定及清除內(nèi)部繼電器、復(fù)位定時(shí)器等。 2） CPU 自診斷 在每個(gè)掃描周期須進(jìn)行自診斷，通過自診斷對電源、 PLC 內(nèi)部電路、用戶程序的語法等進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常， CPU 使異常繼電器接通， PLC面板上的異常指示燈 LED亮，內(nèi)部特殊寄存器中存入出錯(cuò)代碼并給出故障顯示標(biāo)志。如果不是致命錯(cuò)誤則進(jìn)入 PLC的停止（ STOP）狀態(tài)；如果是現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，則 CPU 被強(qiáng)制停止，等待錯(cuò)誤排除后才轉(zhuǎn)入 STOP 狀態(tài)。 3）與外部設(shè)備通信 與外部設(shè)備通信階段， PLC 與其他智 能裝置、編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、其他 PLC 等進(jìn)行信息交換，然后進(jìn)行 PLC 工作狀態(tài)的判斷。 PLC 有 STOP 和 RUN 兩種工作狀態(tài)，如果 PLC 處于 STOP 狀態(tài)，則不執(zhí)行用戶程序，將通過與編程器等設(shè)備交換信息，完成用戶程序的編輯、修改及調(diào)試任務(wù)；如果 PLC 處于 RUN 狀態(tài)，則將進(jìn)入掃描過程，執(zhí)行用戶程序。 4）掃描過程 以掃描方式把外部輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，再執(zhí)行用戶程序，并將執(zhí)行結(jié)果輸出存入輸出映像區(qū)，直到傳送到外部設(shè)備。 PLC 上電后周而復(fù)始地執(zhí)行上述工作過程，直至斷電停機(jī)。 4. 用戶程序循環(huán)掃描 茂名學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：機(jī)場行李輸送機(jī)構(gòu)的 PLC 控制 8 PLC 對用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段 1）輸入采樣階段 CPU 將全部現(xiàn)場輸入信號(hào)，如按鈕、限位開關(guān)、速度繼電器的通斷狀態(tài)經(jīng) PLC 的輸入接口讀入映像寄存器，這一過程稱為輸入采樣。輸入采樣結(jié)束后進(jìn)入程序執(zhí)行階段后，期間即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)不再隨之變化，直至一個(gè)掃描循環(huán)結(jié)束，下一次輸入采樣時(shí)才會(huì)更新。這種輸入工作方式稱為集中輸入方式。 2）程序執(zhí)行階段 PLC 在程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉(zhuǎn)指令，就根據(jù)梯 形圖程序從首地址開始按自上而下、從左往右的順序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，掃描過程中分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中將有關(guān)編程元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)“ 0”或“ 1”讀出，并根據(jù)梯形圖規(guī)定的邏輯關(guān)系執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入對應(yīng)的元件映像寄存器中保存。而需向外輸出的信號(hào)則存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。 3）輸出處理階段 CPU 將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和 PLC 的輸出接口傳送到外部去驅(qū)動(dòng)接觸器和指示燈等負(fù)載。這時(shí)輸出鎖存器保存的內(nèi)容要等到下一個(gè)掃描周期的輸出階段才會(huì)被再次刷新。這種 輸出工作方式稱為集中輸出方式。 PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 ．傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn) 實(shí)踐證明，采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)進(jìn)行這樣復(fù)雜的控制，存在下列缺點(diǎn)： (1)繼電器壽命短，可靠性差。 (2)改變邏輯困難，繼電器系統(tǒng)是內(nèi)許多硬件組成以執(zhí)行專用的邏輯功能的。當(dāng)被控對象需要改動(dòng)工藝過程時(shí)，只能按新邏輯關(guān)系對硬件進(jìn)行組合，因而工作量大．改動(dòng)困難。 (3)設(shè)計(jì)工作量大，電控設(shè)備造價(jià)高，僅時(shí)間繼電器就需 30只友右，而且定時(shí)不準(zhǔn)確，調(diào)整困難。 （ 4）接線繁多負(fù)責(zé)，安全性較差，檢修困難。 （ 5）耗電量 較多 PLC 控制系統(tǒng)則不存在這些缺點(diǎn)，并且功能完備，編程靈活。 采用 PLC 控制的優(yōu)勢 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 第一章 緒論 9 一臺(tái)小型 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng) 。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障， PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上 ，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通過 PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出 信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向