【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是 PLC 的核心， 1/0 單元是連接 CPU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。 組合式 PLC將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 1/0 單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過(guò)底板上的總線(xiàn)相互聯(lián)系 。裝有 CPU單元的底板稱(chēng)為 CPU 底板，其它稱(chēng)為擴(kuò)展底板。 CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ 1） 中央處理單元 (CPU)： CPU 在 PLC 中的作用類(lèi)似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù) : ○1 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)； ○ 2 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤 。 ○ 3 用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái) 。 ○4 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶(hù)程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的各種操作 。 ○5 將用戶(hù)程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 現(xiàn)代 PLC 使用的 CPU主要有以下幾種 : ○1 通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 ○2 單片機(jī)，如 8051 等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO 模塊。 ○3 位片式微處理器，如 AMD2900 系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以 4 位為一片。 用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶(hù)需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 （ 2） 存儲(chǔ)器 ： 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種 : ○1 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 : 和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱(chēng)為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程 序存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶(hù)更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器 ROM 或 EPROM. ○2 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器 : 用戶(hù)根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱(chēng)為用戶(hù)程序，用戶(hù)程序存放在用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。由于用戶(hù)程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶(hù)程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫(xiě)的 RAM。由于 RAM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM 作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶(hù)程序。 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 當(dāng)用戶(hù)程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶(hù)程序?qū)懭?先進(jìn)的 PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫(xiě)，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。 ○3 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 : 工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)辟有 元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來(lái)存儲(chǔ) PLC 的開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來(lái)存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來(lái)存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱(chēng)為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 （ 3） 1/0 單元 : I/0 單元也稱(chēng)為 I/0 模塊。 PLC 通過(guò) I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。輸入單元接收用戶(hù)設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開(kāi)關(guān)、操作按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。通過(guò)接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí) CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件 . （ 4） 電源部分 : PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路 提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部 。對(duì)于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU封裝到一個(gè)模塊中。 （ 5） 擴(kuò)展接口 : 擴(kuò)展接口用于將擴(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(mǎn)足不同控制系統(tǒng)的需要。 （ 6） 通信接口 : 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話(huà)， PLC 配有多種通信接口。 PLC 通連時(shí)，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí) .可將過(guò)程圖像顯示出來(lái) 。當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。 (7)編程器 編程器的作用是提供用戶(hù)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(lèi)。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)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后，才能輸入。它一般由 簡(jiǎn)易鍵盤(pán)和發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。智 能型的編程器又稱(chēng)為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD 或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過(guò)屏幕對(duì)話(huà)。還可以利用 PC作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤(pán)或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送?，F(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類(lèi)： 開(kāi)關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。 工業(yè)過(guò)程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 （即模擬量）， PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用 。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)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，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、 電梯等場(chǎng)合。 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) 數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè) 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理圖如下 31圖，包括帶導(dǎo)軌的運(yùn)行工作臺(tái)， DC12V 電機(jī)，行程開(kāi)關(guān)，起停按鈕，可編程控制器， DC24V 繼電器， DC12V 直流電源等。圖 21 是一個(gè)運(yùn)料小車(chē)工作示意圖，每個(gè)工作臺(tái)設(shè)有一個(gè)到位開(kāi)關(guān) (SQ)和一個(gè)呼 叫按鈕 (SB)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求為： （ 1）按下啟動(dòng)按鈕 ,系統(tǒng)開(kāi)始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （ 2）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處停 靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車(chē)向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止； （ 3）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車(chē)向左行，運(yùn)行到呼叫按鈕 HJ 所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； （ 4）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車(chē)保持不動(dòng)； （ 5）呼叫按鈕開(kāi)關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 圖 31 第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè) 小車(chē)運(yùn)動(dòng)流程圖 小車(chē)運(yùn)動(dòng)流程如圖 32 所示 圖 32 開(kāi)始 按動(dòng)啟動(dòng)按鈕 ?？空揪幋a＜呼叫按鈕編碼 到達(dá)呼叫按鈕 對(duì)應(yīng)的?？空? 到達(dá)呼叫按鈕 對(duì)應(yīng)的?？空? 小車(chē)右行 小車(chē)左行 ?？空揪?碼＞ 呼叫按鈕編碼 小車(chē)停止 小車(chē)停止 按動(dòng) 停止 按鈕 結(jié)束 是 是 是 是 否 是 否 否 是 否 否 第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè) 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的 PLC 選型 控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)如圖 331所示 (a) 331 運(yùn)料小車(chē)控 制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖 (b) 331 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)圖 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 5 個(gè)呼叫按鈕 5 個(gè)行程開(kāi)關(guān) 三菱 P L C 三相異步電動(dòng)機(jī) 變頻器 第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) PLC 框架配置圖 運(yùn)料小車(chē)控制采用三菱的 FX2N 系列整體式 PL