【文章內(nèi)容簡介】 是 PLC 的核心， 1/0 單元是連接 CPU與現(xiàn)場設(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，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系 。裝有 CPU單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴(kuò)展底板。 CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 第 8 頁 共 36 頁 （ 1） 中央處理單元 (CPU)： CPU 在 PLC 中的作用類似于人體的神經(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 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； ○ 2 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤 。 ○ 3 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 。 ○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程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 。 ○5 將用戶程序的執(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。通用微處理器的價格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時操作系統(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。 用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 （ 2） 存儲器 ： 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種 : ○1 系統(tǒng)程序存儲器 : 和各種計算機(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，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程 序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 ROM 或 EPROM. ○2 用戶程序存儲器 : 用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM 作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。 第 9 頁 共 36 頁 當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭?先進(jìn)的 PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護(hù)。 ○3 工作數(shù)據(jù)存儲器 : 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)存儲區(qū)，開辟有 元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲 PLC 的開關(guān)量輸入 /輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放 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)在停電時用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 （ 3） 1/0 單元 : I/0 單元也稱為 I/0 模塊。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時 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)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、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)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路 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，對于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部 。對于模塊式 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足不同控制系統(tǒng)的需要。 （ 6） 通信接口 : 第 10 頁 共 36 頁 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。 PLC 通連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當(dāng)與監(jiān)視器相連時 .可將過程圖像顯示出來 。當(dāng)與其他 PLC 相連時，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)與計算機(jī)相連時，可以組成多級控制系統(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進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡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)器語言助記符后，才能輸入。它一般由 簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智 能型的編程器又稱為圖形編程器，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屏幕對話。還可以利用 PC作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(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 中的程序上傳到計算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。現(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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： 開關(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，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(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。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用 。 運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如可驅(qū)動步進(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、 電梯等場合。 第 11 頁 共 36 頁 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。隨著工廠自動化網(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 共 36 頁 3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 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， DC12V 電機(jī)，行程開關(guān)，起停按鈕，可編程控制器， DC24V 繼電器， DC12V 直流電源等。圖 21 是一個運(yùn)料小車工作示意圖，每個工作臺設(shè)有一個到位開關(guān) (SQ)和一個呼 叫按鈕 (SB)。系統(tǒng)的設(shè)計要求為： （ 1）按下啟動按鈕 ,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （ 2）當(dāng)小車當(dāng)前所處停 靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕所對應(yīng)的停靠站時停止； （ 3）當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，小車向左行，運(yùn)行到呼叫按鈕 HJ 所對應(yīng)的?？空緯r停止； （ 4）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕的編碼時，小車保持不動； （ 5）呼叫按鈕開關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 圖 31 第 13 頁 共 36 頁 小車運(yùn)動流程圖 小車運(yùn)動流程如圖 32 所示 圖 32 開始 按動啟動按鈕 ?？空揪幋a＜呼叫按鈕編碼 到達(dá)呼叫按鈕 對應(yīng)的?？空? 到達(dá)呼叫按鈕 對應(yīng)的?？空? 小車右行 小車左行 ?？空揪?碼＞ 呼叫按鈕編碼 小車停止 小車停止 按動 停止 按鈕 結(jié)束 是 是 是 是 否 是 否 否 是 否 否 第 14 頁 共 36 頁 運(yùn)料小車控制系統(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)料小車控 制系統(tǒng)外部接線圖 (b) 331 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)圖 啟動按鈕 停止按鈕 5 個呼叫按鈕 5 個行程開關(guān) 三菱 P L C 三相異步電動機(jī) 變頻器 第 15 頁 共 36 頁 PLC 框架配置圖 運(yùn)料小車控制采用三菱的 FX2N 系列整體式 PL