【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部包換掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短，會(huì)影響過(guò)程所用的時(shí)間 . 。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時(shí)間 ，每 個(gè)掃描周期內(nèi)都包含這個(gè)掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。 CPU 在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映像寄存器：一個(gè)為輸入映像寄存器，另一個(gè)為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在 輸出映像寄存器中。在輸入掃描過(guò)程中， CPU 把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過(guò)程中， CPU 把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。為了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便， PLC 具有 I/O 控制功能，用戶可以通過(guò)編程器封鎖或開(kāi)放 I／ O。封鎖 I／ O 就是關(guān)閉 I／ O 掃描過(guò)程。 在讀輸入階段， CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入輸出映像 寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變 —輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫(xiě)輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。 由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： (一 ) 掃描過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫(xiě)輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 (二 ) 輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)工作周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來(lái)控制程序的 執(zhí)行。 (三 ) 程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個(gè)掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時(shí)又可以被程序修改用于存儲(chǔ)中間結(jié)果或下一個(gè)掃描周期的輸出結(jié)果。此時(shí)的修改不會(huì)影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。 (四 )對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個(gè)掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編鄭州華信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個(gè)周期的輸出值，這是編程人員要注意 的問(wèn)題。 各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。各 PLC 廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對(duì)所使用型號(hào)的 PLC 的延遲時(shí)間的長(zhǎng)短很清楚，它是進(jìn)行 PLC 選型時(shí)的重要指標(biāo)。 主要功能 PLC 的外部設(shè)備中，最重要的就是編程器，它用來(lái)對(duì)用戶程序進(jìn)行寫(xiě)入，檢查，修改和調(diào)試，也可以在線監(jiān)視 PLC 的運(yùn)行，它經(jīng)過(guò)編程器接口與 CPU 聯(lián)系，完成人 機(jī)對(duì)話。目前，有很多 PLC 都可以利用 微型計(jì)算機(jī)作為編程工具，這時(shí)應(yīng)配上相應(yīng)的編程軟件及接口，由于微機(jī)的強(qiáng)大功能，使 PLC 的編程和調(diào)試 更為方便。 另外， PLC 的外部設(shè)備中還包括打印機(jī)：在用戶程序編制階段用來(lái)打印帶注解的梯形圖或指令語(yǔ)句表程序，以利于維修和系統(tǒng)的改造 ；外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)部分程序或改變生產(chǎn)工藝流程時(shí)需要調(diào)用的程序，它所存的程序也可重新裝入內(nèi)存，有利于 PLC 的內(nèi)存程序的恢復(fù)； EPROM 寫(xiě)入器：用語(yǔ)將用戶程序?qū)懭氲?EPROM 中去，它提供了一個(gè)非易失性的用戶程序保存方法。 PLC 是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，工作原理也與微機(jī)相同，但它在應(yīng)用時(shí)一般將其等效成輸入，輸出和內(nèi)部控制電路三部分。輸入部分用于接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部信息或操作命 令等外部輸入信息。輸入接線端是 PLC 與外部的開(kāi)關(guān)，按鈕，傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口，每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)由接到輸入端的外部信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由 PLC 的電源部件提供，也可由獨(dú)立的交流電源供給，每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)數(shù)多個(gè)內(nèi)部觸電（動(dòng)合，動(dòng)斷的形式均可），供用戶設(shè)計(jì) PLC 的內(nèi)部控制電路時(shí)使用。 內(nèi)部控制電路是是用戶根據(jù)控制要求編制的程序，作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。 PLC 的程序一般用梯形圖表示，而梯形圖是以繼電器控制的電氣原理圖演變而來(lái) 的， PLC 中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈等概念與繼電器控制電路相同，在 PLC 內(nèi)部還有定時(shí)器、技術(shù)器、移位器、內(nèi)部輔助繼電器等。繼電器控制系統(tǒng)中沒(méi)有器件，他們的線圈自動(dòng)合，動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，如要與外部電路相連，則必須通過(guò)輸出部分。 輸出部分作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器（有繼電器形、雙向硅形，晶體管形等三種形式），它也有無(wú)限多個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)鄭州華信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 合，動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，但對(duì)應(yīng)每個(gè)輸出只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù) 載，外部復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端（ COM）上。 總之，在使用 PLC 時(shí)，可以把輸入端為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器結(jié)點(diǎn)可以在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作，在 PLC 加電后，先進(jìn)行初始化處理、開(kāi)始運(yùn)行之后，串行的執(zhí)行器存儲(chǔ)器中的程序。 PLC 的內(nèi)部工作過(guò)程用圖表示為如本章末之圖： 用 PLC 設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，必須知道有一個(gè)輸入信號(hào)后 PLC 要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，這樣才能精確的解決系統(tǒng)各個(gè)不見(jiàn)之間配合問(wèn)題。 從 PLC 受到一個(gè)輸入信號(hào)到 PLC 向輸出端輸出一個(gè)控制信號(hào)所需的 PLC I/O 響應(yīng)時(shí)間，一般在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)都要對(duì)此進(jìn)行一定的考慮。 順序控制是 PLC 最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。由于它具有編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。如：有色冶金行業(yè)的冶煉廠和選礦廠的物料輸送及配料、井下采礦皮帶輸送系統(tǒng)、選礦廠球磨機(jī)及各潤(rùn)滑站系統(tǒng)、冶煉廠余熱鍋爐振打系統(tǒng)、電收塵輸灰系統(tǒng)、冶煉廠轉(zhuǎn)爐本體聯(lián)鎖和加料系統(tǒng)等，其它行業(yè)如汽車生產(chǎn) 線、印刷機(jī)械、加工機(jī)床、包裝機(jī)以及日常生活的電梯控制等。 用于順序控制的 PLC 編程語(yǔ)言既不同于高級(jí)語(yǔ)言 ，也不同于匯編語(yǔ)言，它是面向現(xiàn)場(chǎng)、面向問(wèn)題、面向用戶的簡(jiǎn)單直觀的程序控制語(yǔ)言。它可分為邏輯型和動(dòng)作型兩大類。前者可由傳統(tǒng)的繼電器電路變換而來(lái)，如梯形圖；后者由機(jī)械設(shè)備動(dòng)作變換而來(lái)，如流程圖。梯型圖同繼電器電路相似，易于掌握，便于維修。在順序控制中應(yīng)用的較為廣泛。即使不經(jīng)過(guò)特殊的培訓(xùn)，一般工程技術(shù)人員也能很快掌握。對(duì)于過(guò)程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的 PID 模擬調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用 PLC 控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高 ，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、流量、壓力、速度等。 功能說(shuō)明： （ 1） 邏輯控制功能 邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是 PLC 的最基本功能之一。 PLC 設(shè)置有 “與 ”鄭州華信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ AND）、 “或 ”（ OR）、 “非 ”（ NOT）等邏輯指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開(kāi)關(guān)、按鈕或其它傳感器）的狀態(tài)，根據(jù)指定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、電機(jī)等）。因此， PLC 可代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，完成接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。另外，在 PLC 中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無(wú)限次的使用，邏輯關(guān)系的修改和變更也十分方便。 （ 2） 定時(shí)控制功能 定時(shí)控制功能是 PLC 的最基本功能之一。 PLC 中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，其功能類似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時(shí)， PLC 將根據(jù)用戶用定時(shí)器指令指定的定時(shí)器對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行限時(shí)或延時(shí)控制，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。 （ 3） 計(jì)數(shù)控制功能 計(jì)數(shù)控制功能是 PLC 的基本功能之一。 PLC 為用戶提供了許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器記到某一個(gè)數(shù)時(shí) ，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行修改。程序執(zhí)行時(shí)， PLC 將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)某個(gè)計(jì)數(shù)過(guò)程的計(jì)數(shù)控制。 （ 4）步進(jìn)控制功能 PLC 為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、計(jì)數(shù)或其他指定邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)步條件的步進(jìn)控制。即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)步條件控制下，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。有些 PLC 還專門設(shè)置了用于步進(jìn)控制的步進(jìn)指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。 （ 5）數(shù)據(jù)處理功能 PLC 大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作。中、大型 PLC 數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開(kāi)方、PID 運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還可以和 CRT、打印機(jī)相聯(lián)、實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示的打印。 （ 6）回路控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能，可以方便的完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。 （ 7）通訊聯(lián)網(wǎng)功能 有些 PLC 采用通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 I/O 控制、多臺(tái) PLC 之間的同位鏈接、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通訊等。 鄭州華信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 8）監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控 功能，利用編程器或監(jiān)視器，操作人員對(duì) PLC 有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。 （ 9）停電記憶功能 PLC 內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲(chǔ)器中信息能夠長(zhǎng)期保存。利用某些記憶指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持PLC 斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。 PLC 電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。 （ 10）故障診斷功能 PLC 可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬 件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。 PLC 的故障自診斷功能大大提高了 PLC 控制系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性。 3 交通信號(hào)控制系統(tǒng)分析 十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述 （ 1）南北方向綠燈和東西方向的綠燈不能同時(shí)亮；如果同時(shí)亮，則應(yīng)自動(dòng)立即關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 （ 2）系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持 25s；與此同時(shí)，東西綠燈亮，并維持 20s時(shí)間，到 20s 時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3s 后熄滅。 （ 3）在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈 亮并維持 2s，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。 （ 4）東西紅燈亮并維持 30s；與此同時(shí)，南北綠燈亮并維持 25s；然后，南北綠燈閃亮 3s 后熄滅。 （ 5）南北綠燈熄滅時(shí)，南北黃燈亮維持 2s 后熄滅；同時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)。 十字路口交通燈的路況畫(huà)出模擬圖 鄭州華信學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 31 交通燈示意圖 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn) 在 PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有 3個(gè)控制燈，分別為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅 色） 準(zhǔn)備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色） 另外行人道東西南北每面