【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 6 斷程序，使 系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。 ，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 ，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是 面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品 種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 ，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的基本構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 7 圖 21 PLC 結(jié)構(gòu)圖 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 8 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 PLC 的選型 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU224 、 CPU226 型號(hào)。 CPU221 有4 個(gè)輸入口 6 個(gè)輸出口，共 10 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，無 I/O 擴(kuò)展能力，非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制 設(shè)備； CPU 222 本機(jī)集成 8 輸入 /6 輸出共 14 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 2 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 78 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 10 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)空間，是具有擴(kuò)展能力的適應(yīng)性更廣泛的全功能控制器； CPU224 本機(jī)集成 14輸入 /10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器； CPU226 本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)?？蛇B接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更 多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些 4 復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)使用的是 CPU224，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)用到的輸入輸出口比較多，而 CPU224型號(hào)可 連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊， 所以利用它的這點(diǎn)優(yōu)勢(shì)可以擴(kuò)展輸入輸出口 。 的工作原理及功能 PLC 采用順序掃描不斷循環(huán)的工作方式，這個(gè)過程可分為輸入采樣、順序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段整個(gè)過程掃描并執(zhí)行一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 9 圖 22 PLC 工作原理框圖 PLC 的功能： 據(jù)采集與 輸 出 ； ： 包括 順 序控制、 邏輯控 制、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù) 等 ； 據(jù) 處 理功能： 包括基本 數(shù)學(xué)運(yùn) 算、比 較 、 對(duì)字節(jié) 的 運(yùn) 算、 PID 運(yùn) 算、 濾 波等； 入 /輸 出接口 調(diào) 理功能： 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換 功能，通 過 I/O 模 塊完 成 對(duì) 模 擬 量的控制和 調(diào)節(jié) ，具有 溫 度、 運(yùn)動(dòng) 等 測(cè) 量接口； 、 聯(lián) 網(wǎng)功能： 現(xiàn) 代 PLC 大多 數(shù) 都采用了通信、網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) ，有 RS232 或 RS485接口，可 進(jìn) 行 遠(yuǎn) 程 I/O 控制，多臺(tái) PLC 可彼此 間聯(lián) 網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可 編 程控制器的信 號(hào)處理單元之間 ， 實(shí)現(xiàn) 程序和 數(shù) 據(jù)交 換 ，如程序 轉(zhuǎn) 移、 數(shù) 據(jù)文文件 轉(zhuǎn)移、 監(jiān)視 和 診斷 。在系 統(tǒng) 構(gòu)成 時(shí) ，可由一臺(tái) 計(jì) 算機(jī)與多臺(tái) PLC 構(gòu)成 集中管理、分散控制 的分布式控制網(wǎng) 絡(luò) ，以便完成 較大規(guī) 模的復(fù) 雜 控制。通常所 說 的 SCADA 系 統(tǒng) ， 現(xiàn)場(chǎng) 端和 遠(yuǎn) 程端也可以采用 PLC 作 現(xiàn)場(chǎng) 機(jī)； ： 提供 操作者以 監(jiān)視 機(jī)器 /過 程工作必需的信息。 允許 操作者和PC 系 統(tǒng) 與其 應(yīng) 用程序相互作用，以便作 決 策和 調(diào) 整， 實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì) 算機(jī)的分散和集中操作與 監(jiān)視 系 統(tǒng) ； 程、 調(diào)試 等，并且大部分支持 在線編 程 ； PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC） 。 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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各 個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 輸出刷新 程序執(zhí)行 輸入采樣 讀 寫 讀 輸入端 輸入鎖存器 輸入狀態(tài)寄存器 程序執(zhí)行 輸出狀態(tài)寄存器 輸入鎖存器 輸出端 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 10 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(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。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。 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(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。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一 般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代 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。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制 的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 PLC 通信含 PLC 間的