【文章內(nèi)容簡介】 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、電梯等場合。 過程控制 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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理 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)。 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。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 。 PLC 的特點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。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。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。 配套齊全，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。 易學(xué)易用，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。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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)場合。 體積小，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 的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相似。PLC 按其結(jié)構(gòu)形式可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。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 接受 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場信號(hào) 受控元件 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)框圖 PLC 編程語言 采用面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 進(jìn)行編程，其編程語言常用的有：梯形圖、語句表、功能圖等。 梯形圖 梯形圖是使用最多的 PLC 圖形編程語言。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點(diǎn)電表邏輯輸入條件，例如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯運(yùn)算的結(jié)果，常用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標(biāo)志位等。指令框用來表示定時(shí)器、 計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到 PLC。 語句表 語句表又叫指令表，它是一種類似于微機(jī)的匯編語言中的文本語言，用指令的助記符編程，由多條語句組成一個(gè)程序段，可以實(shí)現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。 功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來表示控制邏輯。即用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 輸入接口部件 中央處理單元 CPU 板 接口部件輸出 電 源 部 件 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1） 交通信號(hào)燈的控制要求 （ 2） 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序 （ 3） PLC 應(yīng)將控制電路設(shè)計(jì) （ 4） 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程 （ 5） 交通信號(hào)燈的 PLC 程序 因?yàn)槭墙煌舻膯纹瑱C(jī)控制設(shè)計(jì)，所以要了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向。然后轉(zhuǎn)狀態(tài) 1 南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 2 東西綠燈滅，黃燈閃爍幾次，南北仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時(shí)間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，南北綠燈滅，閃幾次黃燈，東西仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài) 1。 （這一小節(jié)寫你的整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，即把第三、四兩章的內(nèi)容做綜合總結(jié)?。? 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容 我們在學(xué)習(xí)了 PLC 的大量相關(guān)知識(shí)后，要能夠把其運(yùn)用在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中。當(dāng)然，要設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠、簡潔的 PLC 控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。那么，我們首先來看一下 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容。 一、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求； 保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全； 滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和維修方便； 選擇 PLC 時(shí)，要考慮生產(chǎn)和工藝改進(jìn)所需的余量。 二、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 選擇合適的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象； 分配 I/O，設(shè)計(jì)電氣接線圖，考慮安全措施； 選擇適合系統(tǒng)的 PLC； 設(shè)計(jì)程序； 調(diào)試程序，一個(gè)是模擬調(diào)試，一個(gè)是聯(lián)機(jī)調(diào)試； 設(shè)計(jì)控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細(xì)表。 驗(yàn)收、交付使用。 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過程 一、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當(dāng)于設(shè)計(jì)思路； 設(shè)計(jì)梯形圖； 程序輸入 PLC 模擬調(diào)試，修改 ，直到滿足要求為止； 現(xiàn)場施工完畢后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求； 編寫技術(shù)文件； 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 交付使用。 我們在設(shè)計(jì)流程圖時(shí)，也要遵循以下過程： 1) 分析生產(chǎn)工藝過程； 2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，分配 I/O； 3) 選擇 PLC； 4) 設(shè)計(jì) PLC 接線圖以及電氣施工圖； 5) 程序設(shè)計(jì)和控制柜接線施工。 具體的設(shè)計(jì)步驟框圖如圖 21 所示。 圖 21 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟框圖 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O、設(shè)計(jì)電氣圖 編寫流程圖 設(shè)計(jì)梯形圖 編制程序清單 輸入程序并檢查 調(diào)試滿足 N Y 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足 N N 編制技術(shù)文件 交付使用 設(shè)計(jì)控制柜 現(xiàn)場連接 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 二、 PLC 控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點(diǎn) PLC 執(zhí)行程 序的過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程 序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PL