【正文】 汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學(xué) /制藥（ %）、 金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更方便地了解 PLC，本文對 PLC 的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識作一簡介，以期對各位網(wǎng)友有所幫助。 一、 PLC 的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置 ，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。 二、 PLC 的構(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 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 配置。 三、 CPU 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 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，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誤等。進(jìn)入運行后，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，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 四、 I/O 模塊 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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(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。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或 1 和 0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。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 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離 。 模擬量：按信號類型分，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。 按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 五、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，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 24VAC）。 六、底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 七、 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機(jī) （運行編程軟件）充當(dāng) 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 編程器。 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 三菱 PLC 一、 輸入繼電器 （ X） PLC 的輸入端子是從外部開關(guān)接受信號的窗口， PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器 X 是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（按八進(jìn)制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸點的狀態(tài)。內(nèi)部有常開 /常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時間常數(shù)一般小于 10ms。各基本單 元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為 X000 ～ X007， X010 ～ X017，X020 ～ X027 。它們一般位于機(jī)器的上端。 二、 輸出繼電器（ Y） PLC 的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到 PLC 的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開 /常閉觸點供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開 /常閉觸點使用次數(shù)不限。輸出電路的時間常數(shù)是固定的 。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為 Y000 ～ Y007， Y010～Y017， Y020～ Y027 。它們一般位于機(jī)器的下 端。 三、 輔助繼電器（ M） PLC 內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC內(nèi)各軟元件的觸點驅(qū)動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開 /常閉觸點使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動必須通過輸出繼電器來實現(xiàn)。如下圖中的 M300，它只起到一個自鎖的功能。在 FX2N 中普遍途采用 M0～ M499，共 500 點輔助繼電器，其地址號按十進(jìn)制編號。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 X000 X001 M300 M300 四、 定時器（ T） 在 PLC 內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，當(dāng)所計時間達(dá)到設(shè)定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有 1ms、 10ms、 100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù) K 作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（ D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。 定時器通道范圍如下： 100 ms 定時器 T0～ T199， 共 200 點，設(shè)定值： ～ 秒； 10 ms 定時器 T200～ TT245，共 46 點，設(shè)定值： ～ 秒； 1 ms 積算定時器 T245～ T249，共 4 點，設(shè)定值： ～ 秒； 100 ms 積算定時器 T250～ T255，共 6 點，設(shè)定值： ～ 秒； 定時器指令符號及應(yīng)用如下圖所示： X000 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 K123 設(shè)定值（累積） T200 Y000 當(dāng)定時器線圈 T200 的驅(qū)動輸入 X000 接通時， T200 的當(dāng)前值計數(shù)器對 10 ms 的時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值 K123 相等時，定時器的輸 出接點動作，即輸出觸點是在驅(qū)動線圈后的 秒（ 10 * 123ms = ）時才動作，當(dāng) T200 觸點吸合后， Y000 就有輸出。當(dāng)驅(qū)動輸入 X000 斷開或發(fā)生停電時，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。 每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時，開始計時；斷電時，自動復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個為設(shè)定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時，由用戶設(shè)定累積值。 如果是積算定時器，它的符號接線如下圖所示： 定時器線圈 T250 的驅(qū)動輸入 X001 接通時， T250 的當(dāng)前值計 數(shù)器對100 ms 的時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值 K345 相等時，定時器的輸出觸點動作。在計數(shù)過程中，即使輸入 X001 在接通或復(fù)電時，計數(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其累積時間為 （ 100 ms*345=）時觸點動作。當(dāng)復(fù)位輸入 X002 接通 ，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。 三、電源模塊： 有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 的為 24V。 四、底板或機(jī)架： 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 五、 PLC 的外部設(shè)備 外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 1. 編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運 行。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 3. 存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 第六章 畢業(yè)設(shè)計感想 兩個月的畢業(yè)設(shè)計轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這兩個月的設(shè)計學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 47 我的畢業(yè)設(shè)計的課題是機(jī)械手的設(shè)計，這是一個我以前所沒有接觸的。 特別是 手臂 回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器， 我對它來說完全是一個陌生者，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對參考資料的拜讀，我已經(jīng)對機(jī)械手有了一定的了解 [2]。 機(jī)械自動化作為工業(yè)發(fā)展的一個方向，它有著廣闊的市場，屬于實際需要去研制的一種項目。機(jī)械手能模仿人體上肢的某些動作，就需要有一定的靈敏度，對設(shè)計的要求較高。通過這次設(shè)計，提高了我分析和解決問題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)過的知識，掌握了設(shè)計的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機(jī)身材料、國家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊等工具書的能力。 畢業(yè)設(shè)計是對未來工作的一種模擬。 通過這次設(shè)計，我對未來所從事的工作充滿了信 心 參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計手冊 3》 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