【導(dǎo)讀】龍門刨床是機(jī)械工業(yè)的主要工作母機(jī)之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的位置。用電磁離合器實(shí)現(xiàn)正反向的方案，以及用交流電動(dòng)機(jī)通用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正反向的方案。由于微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了。由晶閘管直接供電的直流調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)龍門刨床工作臺(tái)的方案。傳統(tǒng)的龍門刨床控制系統(tǒng)可靠性差，維護(hù)困難，加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率低。編程控制器）是以微機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器——接觸器。面可靠性高、編程簡(jiǎn)單、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在短短的幾十年里得到了迅猛發(fā)展，目前，部分中小型企業(yè)及高校仍廣泛使用傳統(tǒng)。比較落后，特別是其觸點(diǎn)的可靠性問(wèn)題直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量和上產(chǎn)效率。年來(lái)工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)電一體化，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面，PLC的到了廣泛的應(yīng)用。掌握和應(yīng)用PLC技術(shù)隊(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平和上產(chǎn)效率具有十分重要的意義。

　　

【正文】 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保 持為 30％40％。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到 大 幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制提別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能通過(guò)電氣控制系 統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。廣泛使用的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制及系統(tǒng)，適用于工作模式固定、控制要求簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是系統(tǒng)的布線不易擴(kuò)展、可靠性不高。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 對(duì)一些比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)來(lái)講，查找和排除故障往往十分困難。另外，當(dāng)產(chǎn)品更新?lián)Q代、生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線也須做相應(yīng)的變動(dòng)，而且這種變動(dòng)的工作量很大，工期長(zhǎng)，費(fèi)用高。隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)繼電器電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會(huì)小批量、多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，因 此，迫切需要一種新的更先進(jìn)的自動(dòng)控制裝置來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 可編程控制器的特點(diǎn) （ 1）編程簡(jiǎn)單，使用面向控制操作的控制邏輯語(yǔ)言。比如，梯形圖、順序功能流程圖。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工人易于掌握和使用它，便于普及和應(yīng)用。 （ 2）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適于在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下運(yùn)行。它完全不需要一般計(jì)算機(jī)所要求的環(huán)境。因?yàn)樗捎昧撕芏嘤布胧ㄆ帘?、濾波、隔離等）和軟件措施（故障的檢測(cè)與處理、信息的保護(hù)與恢復(fù)等），以提高可靠性，適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的要求 。 （ 3）系統(tǒng)采用了分散的模塊化結(jié)構(gòu)。這不但使之可針對(duì)各類 不同控制需要進(jìn)行組合，便于擴(kuò)展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。目前較高檔的 PC還配有各類智能化模板，如：模擬量 I/O 模板， PID 過(guò)程控制模板， I/O 通訊模板，視覺(jué)輸入、伺服及編碼等專用模板等等，大大提高了 PC 的功能與適應(yīng)性 。 （ 4）由于 PC 采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)，故可將其設(shè)計(jì) 的 緊湊、堅(jiān)固、小體積，再加上它的可靠性， PC 易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 （ 5）相對(duì)于繼電器邏輯控制而言， PC 可節(jié)省大量繼電器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序來(lái)執(zhí)行控制功能，使其靈活易于 修改。這一切都大大提高了其性能價(jià)格比 。 （ 6）目前中、高檔 PC 均具有極強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力。通過(guò)簡(jiǎn)單的組合可連成工業(yè)局域網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)間通訊。并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接主控級(jí)的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)對(duì)全廠的自動(dòng)化生產(chǎn)和管理都能進(jìn)行控制。 可編程控制器的分類 1） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù) 一般在 128 點(diǎn)一下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量 I/O 外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 2） 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256~1024 點(diǎn)之間。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 3） 大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)、具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通信聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型 PLC 還可 以采用 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著 PLC 性能價(jià)格比的不斷提高，微處理器的芯片及有關(guān)的元件價(jià)格大大降低，PLC 的成本下降； PLC 的功能大大增強(qiáng)，因而 PLC 的應(yīng)用日益廣泛。目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行業(yè)。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 1) 開(kāi)關(guān)量邏輯控制 單臺(tái)設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線。如機(jī)床控制、沖壓機(jī)械、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸、包裝機(jī)械的控制，電梯的控制、化工系統(tǒng)的控制、冶金系統(tǒng) 的軋機(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，各種生產(chǎn)線的控制。 2) 運(yùn)動(dòng)控制 專業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度進(jìn)行控制。 3) 閉環(huán)過(guò)程控制 對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量閉環(huán)控制，通過(guò)模擬量模塊實(shí)現(xiàn)模數(shù)間轉(zhuǎn)換并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)比例、積分、微分控制。 4) 數(shù)據(jù)處理 可編程控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作功能可完成數(shù)據(jù)采集分析處理。 5) 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間以及 PLC 與其智能設(shè)備之間的通信，如與變頻器的通信。 PLC 和計(jì)算機(jī) 之間可以構(gòu)成 “ 集中管理，分散控制 ” 的多級(jí)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和 編程 裝置組成（見(jiàn)圖 51）。 PLC 的特殊功能模塊用來(lái)完成某些特殊任務(wù)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 輸 入模 塊C P U 模 塊輸 出模 塊編 程 裝 置A C接 觸 器電 磁 閥可 編 程 控 制 器按 鈕選 擇 開(kāi) 關(guān)位 置 開(kāi) 關(guān)電 源 圖 51 PLC 控制系統(tǒng)圖 在系統(tǒng)配置時(shí)，當(dāng)輸入 /輸出端口不夠時(shí)可以通過(guò)擴(kuò)展來(lái)增減 I/O 的數(shù)量，也可以擴(kuò)展其他模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。如圖 52 所示為一個(gè)完整的系統(tǒng)組成。 編 程 工 具 C P U 主 機(jī) 擴(kuò) 展 模 塊 人 機(jī) 界 面 通 信 設(shè) 備 功 能 模 塊 圖 52 PLC 系統(tǒng)組 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) PLC 硬件簡(jiǎn)化框圖入如圖 53 所示，各組成部分功能如下 : 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 特種功能 單元 P L C 輸入單元 C P U 電源 存儲(chǔ)器 擴(kuò)展接口 通信接口 輸出單元 系統(tǒng)程序存儲(chǔ) 用戶程序存儲(chǔ) 打印機(jī) 編程器 指示燈 擴(kuò)展單元 接觸器線圖 行程開(kāi)關(guān) 按鈕 圖 53 PLC 的結(jié)構(gòu) 中央處理器 CPU 是 PLC 的總指揮，主要完成以下幾個(gè)功能。 1） 將輸入信號(hào)送入 PLC 存儲(chǔ) 2） 按存放的先后順序取出用戶指令并進(jìn)行編譯 3） 完成用戶指令規(guī)定的各種操作 4） 將結(jié)果送到輸出端 5） 響應(yīng)各種外圍設(shè)備的請(qǐng)求 存儲(chǔ)器 PLC 主機(jī)內(nèi)部配有兩種存儲(chǔ)器。一種是隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM），可以隨時(shí)由 CPU 對(duì)它進(jìn)行讀出、寫入，主要是用來(lái)存放各種暫存的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及用戶正在調(diào)試的程序。另一種是只讀存儲(chǔ)器 (ROM)， CPU 只能從中讀取而不能寫入，主要存放監(jiān)控程序、模擬化應(yīng)用功能子程序、命令解釋和各種系統(tǒng)參數(shù)等系統(tǒng)程序， PLC 出廠時(shí)事先存儲(chǔ)在 ROM芯片中，開(kāi)機(jī)后便可運(yùn)行其中的程序。 輸入、輸出模塊 它是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備之間的聯(lián)系橋梁。為保證 PLC 能可靠工作，在 PLC 的接口單元上采取了光電隔離和濾波 把 PLC 和外部電路隔開(kāi)，提高其抗干擾能力。 I/O 點(diǎn)的通斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，外部接線一般采用接在模塊 面板接線端子上。某些模塊使用可拆卸的插座端子板，不許斷開(kāi)端子板的外部連線，就可以迅速的 更換 模塊。 點(diǎn) 數(shù)多、高密度的 I/O 模塊的外部接線一般用插座接線，用戶可選用連接插座的 電路 和端子板。 1）輸入模塊 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 輸入電路由 RC 濾波電路，防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng) 造成 外部干擾脈沖引起錯(cuò)誤輸入信號(hào)。濾波電路延遲時(shí)間典型值為 1020ms（信號(hào)上升沿）和 2050ms(信號(hào)下降沿 )，輸入電流為數(shù)毫安。 S7200 的濾波電路延遲時(shí)間可用編程軟件中的系統(tǒng)塊設(shè)置，圖 53 是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖，圖中只畫出了一條輸入電路，輸 入電流為數(shù)毫安。 1M 是同組輸入點(diǎn)各內(nèi)部輸入電路的公共點(diǎn)。 S7200 可以用 CPU 模塊輸出的DC24V 電源輸入回路的電源，它還可以為接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類的傳感器提供 DC24V電源。 0 . 01 M內(nèi)部電路P L C5 . 6 KΩ1 KΩ 圖 54 輸入電路 當(dāng)圖 54 中的外接觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中的兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管中的一個(gè)亮，光敏三極管導(dǎo)通；外接觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，光耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。顯然，可以改變圖 64 中的輸入回路的電源極性。 交流輸入方 式適合在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。輸入電壓有 110V、 220V 兩種。直流輸入電路的延時(shí)時(shí)間短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。 2)輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載的雙向晶體管，以及既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。輸出電流的典型值為 ，允許輸出電流額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。 圖 55 是繼電器輸出電路，繼電器同時(shí)起隔離和功率放大的作用，每一路只給用戶提供一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)。與觸點(diǎn)并聯(lián)的 RC 電路和壓敏電阻用來(lái)消除觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí) 產(chǎn)生的電弧。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 內(nèi)部電路A C繼 電 器負(fù) 載P L C 圖 55 繼電器輸出電路 圖 56 是使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ MOSFET）的輸出電路。輸出信號(hào)送給內(nèi)部電路中的輸出鎖存器，再經(jīng)光電耦合器送給場(chǎng)效應(yīng)晶體管，后者的飽和 導(dǎo)通狀態(tài) 和截止?fàn)顟B(tài)相當(dāng)于觸點(diǎn)的接通和斷開(kāi)。圖中的穩(wěn)壓管用來(lái)抑制管段過(guò)電壓和外部的浪涌電壓，以保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出電路的工作頻率可達(dá) 20~100HZ。 內(nèi)部電路1 L +0 . 2D C 2 4 V負(fù) 載P L C 圖 56 場(chǎng)效應(yīng)管輸出電路 S7200 的數(shù)字量 擴(kuò)展模塊中海油一種用雙向晶體管作為輸出元件的 AC230V 的輸出模塊。每點(diǎn)額定輸出電流為 ,負(fù)載為 60W。最大漏電流 ，接通到斷開(kāi)的最大時(shí)間為 +AC 半周期。 繼電器輸出模塊的使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但動(dòng)作時(shí)速度較慢，壽命有一定限制。場(chǎng)效應(yīng)晶體管型模塊用于直流負(fù)載，它的可靠性高、反應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，但過(guò)載能力稍差。 電源 PLC 的工作電源一般為單相交流電源，也有用直流 24V 供電的。 PLC 對(duì)電源的穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值 +15%~15%的范圍波動(dòng)。 PLC 中都有一個(gè)穩(wěn)壓電源。有的 PLC 與 CPU 合為一體，有的 PLC，特別是大中型 PLC 作為備有電源模塊；有些 PLC 電源部分還提供 24V 穩(wěn)壓輸出，用于對(duì)外部分傳感器供電。 I/O 擴(kuò)展機(jī) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 每種 PLC 都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，以便根據(jù)控制要求；靈活組合系統(tǒng)。 PLC 擴(kuò)展模塊內(nèi)不設(shè) CPU，僅對(duì) I/O 通道進(jìn)行擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 編程器等相關(guān)設(shè)備 這些設(shè)備是為了充分利控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件和軟件資源，而設(shè)計(jì)出來(lái)的輔助工具。 1） 手持編程器 自從出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程軟件，通過(guò)通信設(shè)備使 PLC 和計(jì)算機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上編程。 2） 計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)在 PLC 系統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用， PLC 系統(tǒng)從工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、編程、調(diào)劑到系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，幾乎都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)。 3） 人機(jī)界面 文本顯示區(qū)可顯示兩行信息的液晶顯示 LCD。人機(jī)界面可顯示從 CPU主機(jī)讀出的信息；可以調(diào)整運(yùn)行中選中的程序變量；可以提供對(duì)輸入輸出點(diǎn)的強(qiáng)制功能等。 PLC 的軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)有系統(tǒng)程序和用戶程序組成。 1） 系統(tǒng)程序 PLC 系統(tǒng)程序有三種類型 （ 1） 系統(tǒng)管理程序 它決定系統(tǒng)的工作節(jié)拍，包括 PLC 運(yùn)行管理、存儲(chǔ)空間管理和系統(tǒng)自診斷管理。 （ 2） 用戶程序編輯和指令解釋程序 編輯程序能將用戶程序變?yōu)閮?nèi)碼形式以便程序的修改、調(diào)試。解釋程序能將編程語(yǔ)言變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言以便操作運(yùn)行。 （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)子程序與調(diào)用管理程序 為提高 執(zhí)行 速度，在程序執(zhí)行中處理某些信息或特殊運(yùn)算等是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)子程序完成的。 2） 用戶程序 根據(jù)系統(tǒng)配置和控制要求編輯用戶程序，是 PLC 應(yīng)用于工業(yè)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。PLC 編程語(yǔ)言多種多樣，最常用編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、邏輯符號(hào)圖、順序功能圖、高級(jí)語(yǔ)言。 可編程控制器 PLC 的工作原理 PLC 是