【導(dǎo)讀】蕆衿莂莈薆羈膅芄薅肅羈薃薄袃膃蕿薃羅肆蒅薂肈節(jié)莁薂螇肅芇薁袀芀薆薀肅蒁蠆肄羋莇蚈螄肁芃蚇羆芇艿蚆聿腿薈蚆螈蒞蒄蚅袀膈莀蚄羃莃芆蚃肅膆薅螂螅罿蒁螁袇膄莇螀聿羇莃螀蝿芃艿蝿袁肅薇螈羄芁蒃螇肆肄荿袆螆艿芅裊袈肂薄襖羀芇蒀襖膃肀蒆袃袂莆莂葿羄腿羋蒈肇莄薆蒈螆膇蒂蕆衿莂莈薆羈膅芄薅肅羈薃薄袃膃蕿薃羅肆蒅薂肈節(jié)莁薂螇肅芇薁袀芀薆薀肅蒁蠆肄羋莇蚈螄肁芃蚇羆芇艿蚆聿腿薈蚆螈蒞蒄蚅袀膈莀蚄羃莃芆蚃肅膆薅螂螅罿蒁螁袇膄莇螀聿羇莃螀蝿芃艿蝿袁肅薇螈羄芁蒃螇肆肄荿袆螆艿芅裊袈肂薄襖羀芇蒀襖膃肀蒆袃袂莆莂葿羄腿羋蒈肇莄薆蒈螆膇蒂蕆衿莂莈薆羈膅芄薅肅羈薃薄袃膃蕿薃羅肆

　　

【正文】 展能力。在擴(kuò)展 時(shí)，必須能以系統(tǒng)最小的變動(dòng)及最短的更換和停機(jī) 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 共 47 頁 時(shí)間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴(kuò)展到系統(tǒng)的最大配置。 (9)在購買和安裝費(fèi)用上，應(yīng)有與原有繼電輯控制系統(tǒng)的競爭力，即有高的性能價(jià)格比。 (10)用戶存儲(chǔ)器容量至少在 4KB 以上。 (根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車裝配過程的要求提出 ) 從上述十項(xiàng)指標(biāo)就可以看出，它實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器的最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為四點(diǎn)： (1)用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤。 (2)用程序代替硬件接線。 (3)輸入輸出電平可與外部裝置真接連接 。 (4)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展。 2． 2 可編程序控制器發(fā)展的幾個(gè)階段 可編程序控制器的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可編程序控制器的 發(fā)展，而可編程序控制器的發(fā)展又對(duì)這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。 從控制功能來分，可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個(gè)階段。 第一階段。從第一臺(tái)可編程序控制器問世到 20 世紀(jì) 70 年代中期，是可編程序控制器的初創(chuàng)階段。這一階段的產(chǎn)品主要用于邏 輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)運(yùn)算，它的 CPU 由中小 規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，它的控制功能較簡單。 第二階段。從 20 世紀(jì) 70 年代中期到末期，是可編程序控制器的擴(kuò)展階段，在這一 階段，產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展，它的發(fā)展主要來自兩方面，從可編程序 控制器發(fā)展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能：而從 模擬儀表發(fā)展而來的控制器，其功能主要是模擬運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能。因此，按習(xí)慣的分類方法，前者被稱為可編程序邏輯控制器 (PLC)，后者被稱為單回路或多回 路控制器?？删幊绦蚩刂破?的名稱縮寫為 Pc(Progrmmable Controller)，但是為了與 個(gè)人計(jì)算機(jī) (Personal Computer)的名稱縮寫 Pc 相區(qū)別，通常還是把可編程序控制器 筒稱為 PLC，這一階段的產(chǎn)品有 MODICON 公司的 18 28 384，西門子公司的 SYMATIC S3 系列，富士電機(jī)公司的 sc 系列等產(chǎn)品。 PLC 控制電梯的 電氣 設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 47 頁 第三階段。從 20 世紀(jì) 70 年代末期到 20 世紀(jì) 80 年代中期，是 PLC 通信功能實(shí)現(xiàn)階段。與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展相聯(lián)系， PLC 也在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是，由 于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，因此，各產(chǎn)品的互相通信是較困難的。在該階段，由于生產(chǎn)過程控制的需要，對(duì) PLC 的需求大大增加，產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展，數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能得到了較大的擴(kuò)充，產(chǎn)品的可靠性迸一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的 SYMATIC S6 系列、富士電機(jī)公司的MICREX 和德州 儀器公司的 T1530 等等。 第四階段，從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始是 PLC 的開放階段。由于開放系統(tǒng)的提出，使 PLC 也得到了較大的發(fā)展。主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開放，使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使 用戶得到了好處。在這一階段，產(chǎn)品的規(guī)模增大，功能不斷完善，大中型的產(chǎn)品多數(shù)有 CRT 屏幕的顯示功能，產(chǎn)品的擴(kuò)展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級(jí)編程語言等。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的 SYmATIC S5 和 S7 系列、 AB 公司的 PLC5 等。 2． 3 PLC 的定義和特點(diǎn) 2． 3． 1 PLC 的定義 由于 PLC 在不斷發(fā)展，因此，對(duì)它下一個(gè)確切的定義是困難的。在二十世紀(jì)七十年代 PLC 問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(huì)對(duì) PLC 下過如下的定義： PLC 是一種數(shù)字式的電 子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn) 算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。 1982 年，國際電工委員會(huì) (International Electrical CommitteelEe)頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案， 1985 年提交了第 2 版， 1987 年的第 3 版對(duì) PLC 作了如下的定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù) 字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它有與其他華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 共 47 頁 順序控制裝置不同的特點(diǎn)。 2． 3． 2 PLC 的特點(diǎn) PLC 能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)： 1．可靠性對(duì)可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 PLc 的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面。 (1)與繼電器邏輯控制 系統(tǒng)比較， PLC 可靠性提高的主要原因： 1)PLC 不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。 2)PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。 3)PLC 有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此對(duì)操作和維修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。 (2)與通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較， PLC 可靠 性提高的主要原因： 1)PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡化的編程語言，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。因此， PLC 的可靠性較通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高。 2)在 PLC 的硬件設(shè)計(jì)方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先進(jìn)的工藝制造流水線生產(chǎn)：對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對(duì)電源的掉電保護(hù)、存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)并采用看門狗和其他自診斷措 施、便于維修的設(shè)計(jì)等等。 3)在 PLC 的軟件設(shè)計(jì)方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護(hù)和恢復(fù)、報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等等。 一份用戶選用 PLC 原因的調(diào)查報(bào)告指出，在各種選用 PLC 的原因中，第一位的原因是由于 PLC 可靠性高的用戶達(dá) 93％。其次，才是性能和維修方便等原因。可見，可靠性高是 PLC 的主要特點(diǎn)。 2．易操作性 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面： PLC 控制電梯的 電氣 設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 47 頁 (1)操作方便對(duì) PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多 數(shù) PLC 采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用 CRT 屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或觸點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 屏幕上顯示。所以 PLC 具有操作方便的特點(diǎn)。 (2)編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語言時(shí)，由于符號(hào)是功能 的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級(jí)描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用：并發(fā)揮出更有效的功能特點(diǎn)。 3)維修方便 PLC 所具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低了。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號(hào)燈的提示和故障 代碼的顯示，或通過編程器和 CRT 屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間。 為便于維修工作的開展，有些 PLC 的制造企業(yè)提供 了維修用的專用儀表或設(shè)備，提供了故障樹等維修用的資料。有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作 變得十分方便。 PLC 的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也考慮了維修的方便性，例如，對(duì)需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號(hào)燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，從而大大節(jié)省維修時(shí)間。 采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。 3．靈活性 PLC 的靈活性表現(xiàn)在下列三方面： (1)編程的 靈活性 PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進(jìn)行編程。編程方法的多樣性 使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備 更換時(shí)，可以不必改變 PLC 的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 共 47 頁 PLC 能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元 (FMc)、柔性制造系統(tǒng) (雕 s)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (cIMS)和計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng) (CIPS)中， PLC 正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。 (2)擴(kuò)展的靈活性 PLC 的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要的特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展，功能的擴(kuò)展，應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入輸出單元來增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元來擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)PLC 的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng) (DcS)或其他上位機(jī)的通信來擴(kuò)展它的功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴(kuò)展的靈活性大大地方便了用戶。 2． 4 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的型號(hào)、規(guī)格繁多。它主要由中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出等部分組成。 1．中央處理單元 CPU CPU 是 PLC 的核心，其主要作用是： (1)接收從編程器輸入的用戶程序，并存入程序存儲(chǔ)器中； (2)用掃描方式采集現(xiàn)場輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器； (3)執(zhí)行用戶程序，從程序存儲(chǔ)器中逐條取出用戶程序，經(jīng)過解釋程序解釋后逐條執(zhí) 行，完成程序規(guī)定的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制輸出電路，實(shí)現(xiàn)程序規(guī)定的各種操作； (4)通過故障自診斷程序，診斷 PLC 的各種運(yùn)行錯(cuò)誤。 因此， CPU 的性能對(duì) PLC 的整機(jī)性能有著決定性的影響。 2．存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。 (1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序 (系統(tǒng)軟件 )。系統(tǒng)程序是 PLC 研制者所編的程序，它是決定 PLC 性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、標(biāo)準(zhǔn)子程序庫及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在 ROM 或 EPROM 中， 用戶不能直接存取。系統(tǒng)程序用 來管理、協(xié)調(diào) PLC 各部分的工作，翻譯、解釋用戶程PLC 控制電梯的 電氣 設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 47 頁 序，進(jìn)行故障診斷等 (2)用戶程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放用戶程序 (應(yīng)用軟件 )。用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并根據(jù) PLC 的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng) CPU 存放入用戶存儲(chǔ)器。為便于程序的調(diào)試、修、擴(kuò)充、完善，該存儲(chǔ)器使用 RAM。 (3)變量 (數(shù)據(jù) )存儲(chǔ)器 變量存儲(chǔ)器存放 PLC 的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、怕寄存器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 中邏輯變臉的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在 CPU 進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)需隨時(shí)讀出、更新有關(guān)內(nèi) 容，所以， 變量存儲(chǔ)器也采用 RAM?，F(xiàn)今用戶程序存儲(chǔ)器和變量存儲(chǔ)器常采用低功耗的 CMOS． R AM 及鋰電池供電的掉電保持技術(shù)，以提高運(yùn)行可靠性。通常 PLC 產(chǎn)品資料中所指的內(nèi)存儲(chǔ)器容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言，且以字 (16 位／字 )為單位來表示存 儲(chǔ)器的容量。 3．輸入輸出接口 (簡稱 I／ 0) 輸入輸出接口是 CPU 與工業(yè)現(xiàn)場裝置之間的連接部分，是 PLC 的重要組成部分。與微機(jī)的 I/O 接口工作于弱電的情況不同， PLC 的 I／ 0 接口是按強(qiáng)電要求設(shè)計(jì)的，即其輸入接口可以接受強(qiáng)電信號(hào)，其輸出接口可以直接和強(qiáng)電設(shè)備相連接。 對(duì)于小型 PLC，廠家通