【正文】 編制 PLC 程序（梯形圖或指令代碼） 將 PLC 的 I/O 位分配給輸入輸出設(shè)備 確定系統(tǒng)必須完成的各項(xiàng)任務(wù)及其順序 南昌大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 3. 7. 2 P LC 編程步驟 檢查程序 有無錯(cuò)誤 運(yùn)行程序 有無錯(cuò)誤 程序投入使用 通過 PC機(jī)、 GPC 或 FIT 輸入程序至 PLC 修改程序 調(diào)整程序 NO YES YES NO 南昌大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 4 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分 電梯系統(tǒng)的硬件構(gòu)。 2) 語句表語言，類似于匯編語言。內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用。 （觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是 PLC 輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或 內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇 PLC 容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留 有余量。 2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到 16K 步，最大可擴(kuò)展到每 256 個(gè) I/O 點(diǎn)，有 5 種模擬量輸入 /輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、 4 種位置控制模塊、多種 RS232C/RS242/RS485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時(shí)器功能擴(kuò)展板，使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 FX2N 可編程序控制器簡(jiǎn)介 FX2N 是 FX 系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控 制器。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 （ 3）根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào)，可選用兩重化或三重化的 I/O 接口單元。 2． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。 (五 )冗余功能的選擇 1．控制單元的冗余 （ 1）重要的過程單元： CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 1： 1 冗余。 (四 )存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ) 器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 (三 )電源的選擇 PLC 的供 電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。 (二 )輸入、輸出模塊的選擇 輸入、輸出模塊的選 擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時(shí)間不大于 ；大中型 PLC 的掃描時(shí) 間不大于 。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。 (六 )處理速度 PLC 采用掃描方式工作。通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 (五 )診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。在線編程 方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。 (四 )編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求合理選用。PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 1） PC 為主站，多臺(tái)同型號(hào) PLC 為從站，組成簡(jiǎn)易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 2） 1 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式PLC 網(wǎng)絡(luò)； 3） PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； 4）專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口 （ RS2232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。 (三 )通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（ TCP/IP）相連接。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。 南昌大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 (一 )運(yùn)算功能 簡(jiǎn)單 PLC 的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通 PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護(hù)電路代替熔斷器。額定負(fù)載電流還與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)額定負(fù)載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線。輸出電流的典型值為 ~2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)提供。光電耦合器中有兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個(gè)電路可以接收外部的交流輸入電壓。（如圖 ） 圖 b 輸入電路 當(dāng)圖 中的外接觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光 二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。圖中的輸入觸點(diǎn)直接接在公共點(diǎn)和輸入端（ 400 是梯形圖中輸入繼電器的編號(hào)）之間，不需要外接電源。濾波電路延遲時(shí)間的典型 值為 10~20ms（信號(hào)上升沿）和 20~50ms（信號(hào)下降沿），輸入電流約為 10mA，上圖 是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖。開關(guān)量 I/O 模塊可能 4， 8， 16， 32， 64 點(diǎn)。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流 220V輸入模塊的允 許低電壓為 0~70V，高電壓為 70~256V，頻率為 47~63HZ。 4. 開關(guān)量 I/O 模塊 開關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。 編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運(yùn)行。 I/O 模塊除了 傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。 CPU 模塊的工作電壓一般是 5V，而可編程序控制器的輸入 /輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流 24V 和交流 220V。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接收開關(guān)、關(guān)電開關(guān)、壓力繼電器等來 的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。 2 . I/O 模塊 I/O 模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和 CPU 模塊的橋梁。 (2)程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。 CPU 的作用類似于人類的大腦和心臟?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU（中央處理單元）、存儲(chǔ)器（ RAM 和 EPROM）、輸入 /輸出模塊（簡(jiǎn)稱 I/O 模塊）、編程器和電源五大部分組成。 PLC 的體系結(jié)構(gòu) PLC 實(shí) 質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。 (3)輸出刷新階段 在輸出刷新階段， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。 圖 PLC 的掃描運(yùn)行方式 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。 不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種 類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系?？删幊绦蚩刂破魈幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作（見右圖），圖中僅畫出了與用戶程序執(zhí)行過程有關(guān)的 3 個(gè)階段。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能南昌大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。 3． 3 PLC 的工作原理 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。操作的靈活性是指設(shè)計(jì)的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。這種擴(kuò)展的靈活性大大地方便了用戶。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。在柔性制造單元 (FMC)、柔性制造系統(tǒng) (FMS)、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)qb， 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。這種編程的靈活性是繼電器 J 頤序控制系統(tǒng)所不能比擬的。編程方法的多樣性使編程方便 ，應(yīng)用面拓展。 (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 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。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。 ③維修方便。采用布爾助記符編程語言時(shí)，由于符號(hào)是功能的簡(jiǎn)單縮寫，十分有利于編程人員的編程。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 PLC 具有操作方便的特點(diǎn)． ②編程方便。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。大多數(shù) PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和更改的操作。 (2)易操作性 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面： ①操作方便。其次，才是性能和維修方便等原因。例如，采用軟件濾波，軟件自診斷、簡(jiǎn)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。例如，采用可靠性高的元件；采用先迸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。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。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