【正文】 上得到讀出行譯碼，最后， CPU 執(zhí)行指令規(guī) 定的操作，如讀取輸入信號，取操作數(shù)，進行邏輯運算或算術運算，并將運算結果輸出給有關部件。CPU 按掃描方式工作，從規(guī)定著的地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停的周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。 不同型號的 PLC 使用不同的 CPU 部件，制造廠家使用 CPU 部件的系統(tǒng)指令編寫系統(tǒng)程序， 并固化到只讀存儲器 RAM 中。 (1)CPU 的組成 CPU 一般是由控制電路、運算器和總線等部件組成，這些電路一般都集成在一個芯片上。其最短的 I/O 響應時間與最長 I/O 響應時間如圖所示： 第（ n 1 ）個 第 n 個掃描周期 第（ n + 1 ）個 掃描周期 掃描周期 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 輸入采樣 輸入采樣 輸出刷新 最短 I / O 響應時間 第 n 個掃描時間 第 n + 1 個掃描周期 輸入 采樣 用戶程序執(zhí)行 輸出刷新 輸入采樣 用戶程 輸出刷新 序執(zhí)行 最長 I / O 響應時間 圖 I/O 響應時間 以上是一般的 PLC 的工作原理，但在現(xiàn)代出現(xiàn)的比較先進的 PLC 中，輸入映象刷新循環(huán)、程序執(zhí)行循環(huán)和輸 出映象刷新循環(huán)已經(jīng)各自獨立工作，提高了 PLC 的執(zhí)行效率。 以上兩個主要原因，使得 PLC 的 I/O 響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿得多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。 切紙術畢業(yè)論文 張健 15 圖 掃描周期流量圖 2． PLC 的 I/O 響應時間 為了增強 PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個開關量輸入端都采用光電藕等技術。 程序 1 程序 2 當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。 這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不同。比較下面 切紙術畢業(yè)論文 張健 14 這兩段程序執(zhí)行的結果完全一樣，但在 PLC 中執(zhí)行的過程卻不一樣。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應外設。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描 梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右，先上后下的順序?qū)τ筛饔|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的序?qū)τ筛饔|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該程序過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀 態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式 ——掃描方式。 (2)PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的。而 PLC 上一以反復掃描的方式工作的，這是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說 PLC 是以串行方式工作的。由于 PLC 是采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸入輸出響應速度受掃描周期的影響較大。完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周期周而復始的進行。當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出狀態(tài)存儲器的狀態(tài)通過輸出部件轉換成被控制設備所能接受的電壓或電流信號 ，以驅(qū)動被控設備，切紙術畢業(yè)論文 張健 12 這就是輸出刷新階段。 CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對輸入和輸出的狀態(tài)進行處理，即按程序?qū)?shù)據(jù)進行邏輯、運算，再將正確的結果送到輸出狀態(tài)存儲器中，這就是程序執(zhí)行階段。 PLC 的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到狀態(tài)存儲器，也即輸入采樣階段。如果有與計算機的通信請求，也在這段時間內(nèi)發(fā)送完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務。 第二階段：與編程器或計算機通信。洗診斷內(nèi)容分為 I/O、存儲器、 CPU 等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。 第一階段：自診斷。整個工作過程可分為 5 個階段：自診斷，與編程器或計算機等的通信，現(xiàn)場輸入信號的采集，用戶程序執(zhí)行，輸出結果。 PLC 則采用循環(huán)工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放，其工作方式如圖 32 所示，掃描周期如圖 33 所示，即 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)。 . PLC 基本工作原理各與單元的作用 PLC 與普通微機在許多方面有相似之處，但其工作方式卻與微機有很大的不同。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調(diào)整電路的接線來改變控制功能的，調(diào)試時費時又費力。 控制系統(tǒng)的設計高度周期短 由于 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的控制，所以設計人員可以在實驗室里設計和修改程序 。因此它即可對開關量進行控制，又可對模擬量進行控制，也可遠距離對生產(chǎn)過程進行控制。而用繼電器控制時， 需使用大量時間繼電器、計數(shù)器、進步控制開關等設備，其準確性與可靠性無法與 PLC 相比。而 PLC 的輸入 /輸出接口已經(jīng)做好，其輸入接口具有較強的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等強電電器連接，接線簡單，使用方便。大多數(shù) PLC 采 用類似繼電器控制電路的 “梯形圖 ”語言編程，清晰直觀，簡單易學，了解繼電器控制線路的電氣技術人員很容易接受。 由于采取了以上措施， PLC 的抗干擾能力和可靠性得到了大大的提高。其三，加強對程序的檢查和校驗，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警，并停止程序的執(zhí)行。故障排除后立即恢復到故障前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行程序。 (2)軟件方面采取的措施 其一，對掉電、欠電壓、后備電池電壓過低及強干擾信號等， PLC 通過監(jiān)控程序定時的進行檢測。因此 PLC 被譽為 “專為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境而設計的計算機 ”。而在 PLC 控制系統(tǒng)中大量的開關動作是由切紙術畢業(yè)論文 張健 9 無觸點的半導體電路來完成，因此 PLC 可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場而穩(wěn)定的工作。 、可靠性高 繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。一臺 PLC 可以用于不同的控制系統(tǒng)中，只不過改變了其中的程序罷了。 PLC 是利用存儲在主機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。 PLC 優(yōu)越的性能表現(xiàn)在以下幾個方面： 繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要使用 大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組裝來完成電路的連接。因此， PLC 在硬件設計時更注重 I/O 接口技術和抗干擾等問題的解決。當今工業(yè)控制中信息處理最為常用的方式是采用微處理機技術， PLC 也是利用微處理機技術將其應用于 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，使其專業(yè)化?？删幊炭刂破鲗嵤┛刂频幕驹硎前匆欢ㄋ惴▽崿F(xiàn)輸入、輸出變換，并加以物理實現(xiàn)?？梢灶A見， PLC 技術的推廣應用會使我國的工業(yè)自動化水平產(chǎn)生一個革命性的飛躍。許多企業(yè)在 PLC 的應用方面進行了積極的探索，取得了成功的經(jīng)驗和良好的效益。 1977 年，我國采用美國 Motorola 公司的一位機集成芯片，研制成功了國內(nèi)第一臺有實用價值的 PLC。為了進一步擴大 PLC 在工業(yè)自動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業(yè)的不同需要， PLC 產(chǎn)品大致向 兩個方向發(fā)展：小型 PLC 向體積縮小、功能增強、速度加快、價格低廉的方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制，更便于實現(xiàn)機電一體化；大中型 PLC 向可靠性、高速度、多功能、網(wǎng)絡化的方向發(fā)切紙術畢業(yè)論文 張健 8 展，將 PLC 系統(tǒng)的控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行綜合性的自動控制。功能完備的 PLC 不僅能滿足控制的要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。如今大、中、甚至小型 PLC 都配有 A/D、 D/A 轉換及算術運算功能，有的還具有 PID 功能。隨著微電子技術的迅猛發(fā)展， 80 年代中期， PLC 幾乎完全計算機化，其速度更快、功能更強， PLC 的各種智能化模塊不斷的被開發(fā)出來，一些廠家還推出了 PLC 的計算機輔助編程軟件，許多小型 PLC 的性能也不可小視。 1971 年，日本引進了這項技術并開始生產(chǎn) PLC。根據(jù)這種設想， 1969年美國數(shù)字設備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺 PLC，并在美國 GM 公司的汽車自動裝置生產(chǎn)線上試用獲得成功。 首先提出 PLC 概念的是美國最大的汽車制造廠家通用公司（ GM）。傳統(tǒng)的繼電器控制對頻繁變動的生產(chǎn)線很不適應。 切紙術畢業(yè)論文 張健 7 PLC 是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù) 字式、模擬式的輸入與輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。但個人計算機（ Personal Computer）也常簡稱 PC，為避免混淆，可編程控制器仍被稱為 PLC。因此，可編程控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC。 可編程控制器簡介 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 可編程控制器是以自動控制技術、微機技術和通信技術為基礎發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已被廣泛應用于各個領域。其中應用最多的是進行開關邏輯控制。隨著微機技術的發(fā)展和新電子器件的不斷出現(xiàn)， PLC 技術必將得到更大的發(fā)展，成為工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎控制設備之一。它比傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)控制精度高、時間響應快、改變控制程序方便、開發(fā)周期大大縮短，而且設備體積小、能耗少。卸下后，再啟動小車左行，重新返回到剪切機下，開始下一車的工作循環(huán)。光電接近開關 SQ7 對落入小車的板料進行檢測并產(chǎn)生計數(shù)脈沖。當壓塊到位，板料壓緊時，壓塊下限開關 SQ3 閉合，剪切電動機起動，控制剪刀下落。當板料碰到行程開關 SQ1 時，送料停止。啟動時，小車應處于接料口位置，限位開關 SQSQ6 閉合。送料機 構 E、壓板 B、剪切刀 A、送料小車分別由 4 臺電動機拖動。剪板機的原理結構，如圖 3?1 所示： 圖 剪切板原理結構示意圖 系統(tǒng)由送料、定位壓緊、剪切、自動傳送 4 個部分組成。 切紙術畢業(yè)論文 張健 5 3 硬件設計與分析 原繼電器控制電路與分析 剪板機原來采用繼電器 —接觸器控制，但控制系統(tǒng)較復雜，大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設備的工作效率。 ⑤ 送紙結束后，主傳動輸出恢復 高速，由于時間繼電器 SJ1 延時時間達到，接點斷開，繼電器 Z6， Z7 失電，使 K1 失電， Z9， C4 得電。刀車電機 MZ 與切刀電機 M3， M4， M5 同時啟動切割紙板。 ③ 導輥停止后，紙板在導輥上仍然存在慣性滑動，由時間繼電器 ST2 的延時作用來調(diào)節(jié)紙副的位置。 ② 當切紙機導輥從造紙機上接到紙板 傳到預想位置時，由光電管 E1 向時間繼電器 ST2 發(fā)出信號，經(jīng)中間繼電器 K1，控制繼電器 Z3， Z8 及 C4。調(diào)整器外裝兩只電位器，當導輥從造紙機上接紙板時為了順利地從造紙機上接到紙板，根據(jù)紙板的密度，原料和定量的不同情況，導輥速度要比造紙機上紙板傳輸速度高 1%—5%，由電位器 W1 設定。 （ 4） 控制要求： ① 導輥的速度由主傳動機控制。刀車再由另一側向原方向運動進行下一次切割過程。 切紙術畢業(yè)論文 張健 4 ③ 導輥向接紙臺傳送已切割完畢的紙板。紙板切割機的加工工藝過程如下： ① 啟動設備，切紙機導輥從造紙機上接到紙板傳到預想位置。在此基礎上確定 PLC 的機型。 對于 PLC 程序設計采取以下幾步： （ 1） 根據(jù)原繼電器控制電路和工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作，確定這些動作之間的關系及完成這些動作的順序。 設計思路 本設計包括硬件配置和軟件程序設計兩部分。 本 PLC 控制系統(tǒng)的具體指標要求是：對導輥從造紙機上接紙板的線速度比造紙