【正文】 。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題。 控制繼電器存在的缺點(diǎn) 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 可靠性和可維護(hù)不同，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損，電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線(xiàn)多，所以可靠性和可維護(hù)性差。 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制不同，電器控制 系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化影響，定時(shí)精度不高。 組成器件不同，繼電器控制線(xiàn)路是許多真正的硬繼電器組成的，而梯形圖是由許多所謂“軟繼電器”組成的。而 PLC 的用戶(hù)程序按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱(chēng)為串聯(lián)工作方式。系統(tǒng)連線(xiàn)少，體積小，功耗小，而且 PLC 所謂“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無(wú)限的， PLC 系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大性質(zhì)。用戶(hù)可以選擇 CPU 單元、通信單元、電源單元或 I/O 單元甚至整個(gè)系統(tǒng)的冗余配置，使得整個(gè) PLC 系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步加強(qiáng)。隨著專(zhuān)用集成電路 (ASIC， Application Specific Integrated Circuits) 和 表 面 安 裝 技 術(shù) (SMT ， SurfaceMout Technology)在 PLC 硬件 設(shè)計(jì)上的運(yùn)用，使得 PLC 產(chǎn)品硬件元件數(shù)量更少，集成度更高，體積更小，其可靠性更高。 IPC 型控制器除了采用梯形圖、指令表編程以外，還可以用 IEC1131 規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言以及 C、 Basic等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行編程。如 FESTO 總線(xiàn)、 Profibus、 ASI、 CAN 等，以 及各種網(wǎng)絡(luò)連接模塊，如 Novell 等，從而使 PLC 與 PLC、 PLC 與 PC、 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間建立通訊聯(lián)網(wǎng)。 (3) 進(jìn)一步強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)功能，以實(shí)現(xiàn)信息管理自動(dòng)化。例如，德國(guó)FESTO 公司的 IPC(Industrial PC)由一系列符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成，它與微機(jī)兼容且具有 PLC 的功能。此外，開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將 PLC 融入更加開(kāi)放的工業(yè)控制行業(yè)。隨著軟 PLC（ SoftPLC）控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有 SoftPLC 組態(tài)軟件和基于工業(yè) PC 控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng) PLC 供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng) PLC 的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開(kāi)放的高姿態(tài)。大多數(shù)人認(rèn)為， PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè) PC 面前， PLC 將會(huì)一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為 PLC 提供一定的市場(chǎng)份額。 PLC 需要解決的問(wèn)題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開(kāi)放性和 價(jià)格。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估 算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還要作綜合分析，要看使用了 PLC 能否帶來(lái)效益，然后，再分析使用哪家的 PLC效益更好些。一般講，同樣技術(shù)性能的PLC，價(jià)格低其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就好。所以，這個(gè)指標(biāo)也是重要的。其實(shí)，使用 PLC，還要考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 鑒于可靠工作是 PLC 的重要特點(diǎn)，至關(guān)重要，故有關(guān)提高 MTBF 及降低 MTTR的措施如何，以及 PLC 的 MTBF 與 MTTR 值也成為 PLC 性能的重要指標(biāo)。而從上式可知， MTBF 越大， MTTR 越小，則 A 越大。可靠措施的目的是增加 PLC 平均故障間隔時(shí)間、MTBF（ Mean Time Between Failure）及減少 PLC 的平均修復(fù)時(shí)間、 MTTR（ Mean Time ToRepair），以提高 PLC 的 有效度 A（ Availability）。 可靠控制 為使 PLC 能可靠工作，在硬件與軟件兩個(gè)方面 PLC 廠(chǎng)家都采取了很多措施，對(duì)一些特殊可靠要求的 PLC，還有相應(yīng)的特殊的措施，如熱備、冗余等等。這方面的軟件已日益受到重視。有的PLC 廠(chǎng)家或第三方廠(chǎng)家還開(kāi)發(fā)了使用 PLC 的組態(tài)軟件，用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 控制系統(tǒng)監(jiān)控，以及與 PLC 交換數(shù)據(jù)。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具有監(jiān)視 PLC 工作的功 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 能。只是要下力氣去開(kāi)發(fā)， 以及市場(chǎng)有這個(gè)需要。如 GE－ FANAC 的 PLC 就提供有可用 C 語(yǔ)言編程的軟件。而編寫(xiě)這個(gè)轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)與提供。關(guān)鍵在于要把用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言，或直接轉(zhuǎn)換成 PLC 所能識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言。 高級(jí)語(yǔ)言， PLC 編程也可以使用高級(jí)語(yǔ)言，如 BASIC、 C 語(yǔ)言等。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關(guān)系。這種語(yǔ)言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使 PLC程序結(jié)構(gòu)化。日本OMRON 公司開(kāi)發(fā)的 F 系列機(jī)就是使用這種語(yǔ)言。流程圖語(yǔ)言與符號(hào)語(yǔ)言也有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，只是它對(duì)應(yīng)的符號(hào)語(yǔ)言與梯形圖的對(duì)應(yīng)不一樣。多數(shù)是在計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 編程時(shí)，才使用這種語(yǔ)言。這種語(yǔ)言與符號(hào)語(yǔ)言有對(duì)應(yīng)關(guān)系，很容易互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的 PLC 都開(kāi)發(fā)有這種語(yǔ)言。所以，多數(shù) PLC 都配備有這種語(yǔ)言。它類(lèi)似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言， PLC的指令系統(tǒng)就是用這種語(yǔ)言表達(dá)的。它之所以能使用一些助記符語(yǔ)言、梯形圖語(yǔ)言、流程圖語(yǔ)言，以至高級(jí)語(yǔ)言，全靠為使用這些語(yǔ)言而開(kāi)發(fā)的種種軟件。 支持軟件 為了便于編制 PLC 程序，多數(shù) PLC 廠(chǎng)家都開(kāi)發(fā)有關(guān)計(jì)算機(jī)支持軟件。以上只是指出幾個(gè)例子，說(shuō)明要從哪幾個(gè)方面了解 PLC 指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎 樣影響 PLC 的性能。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄 PLC 及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)提高 PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。 流程控制指令，用以控制程序運(yùn)行流程。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 PLC 的指令繁多，但主要的有這么幾種類(lèi)型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制。你不懂 PLC 指令怎么編程，沒(méi)有程序， PLC 又怎么工作？ PLC 的指令越來(lái)越多，越來(lái)越豐富。內(nèi)部器件也是 PLC 指令的操作數(shù)，不 弄清楚是無(wú)法編程的。大型機(jī)的 DM 可達(dá) 10K 以至幾十 K。如日本 OMRON 公司的CQM1 機(jī)，其 DM區(qū)就有 6k 字。趨勢(shì)也是越來(lái)越大。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是PLC 進(jìn)行模擬量控制，或記錄數(shù)據(jù)所必不可少的。 可進(jìn)行什么樣的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍多大，怎么設(shè)定，有多少計(jì)數(shù)器，則是 PLC 計(jì)數(shù)器性能的代表指標(biāo)。定時(shí)器有多少，設(shè)定范圍有多大，設(shè)定值的分辨率又是多少，這些都代表定時(shí)器件的性能。 定時(shí)器，可進(jìn)行定時(shí)控制。再上電后可繼續(xù)丟電前的狀態(tài)。一般講，內(nèi)部繼電器數(shù)比 I/O 繼電器要多得多。它與 I/O 繼電器區(qū)相聯(lián)系著，有時(shí)與后 者相聯(lián)系進(jìn)行處理。它與 PLC 所能控制的 I/O 點(diǎn)數(shù)及模擬量的路數(shù)直接相關(guān)。它也是代表 PLC 性能的重要指標(biāo)。但通過(guò)運(yùn)行程序進(jìn)行使用時(shí)，給使用者提供的卻實(shí)實(shí)在在有這些器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。大型PLC 的內(nèi)存容量可達(dá)幾十 k，以至于一百多 k。內(nèi)存大，可存儲(chǔ)的程序量大，也就可進(jìn)行更為復(fù)雜的控制。 CPU 既要具備訪(fǎng)問(wèn)這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。用戶(hù)內(nèi)存主要用以存儲(chǔ)用戶(hù)程序，個(gè)別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。這就是把工作速度作為 PLC 第一指標(biāo)的原因。 工作速度關(guān)系到 PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響 應(yīng)速度，是 PLC 對(duì)系統(tǒng)控制是否及時(shí)的前提。多數(shù) PLC 都可對(duì)一個(gè)或多個(gè)輸入點(diǎn)作快速響應(yīng)，快速響應(yīng)時(shí)間僅幾個(gè)毫秒。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時(shí)刷新，即中斷程序運(yùn)行后，有關(guān)的輸出點(diǎn)立即刷新，而不等到整個(gè)程序運(yùn)行結(jié)束后再刷新。 為了處理急需響應(yīng)的輸入信號(hào)， PLC 有種種措施。對(duì)一般的輸入信號(hào)，這個(gè)延遲雖可以接受，但對(duì)急需響應(yīng)的輸入信號(hào)，就不能接受了。這個(gè)性輸入刷新正好結(jié)束，就是這種情況。 組成模塊 PLC 的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。規(guī)模大的 PLC 指令條數(shù)多，指令的功能也強(qiáng)，才能應(yīng)付對(duì)點(diǎn)數(shù)多的系統(tǒng)進(jìn)行控制的需要。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。如控制規(guī)模為 1024 點(diǎn)，那就得有 1024條 I/O 電路。這個(gè)區(qū)大，相應(yīng)地內(nèi)部器件也要增多，這些都要求有更大的系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)。規(guī)模大，用戶(hù)程序長(zhǎng)，要求有更大的用戶(hù)存儲(chǔ)區(qū)。所以，大型 PLC 的工作速度總是比小的要快。因?yàn)橐?guī)模大了，用戶(hù)程序也長(zhǎng)，執(zhí)行指令的速度不快，勢(shì)必延長(zhǎng) PLC 循環(huán)的時(shí)間，也必然會(huì)延長(zhǎng) PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)。 控制規(guī)模 控制規(guī)模代表 PLC 控制能力，看其能對(duì)多少輸入、輸出點(diǎn)及對(duì)多少路模擬進(jìn)行控制。控制不及時(shí)，就不可能準(zhǔn)確與可靠，特別是對(duì)一些需作快速響應(yīng)的系統(tǒng)。性能高的、大型的 PLC 響應(yīng)點(diǎn)數(shù)更多。 這個(gè)效果可從兩個(gè)方面來(lái)衡量：一是能否對(duì)幾個(gè)輸入信號(hào)作快速響應(yīng)；二是快速響應(yīng)的速度有多快。不同的 PLC 措施也不完全相同，提高響應(yīng)速度的效果也不同。對(duì)急需處理的輸入信號(hào)延遲多長(zhǎng)時(shí)間PLC 能予以響應(yīng)，要另作要求。這時(shí)，要多等待一個(gè)周期， PLC 的輸入映射區(qū) 才能接受到這個(gè)新的輸入信號(hào)。不理想時(shí)，還要多延長(zhǎng)一個(gè)周期。從討論 PLC 的工作原理知，從對(duì) PLC 加入輸入信號(hào)，到 PLC 產(chǎn)生輸出，最理想的情況也要延遲一個(gè) PLC運(yùn)行程序的周期。并隨著微處理器技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)時(shí)間還在縮短。但各種 PLC 總有一些基本指令，而且各種 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 的 PLC 都有這些基本指令 ，故常以執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間來(lái)衡量這個(gè)速度。少的幾十條，多的幾百條。 PLC 的指令是很多的。工作速度是 PLC 工作的基礎(chǔ)。 PLC 的功能 （ 1） 邏輯控制 （ 2） 定時(shí)控制 （ 3） 計(jì)數(shù)控制 （ 4） 步進(jìn)（順序）控制 （ 5） PID 控制（ 6） 數(shù)據(jù)控制 (PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力 )（ 7） 通信和聯(lián)網(wǎng) （ 8） 其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT 模塊。 （ 5） 安裝簡(jiǎn)單維修方便 。 （ 4）編程簡(jiǎn)單易學(xué) 。 （ 3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 。 電磁線(xiàn)圈 。 接近開(kāi)關(guān) 。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕 。 （ 2）豐富的 I/O 接口模塊 。 6）良好的自診斷功 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 4） 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 2）各輸入端均采用 RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。 PLC 的基本性能指標(biāo) PLC 的主要特點(diǎn) （ 1）高可靠性 。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（ 220VAC 或110VAC），直流電源（常用的為 24VAC）。 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。 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。常用的 I/O 分類(lèi)如下： 開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離 。 I/O 分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出 。 (3) 輸出刷新階段 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸