【正文】 廣泛性，各種機(jī)型所具備的指令系統(tǒng)也不完全相同，現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強(qiáng)，內(nèi)部元件的個(gè)數(shù)也越來越多。對(duì)于大、中規(guī)模的可編程序控制器，往往用于工藝比較復(fù)雜且多變的場(chǎng)合，程序改變較多，因此一般都使用CMOS RAM存儲(chǔ)器，且有后備電池，以便關(guān)機(jī)時(shí)存儲(chǔ)信息。在選擇可編程序控制器的型號(hào)是不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面應(yīng)留有一定的裕量。由于本人編程水平有限，在考慮存儲(chǔ)器的容量時(shí)，多留了一些裕量。 存儲(chǔ)器容量的選擇在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I/O點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需的存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，這一要求一般都能滿足，在只有模擬量輸入，沒有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對(duì)模擬量信號(hào)作數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)濾波和比較運(yùn)算等操作。整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度還與輸入輸出有關(guān)，因?yàn)槿魏屋斎胼敵瞿０宥加幸欢ǖ臅r(shí)間滯后。在機(jī)型選擇時(shí)還應(yīng)該注意最大的掃描周期是否可以重新設(shè)定，如果可以重新設(shè)定，適應(yīng)性則更強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時(shí)間是不同的，有的產(chǎn)品中給出每條指令的處理時(shí)間。一是可編程序控制器程序的語(yǔ)句處理時(shí)間，另一個(gè)是可編程序控制器的掃描周期。對(duì)于模擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)則必須考慮可編程序控制器的響應(yīng)速度。I/O點(diǎn)數(shù)的余量，無論如何，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中要留有充分的I/O點(diǎn)數(shù)作為備用，這主要時(shí)基于二方面的考慮，一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設(shè)備調(diào)整，控制功能增加，就要全部推翻原有設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)，造成不必要的損失；二是手冊(cè)上給出的最大I/O點(diǎn)數(shù)都是在理想情況下獲得的參數(shù)，一旦滿負(fù)荷運(yùn)行，就要影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來不良的影響，為了保證所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，建議根據(jù)實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)留有20％～30％的余量。遠(yuǎn)程I/O的考慮，對(duì)于較大的控制系統(tǒng)，控制對(duì)象較為分散，一般都要采用遠(yuǎn)程I/O，在選擇機(jī)型時(shí)，要注意可編程序控制器是否具有遠(yuǎn)程I/O的能力和能驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)數(shù)。要分清模擬量I/O點(diǎn)數(shù)和數(shù)字量I/O點(diǎn)的關(guān)系。 I/O點(diǎn)數(shù)的確定I/O點(diǎn)數(shù)是可編程序控制器的一個(gè)簡(jiǎn)單明了的性能參數(shù)，也是應(yīng)用計(jì)算機(jī)賽最直接的參數(shù)。其它的性能參數(shù)，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時(shí)間等。中間標(biāo)志的多少和類型對(duì)系統(tǒng)的使用性能具有一定關(guān)系，如果構(gòu)成的系統(tǒng)龐大，控制功能復(fù)雜，就需要較多的中間標(biāo)志。它應(yīng)包括存儲(chǔ)器的最大容量，可擴(kuò)展性，存儲(chǔ)器的種類。實(shí)際上I/O點(diǎn)數(shù)，響應(yīng)速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點(diǎn)提出，這里只說明除此之外的CPU能力?？刂品绞娇煞譃楠?dú)立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了兩臺(tái)PLC控制，按其所要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)中采用的是集中式控制方式。因此較復(fù)雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。在實(shí)際中適用于工程應(yīng)用的可編程序控制器種類繁多，性能各異，可編程序控制器PLC的選用在應(yīng)用設(shè)計(jì)的開始即可根據(jù)工藝提供的資料及控制要求等預(yù)先進(jìn)行。磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。免PLC主機(jī)直接受到震動(dòng)或撞擊，遠(yuǎn)離震動(dòng)、沖擊源。環(huán)境濕度：一般在35％～85％以下并無凝結(jié)現(xiàn)象。圖2銑床工作流程圖 圖3 PLC控制系統(tǒng)圖第4章 硬件設(shè)計(jì)PLC工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制，可充分利用PLC軟件，使電器控制嚴(yán)格執(zhí)行互鎖，對(duì)許多涉及安全問題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應(yīng)盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。自動(dòng)操作過程是由按鈕和限位信號(hào)控制電機(jī)和電磁閥來完成。由存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和模塊類型、運(yùn)算功能和運(yùn)算速度等因素選擇合適的PLC機(jī)型；（6）根據(jù)輸入信號(hào)和輸出控制設(shè)備類型，選擇合適的I/O模塊；（7）按照模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序；硬件設(shè)計(jì)分析控制要求軟件設(shè)計(jì)確定I/O設(shè)備選擇PLC分配I/O點(diǎn)數(shù)繪制流程圖I/O接線圖的設(shè)計(jì)控制面板的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)梯形圖繪制程序指令表輸入程序并檢測(cè)調(diào)試試試選擇外部設(shè)備在保證系統(tǒng)性能和可靠性的前提下，組成性能價(jià)格比高的控制系統(tǒng)。包括控制信號(hào)類型、大小，負(fù)載設(shè)備的性質(zhì)。以此選擇PLC框架個(gè)數(shù)和I/O模塊數(shù)量；（3）控制系統(tǒng)的工藝流程，復(fù)雜程度。 第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 使用可編程序控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖所示，與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計(jì)比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設(shè)計(jì)代替了原來的硬件邏輯設(shè)計(jì)。（4）DP網(wǎng)絡(luò)。（3）令牌網(wǎng)絡(luò)?？删幊炭刂破髋c計(jì)算機(jī)通信的形式有多種多樣，如(1)PC/PPI網(wǎng)絡(luò)，利用西門子公司的PC/PPI電纜，將S7－200系列PLC與裝有STEP 7 Micro/WIN軟件的計(jì)算機(jī)連接起來，可方便地組成PC/PPI網(wǎng)絡(luò)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程序控制器送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)采集這些數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，用計(jì)算機(jī)改變可編程控制器設(shè)備的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令格式就能很方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，可以這樣說，凡具有RS－232口并能輸入輸出字符串地計(jì)算機(jī)都可以用于通信?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，計(jì)算機(jī)通常僅用于編程，修改參數(shù)，系統(tǒng)管理方面，而不直接參與控制過程，而可編程序控制器在第一線脫機(jī)運(yùn)行，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，也不會(huì)影響生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行?？删幊绦蚩刂破髋c計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的綜合系統(tǒng)，可使可編程序控制器與計(jì)算機(jī)互補(bǔ)功能的不足。由于設(shè)計(jì)者的水平和設(shè)計(jì)要求等其他的原因，在此設(shè)計(jì)中并為牽涉PLC為計(jì)算機(jī)通信，只在此稍作敘述。多級(jí)分布式控制系統(tǒng)一般分為四級(jí)：第一級(jí)為實(shí)時(shí)控制，主要是順序控制；第二級(jí)為協(xié)調(diào)控制，用于協(xié)調(diào)各種機(jī)械的配合問題；第三極為PLC的裝入、管理數(shù)據(jù)的采集與之調(diào)度；第四極為數(shù)據(jù)處理，由上位計(jì)算機(jī)處理各種數(shù)據(jù)。（4）機(jī)器人控制隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的形成，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，機(jī)器人的控制同樣可用PLC來實(shí)現(xiàn)，如美國(guó)JEEP公司焊接自動(dòng)生產(chǎn)線上使用的29個(gè)機(jī)器人，每臺(tái)都用一個(gè)PLC控制。GE公司的PROLOOP過程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級(jí)聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動(dòng)調(diào)試的三種方式。AB公司的1771CFM可組態(tài)流量計(jì)模塊，可用于電力管理、自動(dòng)化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測(cè)試和控制。 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC在自動(dòng)控制技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要（1）開關(guān)邏輯控制開關(guān)邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機(jī)床的電氣控制、電動(dòng)機(jī)的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。由于PC,采用了反復(fù)掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器需要反復(fù)執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。依次完成上述五步操作,稱為一個(gè)掃描周期,之后PC又從自診斷開始進(jìn)行下一次掃描。PC在執(zhí)行用戶程序的同時(shí),更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。在無中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲(chǔ)器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。（4）執(zhí)行用戶程序階段。完成和外界通訊后,PC即開始掃描各輸入點(diǎn),讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氲酱鎯?chǔ)器的狀態(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時(shí)使用。自診斷后,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請(qǐng)求,若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動(dòng)關(guān)機(jī)程序,保留現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài),把所有的輸出點(diǎn)置成“OFFamp。（1）自診斷階段。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài),按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理,然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序,也用以監(jiān)視PC的工作情況。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)所需要的強(qiáng)電信號(hào)并輸出,以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸入、輸出部分是PC與被控設(shè)備連接起來的部件。其主要的用途是處理和運(yùn)行用戶程序,針對(duì)外部輸入信號(hào)作出正確的邏輯判斷,并將結(jié)果輸給有關(guān)部門,以控制生產(chǎn)機(jī)械按既定程序工作。用戶控制程序是根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求編制的,可以通過編程器修改或增刪。其永久保留在可編程序控制器中,不因關(guān)機(jī)、停電或其他部分出現(xiàn)故障等而改變其內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個(gè)程序,根據(jù)程序作用的不同,可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩種。可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器一般由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。送入存儲(chǔ)器中的程序內(nèi)容就相當(dāng)于繼電——接觸器控制的各種線圈、觸點(diǎn)和接線,這種存儲(chǔ)程序的控制,當(dāng)需要改變控制要求時(shí),只要改變程序,而不用改變接線。 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理可編程序控制器(ProgrammableController)簡(jiǎn)稱PC,是近代在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來工作的。采用各種相關(guān)的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。于是PLC進(jìn)入了其發(fā)展的第4階段。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素，工控領(lǐng)域的研究人員也一直在尋求解決這些問題的途徑。6)不斷規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 PLC廠家在對(duì)硬件與編程工具不斷升級(jí)的同時(shí)，日益向制造自動(dòng)化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的基本部件(如輸入輸出模塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語(yǔ)言和編程工具等)的技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng)，以真正方便用戶，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化。5)發(fā)展新的編程語(yǔ)言，增加容錯(cuò)功能 改善和發(fā)展新的編程語(yǔ)言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人/機(jī)對(duì)話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語(yǔ)言指令外，還增加了BASIC語(yǔ)言的編程功能和容錯(cuò)功能。這樣，PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高。3)與個(gè)人計(jì)算機(jī)相結(jié)合 目前，個(gè)人計(jì)算機(jī)主要用作PLC的編程器、操作站或人/機(jī)接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計(jì)算機(jī)的功能。智能I/O的應(yīng)用，使過程控制功能增強(qiáng)。它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主機(jī)CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。在操作臺(tái)上如果配備該公司的Factory Master數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，Viewaster彩色圖像系統(tǒng)，則管理、控制整個(gè)工廠十分方便。例如：美國(guó)GE公司推出的Genettwo工廠全自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，還具有數(shù)值運(yùn)算、模擬量控制、監(jiān)控、計(jì)算機(jī)接口、數(shù)據(jù)傳遞等功能，而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過程控制、遠(yuǎn)程控制等。 PLC的發(fā)展趨勢(shì)傳統(tǒng)PLC的發(fā)展趨勢(shì)1)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代快 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強(qiáng)的PLC新產(chǎn)品，平均3—5a更新?lián)Q代1次。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。6)通訊聯(lián)網(wǎng) PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通訊?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。數(shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。4)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。PLC通過模擬量I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D，D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實(shí)現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。例如：金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，可歸納為如下幾個(gè)方面。▼在應(yīng)用領(lǐng)域方面，發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。▼在編程語(yǔ)言上，文本化和圖形化的語(yǔ)言多樣性，創(chuàng)造了更具表達(dá)控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。因此，PLC以及PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131—3的發(fā)展，無可爭(zhēng)辯地成了十分令人關(guān)注的事情。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢(shì)頭很猛；在國(guó)內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊(duì)伍，遍布全國(guó)大部分地區(qū)。PLC在中國(guó)已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場(chǎng)，但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。不到4年時(shí)間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個(gè)項(xiàng)目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。但一直未能形成批量生產(chǎn)。此外自診斷功能及容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。這個(gè)時(shí)期，微型計(jì)算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS—5l系列單片機(jī)也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國(guó)際上每年以30％的遞增量迅速增長(zhǎng)。PLC除了原有功能外，又增加了數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量的處理和控制等功能，可靠性進(jìn)一步提高，開始具備自診斷功能。1974—1977年是PLC的發(fā)展中期。在這個(gè)時(shí)期，PLC從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無觸點(diǎn)可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強(qiáng)。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。1973—1974年，西德和法國(guó)也相繼研制出了自己的第1臺(tái)PLC。從此，這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。 PLC發(fā)展過程1968年，美國(guó)通用汽車公司