【正文】 度更快 PL C是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)三者有機(jī)結(jié)合的高科技產(chǎn)品因而隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代自控技術(shù)的飛速發(fā)展 PLC的功能也在不斷增強(qiáng)，并將推出速度更快、功能更 強(qiáng)的 PLC系列產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)代 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，在一些新的現(xiàn)場(chǎng)總線中?？杉喾N通信方式于一體，并能在 實(shí)際應(yīng)用中自動(dòng)在各通信方式間切換，調(diào)度各自的優(yōu)先級(jí)，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)多種總線資源的充分利用和實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的傳送數(shù)據(jù)。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 16 of 27 CS MA /C D 通信方式可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)通信速度及可靠性的要求隨機(jī)選擇有連接、無(wú)連接、有應(yīng)答、無(wú)應(yīng)答或是廣播通信中的任一種數(shù)據(jù)傳送方式，靈活性較大。 CSMA/CD 通信方式作為一種隨機(jī)通信方式，方法簡(jiǎn)單，對(duì)通信資源利用高，但不能保證存取 控制方式的實(shí)時(shí)性。采用CSMA/CD 存取控制方式，網(wǎng)絡(luò)總線上各站無(wú)主從之分，地位平等，對(duì)總線使用權(quán)的獲得多采用“先聽(tīng)后講，邊講邊聽(tīng)”的方法。當(dāng) A 站接收到此幀后，將幀的源地址與本站的地址作比較，確定此幀是 A 站發(fā)出的，再檢查 ACK 段信息，以便在否定應(yīng)答下對(duì)數(shù)據(jù)組織重發(fā)，而在肯定應(yīng)答下將把此幀從環(huán)上去掉，只剩令牌繼續(xù)在環(huán)中循環(huán)傳送。在 A 站獲得令牌時(shí)，A 站把待發(fā)送數(shù)據(jù)加載在傳送幀中，并繼續(xù)向下傳送令牌，經(jīng) B 站到達(dá) C 站后， C 站將幀格式中的目的地址與本站地址比較，以確定此幀是否為傳送至 C 站的。令牌環(huán)通信方式中，令牌在物理環(huán)中按箭頭指向順序傳送，獲得令牌的站才能發(fā)送數(shù)據(jù)。很明顯后者通信時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性下降。例如，若采用無(wú)應(yīng)答數(shù)據(jù)傳 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 15 of 27 送方式，獲得總線使用權(quán)的站可立即向目的站發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成則通信也就完成。為保證實(shí)時(shí)性，令牌總線通信方式中嚴(yán)格 }‘良定每個(gè)站的令牌持有時(shí)間，并保證每個(gè)站在令牌循環(huán)過(guò)程中都有機(jī)會(huì)獲得總線使用權(quán)。浮動(dòng)主站通信方式采用多種數(shù)據(jù)傳送方式與目的站通信，其中以無(wú)應(yīng)答無(wú)連接方式的傳送方式速度最快。主站獲得總線使用權(quán)后，再按主從方式確定在自己的令牌環(huán)持有時(shí)間內(nèi)與其它從站的通信。N:M 通 信方式采用主從總線與令牌總線相結(jié)合的存取控制方式。 C 通信網(wǎng)絡(luò)的浮動(dòng)主站 (N:M) 通信方式 浮動(dòng)主站通信方式適用于總線結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)。一種只允許主站與從站間的通信，而禁止從站間的通信，從站間的通信必須經(jīng)主站處理 。而對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的從站，則 可采用靜態(tài)方式在輪詢表中讓該從站號(hào)多出現(xiàn)幾次，從而獲得較高的通信優(yōu)先權(quán)，同時(shí)也可采用中斷法的動(dòng)態(tài)方式打斷正常的輪詢周期，隨時(shí)插入獲得總線使用權(quán)，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。輪詢表是一張從站號(hào)的排列順序表，配置在主站中，主站按照輪詢表中的排列順序?qū)Ω鲝恼具M(jìn)行訪問(wèn)，查看從站是否有占用總線的請(qǐng)求，從而對(duì)總線使用權(quán)進(jìn)行分配。主站 中 的 通信處理器采用周期掃描方式與各從站交換數(shù)據(jù)，從而周期性的刷新“ 遠(yuǎn)程 I/0 緩沖區(qū)”，這種通信方式既有周期性又涉及遠(yuǎn)程 I/0 單元，因而被稱為“周期 I/0 方式” 。此過(guò)程中 PLC 的 CPU 單元只負(fù)責(zé)對(duì)用戶程序掃描，按循環(huán)方式進(jìn)行處理，每周期都會(huì)集中進(jìn)行 I/0 處理，既對(duì)本地 UO 單元也對(duì)遠(yuǎn)程 I/0 緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作。在主站中設(shè)立“遠(yuǎn)程 I/0 緩沖區(qū)”，采用郵箱結(jié)構(gòu)，劃分出幾個(gè)分箱分別與梅個(gè)從站相對(duì)應(yīng)，每個(gè)分箱再分為發(fā)送區(qū)和接收區(qū)。 C 控制網(wǎng)絡(luò)的“周期 I/O 方式”通信 “周 期 U O 方式”通信主要用于 PLC 的遠(yuǎn)程 I/O 鏈路的控制網(wǎng)絡(luò)的通信。當(dāng)采用同步方式刷新時(shí)，山用戶程序中對(duì)鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動(dòng)一次刷新，只有當(dāng)鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時(shí)刁刷新。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 13 of 27 鏈接區(qū)可采用異步方式刷新，也可采用同步方式刷新。實(shí)際上鏈接區(qū)成為網(wǎng)絡(luò)的共享存儲(chǔ)區(qū)，也成為 PLC 交換數(shù)據(jù)的中介區(qū)。 以下將詳細(xì)介紹 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的典型通信方式 ： LC 控制網(wǎng)絡(luò)的“全局 1/O 方式”通信 “全局 1 /O 方式”是利用串行共享存儲(chǔ)區(qū)通信的方式，主要用于帶有 Link 鏈接區(qū)的PLC 間的通信。另外， PLC 建立通信通道后，要將數(shù)據(jù)傳送出去，這又要考慮數(shù)據(jù)傳送方式是有連接的還是無(wú)連接的，是有應(yīng)答的還是無(wú)應(yīng)答的，或是廣播通信。 我們研究的重點(diǎn)是 PLC 網(wǎng)絡(luò)中的串行通信。 并行通信和串行通信在 PLC 及其網(wǎng)絡(luò)中都存在。常規(guī)的聯(lián)網(wǎng)通信方法是利用 PLC 主控模塊上的 RS232 或 RS 422/423 接口和專用電纜組成較簡(jiǎn)單的多機(jī)系統(tǒng) 。實(shí)際應(yīng)用中對(duì) PLC 網(wǎng)絡(luò)并不做具體劃分。PLC 通信網(wǎng)絡(luò)則即可傳送開(kāi)關(guān)量又可傳送數(shù)字量，且通信數(shù)據(jù)量較大，例如， SIEMENS 的 SIENECH l網(wǎng)、 AB 公司 DH+網(wǎng)等。 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)只傳運(yùn)。高層子網(wǎng)與普通網(wǎng)絡(luò)相近，加之要與異種網(wǎng)互聯(lián)，通信協(xié)議多為標(biāo)準(zhǔn) 7 層協(xié)議。 ④ PLC 網(wǎng)絡(luò)的中間層和底層多采用專用協(xié)議，最底層常采用周期 I/O 方式通信，以適應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高但信息較短的過(guò)程數(shù)據(jù)和控制命令的傳送，中間層多采用令牌方式或主從方式控制通信 。 ② PLC 網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議一般有通用協(xié)議 和專用協(xié)議兩種 。中間層為主從式多點(diǎn)鏈路或 Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線 IZ61 前者采用主從式總線，輪詢方式通信，后者是一種新型現(xiàn)場(chǎng)總線，是可承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)、控制、監(jiān)控三級(jí)任務(wù)的以太網(wǎng)，傳送生產(chǎn)管理信息，配置以太網(wǎng)通信協(xié)議 。 PLC 網(wǎng)絡(luò)采用多級(jí)復(fù)合型結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)，可根據(jù) PLC 網(wǎng)絡(luò)分層情況，對(duì)相鄰且通信要求相近的幾層進(jìn)行合并，由級(jí)子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，因而這種結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。而底層主要傳送過(guò)程數(shù)據(jù)和控制指令，報(bào)文較短、通信量不大、通信距離較近，但對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高 。一般，上層負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理，底層負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制與監(jiān)測(cè)，中間層則負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控及優(yōu)化。 ⑤當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后， PLC 集中將輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)通過(guò)輸出模塊單元轉(zhuǎn)換成控制設(shè)備的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的刷新。 ③ CPU 對(duì)各輸入端掃描并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的輸入采樣過(guò)程 。這種工作方式在系統(tǒng)軟件控制下，順序掃描各 輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào) 整個(gè)工作過(guò)程如圖 所示 ①自診斷是指在 PLC 掃描用戶程序之前先執(zhí)行故障自診斷程序，主要診斷 I/O 部分、 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 10 of 27 存儲(chǔ)器和 CPU 等，自診斷正常則繼續(xù)向下掃描 。 PLC 常配有高能的后備電源 (鏗電池 )以備外部電源正常或非正常斷電情況下內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)丟失?，F(xiàn)代 PLC 除了以上 1/O 接口電路外，還配有各種和外圍設(shè)備連接的接口電路，通過(guò)相應(yīng)的接口電路的插座可連接編程器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備。一般 1/O模塊上有狀態(tài)顯示和 UO 接線端子排，方便監(jiān)視與連接。 3. 輸入輸出部分 也稱為 I/O 單元，是 PLC 與被控設(shè)備的接口電路，是 CPU 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 裝置或設(shè)備間的連接部件，起著 PLC 與外部設(shè)備間傳送信息的作用。 2. 存儲(chǔ)器 現(xiàn)代 PLC 均配有系統(tǒng)程序控制器，用于存放監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功 能的子程序、調(diào)用管理程序和各種系統(tǒng)參數(shù)。 ⑧ 響應(yīng)各種外圍設(shè)備 (編程器、鍵盤、顯示器、打印機(jī)等 )的請(qǐng)求 。 ⑥ 按程序進(jìn)行處理，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新相關(guān)標(biāo)志的狀態(tài)和輸出的狀態(tài)或數(shù) 據(jù)寄存器的內(nèi)容 。 ④ PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并執(zhí)行 。 ② 監(jiān)視電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài) 。其中， CPU 是 PLC 的核心，存儲(chǔ)器是存放系統(tǒng)程序和用戶程序及數(shù)據(jù)的， 1/O 部分是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 CPU 的接口電路，電源部分則為PLC 內(nèi)部電路提供電源。 PLC 的物理實(shí)現(xiàn)要考慮實(shí)際控制的需要，例如，要求輸入應(yīng)排除干擾信號(hào)，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，并能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便的使用，這點(diǎn)使 PLC 有別于普通微機(jī)信號(hào)只針對(duì)信號(hào)本身，而不考慮實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的需要。通過(guò)功能強(qiáng)大的通信處理模塊，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和信息的交換，構(gòu)成分散控制、集中管理的分層式集散型復(fù)雜控制系統(tǒng)。 現(xiàn)代 P LC 都具有數(shù)據(jù)運(yùn)算 (定點(diǎn)、浮 點(diǎn)、函數(shù)運(yùn)算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)排序和查表功能，并具有數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和建庫(kù)等功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)大中型控制系統(tǒng)。 PLC 利用專用的模擬量 I/O 模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬量 (如溫度、壓力、流量、液體等連續(xù)變化量 )的閉環(huán)控制。 PLC 在設(shè)計(jì)上的特點(diǎn)決定了 PLC 高性能和廣闊的應(yīng)用范圍。例如 SIEMENS S7400 系列的主控模塊 CPU 4121,尺寸僅為 25*290*210 (W*H*D) mm39。 PL C 雖然由內(nèi)部微處理 器控制，但并沒(méi)有采用微機(jī)控制中常用的匯編 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 7 of 27 語(yǔ)言或其他專用高級(jí)語(yǔ)言，而是結(jié)合實(shí)際提出了梯形圖 (LAD)、語(yǔ)句表 (STL)和邏輯符號(hào)圖 (FBD)等編程方法，這些編程語(yǔ)臺(tái)‘都是面向?qū)ο?、面向控制過(guò)程的，易于編寫、易于調(diào)試，這也大大增進(jìn)了 PLC 的廣泛應(yīng)用。隨著應(yīng)用范圍和領(lǐng)域的拓展， PLC 的功能模塊還在不斷發(fā)展創(chuàng)新。 、類型多 。 1. 抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠 PL C 通常工作在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) ，并且要求有較高的平均無(wú)故障時(shí)間 (510 萬(wàn)小時(shí) )，因此 PLC 的設(shè)計(jì)中，在硬件上選用優(yōu)質(zhì)元器件，并采用電源多級(jí)濾波和穩(wěn)壓措施，電磁屏蔽、輸入輸出濾波、光電隔離及 通道間絕緣，輸入電 4li 與輸出電源外部封裝 。由此 PL C 是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù) 和通信技術(shù)，用面向?qū)ο蟮?、面向控制過(guò)程的“自然語(yǔ)臺(tái)”，編程的，簡(jiǎn)單易懂、操作方便、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的，高可靠性的新一代工業(yè)控制裝置 PLC 發(fā)展經(jīng)歷了四次換代，現(xiàn)代的 PLC 系列產(chǎn)品已成為具有邏輯控制功能、過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能、數(shù)據(jù)處理功能和聯(lián)網(wǎng)通信功能的多功能控制器，能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的不同需求，能適應(yīng)更加復(fù)雜和惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 。 1． 可編程控制器 PLC 1． 1 PLC概述 可編程控制器 PLC 及其組成的多級(jí)分布式網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)成 CIMS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱 (PLC、機(jī)器人、 CAD/CAM)之 一。在其小小的單元中，包含了強(qiáng)大的功能，使之能夠獨(dú)立地或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)輕而易舉地完成復(fù)雜的控制任務(wù)，很小的投入即能獲得最有效的自動(dòng)化系統(tǒng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域深受歡迎，特別是經(jīng)過(guò)特殊模塊配置后，可以在保持簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)的同時(shí)大大擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。 可編程邏輯控制器（ PLC）作為新一化的工業(yè)控制裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能全面、可靠性高。自動(dòng)控制系統(tǒng)所包含的內(nèi)容也從對(duì)一些操作量的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)發(fā)展成為集實(shí)時(shí)控制、運(yùn)動(dòng)控制、故障診斷、數(shù)據(jù)綜合分析、信息管理、質(zhì)量跟蹤等一系列復(fù)雜控制任務(wù)于一體統(tǒng)一的軟硬件系統(tǒng)平臺(tái)，這些任務(wù)的復(fù)雜性與控制的難度急劇增加，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能提出了更高的要求 .而要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，就需要采用新的技術(shù)，不斷改進(jìn)軟件和硬件系統(tǒng) ，如采用基于 PC 的控制，就可以將 CPU高速的處理性能和良好的開(kāi)放性引入到控制領(lǐng)域。 Automatic control technology。 資料主要由指導(dǎo)老師提供及查閱參考書整理而成。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 3 of 27 三、主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述： 本論文主要從 可編程序控制器簡(jiǎn)稱（ PLC）從無(wú)到有，從有到成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之首。 （ 2）詳細(xì)闡述了集現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算 機(jī) (網(wǎng)絡(luò) )技術(shù)和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品可編程控制器 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域的最新應(yīng)用。 二、課題研究的主要內(nèi)容： 本論文從 PLC 發(fā)展到 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，以及成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之首。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)用戶指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入 /輸出，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、 運(yùn)算和一些確定的功能，來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 專業(yè) 班級(jí) 姓名 一、課題名稱： PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用