【正文】 O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O），對(duì)于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控的對(duì)象主要是設(shè)備連鎖，回路很少，采用 PLC 較為合適。在組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方面，要容易一些，且 PLC 通常都支持現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)使得系統(tǒng)通信得到有利保 障 ，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。使設(shè)計(jì)者會(huì)有更多的選擇 余地。 經(jīng)過(guò)以上三種控制系統(tǒng)的可行分析可以看出，以 PLC 組成的控制系統(tǒng) 是此次設(shè)計(jì)噴泉控制系統(tǒng)的最佳方案。 PLC 對(duì)噴泉的水泵進(jìn)行 時(shí)序控制，產(chǎn)生各種不同的噴水造型。上位機(jī)編寫組態(tài)軟件對(duì)噴泉的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 圖 噴泉控制系統(tǒng)總體方案 謝春仁： PLC 控制花樣噴泉 第 6 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第 3 章 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 常識(shí) （一）概念 可編程控制器（ Programmble Controller）簡(jiǎn)稱 PC 或 PLC。目前， PLC 已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置， 被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（ PLC、機(jī)器人、 CAD/CAM）之一。同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了PLC 用軟件方式實(shí)現(xiàn)的 “ 可編程 ” 與傳統(tǒng)控制裝置中通過(guò)硬件或硬接線的變更來(lái)改變程序的本質(zhì)區(qū)別。 （二 ） PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制 ,通常稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）。 20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 16 位和 32 位微處理器應(yīng)用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。 我國(guó)的 PLC 研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面 更為突出。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中， PLC 的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益， PLC 在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平起到了巨大的作用。 從近年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi) PLC 產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場(chǎng)需求量一直以每年 15%的比率上升。 07 電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 7 頁(yè) 共 22 頁(yè) PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 （一） PLC 的特點(diǎn) PLC 技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要有以下特點(diǎn)： 1．可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是 PLC 最重要的特點(diǎn)之一。 （ 2）軟件方面 PLC 采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在 PLC 系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由外界干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù) 到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來(lái)的工作。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。同時(shí)， PLC 編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。 許多 PLC 還針對(duì)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。同時(shí)，由于PLC 產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。 PLC 的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。 5．體積小、重量輕、能耗低 由于 PLC 采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。從應(yīng)用類型看， PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 利用 PLC 最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。 大多數(shù) PLC 都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 大、中型 PLC 都具有多路模擬量 I/O 模塊和 PID 控制功能，有的小型 PLC 也具有模擬量輸入輸出。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 PLC 的通信包括 PLC 與 PLC、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)、 PLC 與其它智能設(shè)備之間的通信 ，PLC 系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成 “ 集中管理、分散控制 ” 的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。 （二） PLC 的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。 1．按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 07 電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) （ 2）模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。 2．按功能分類 根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。高檔 PLC 機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 （ 1）小型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256 點(diǎn)以下的為小型 PLC。 （ 2） 中型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256 點(diǎn)以上、 2048 點(diǎn)以下的為中型 PLC。其中， I/O 點(diǎn)數(shù)超過(guò) 8192 點(diǎn)的為超大型 PLC 。因此，通常我們所說(shuō)的小型、中型、大型 PLC，除指其 I/O 點(diǎn)數(shù)不同外，同時(shí)也表示其對(duì)應(yīng)功能為低檔、中檔、高檔。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 (一 ) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。 即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的 狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)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(jié)果會(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 PLC 的性能指標(biāo)與發(fā)展趨勢(shì) （一） PLC 的性能指標(biāo) 1．存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。一般來(lái)說(shuō)，小型 PLC 的用戶存儲(chǔ)器容量為幾千字，而大型機(jī)的用戶存儲(chǔ)器容量為幾萬(wàn)字。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備就越多，控制規(guī)模就越大。一般以掃描 1K 字用戶程序所需的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度，通常以 ms/K 字為單位。 4．指令的功能與數(shù)量 指令功能的強(qiáng)弱、數(shù)量的多少也是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。 5．內(nèi)部元件的種類與數(shù)量 在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到大量的內(nèi)部元件來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。 6．特殊功能單元 特殊功能單元種類的多少與功能的強(qiáng)弱是衡量 PLC 產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)。在選擇 PLC 時(shí)，經(jīng)常需要考慮 PLC 的可擴(kuò)展能力。目前，有的 PLC 的掃描速度可達(dá) ms/k 步左右。 在存儲(chǔ)容量方面，有的 PLC 最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。 2．向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 當(dāng)前中小型 PLC 比 較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后 PLC 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 小型 PLC 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開(kāi)發(fā)了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型 PLC ，最小配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 8～ 16 點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司 α 系列 PLC。這些帶 CPU和存儲(chǔ)器的智能 I/O 模塊，既擴(kuò)展了 PLC 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了 PLC 應(yīng)用范圍。 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是 PLC 之間聯(lián)網(wǎng)通信，各 PLC 生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC 與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般 PLC 都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。 4．增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中， CPU 占 5%， I/O 接口占15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%，線路占 5%。因此， PLC 生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（ BASIC、 C 語(yǔ)言等）等。 國(guó)內(nèi)外 PLC產(chǎn)品介紹 世界上 PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個(gè)流派是美國(guó)產(chǎn)品，一個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，一個(gè)流派是日本產(chǎn)品。而日本的 PLC 技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，對(duì)美國(guó)的 PLC 產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上。 我國(guó)有許多廠家、科研院所從事 PLC 的研制與開(kāi)發(fā)，如中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的 PLC0088，北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的 GK40，上海機(jī)床電器廠的 CKY40，原機(jī)電部北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所的 MPC00l/ KB20/40，天津中環(huán)自動(dòng)化儀表謝春仁： PLC 控制花樣噴泉 第 12 頁(yè) 共 22 頁(yè) 公司的 DJKS84/8