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正文內(nèi)容

基于plc的電梯控制裝置設(shè)計(已改無錯字)

2022-12-30 21:22:46 本頁面
  

【正文】 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的控制,所以設(shè)計人員可以在實驗室里設(shè)計和修改程序。更為方便的是可以在實驗室里進(jìn)行系統(tǒng)的模擬運行調(diào)試,使現(xiàn)場工作量大為減少。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調(diào)整控制電路的接線來改變控制功能的,調(diào)試時費時又費 力。 ( 四 ) 易于安裝,便于維護(hù) PLC 安裝簡單而且功能有效,其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間一半的地方,在從繼電器系統(tǒng)改換到 PLC 系統(tǒng)的情況下, PLC 小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線 連 向已有接線端,其改換很方便,只要將輸入 /輸出設(shè)備連向接線端即可。在大型安裝中,長距離輸入 /輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜 或 雙扭線連向 CPU,這種配置大大減少了物料和勞力,長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可 在到達(dá)安裝場地前由 PLC 制造商預(yù)先連好線,這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時間。 ( 五 ) PLC 與外部設(shè)備的 連接簡單,使用方便 PLC 的接線只需將輸入信號的設(shè)備(按鈕、開關(guān)等)與 PLC 輸入端子連接,將接受輸出信號執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件(接觸器、電磁閥等)與 PLC 輸出端子連接。接線簡單、工作最少,省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。 PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”,這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變 ,這種性能使 PLC 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益 。 9 ( 六 ) PLC 體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機(jī)電 一體化 PLC 內(nèi)部電路主要采用半導(dǎo)體集成電路,具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低的特點并且有很強(qiáng)的抗干擾能力,能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。 第三節(jié) 可編程序控制器的硬件 一、可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC 是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物, PLC 是一種工業(yè)控制用的計算機(jī),是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成 , 其 內(nèi)部 結(jié)構(gòu)如圖 3– 1 所示。 圖 3– 1 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同。 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC的核心部件,能指揮 PLC按照預(yù)先編好的系統(tǒng)程序完成各種任務(wù)。其作用有以下幾點: ( 1) 接收、存儲由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù),并可通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲地址。 ( 2) 檢查、校驗用戶程序。對正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警,并停止輸入;在程序運行過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤,則立即報警或停止程序的執(zhí)行。 ( 3) 接收、調(diào)用現(xiàn)場信息。將接收到現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)保存起來,在需要該數(shù)據(jù)的時候?qū)⑵湔{(diào)出并輸送到需要該數(shù)據(jù)的地方。 ( 4)執(zhí)行用戶程序。當(dāng) PLC進(jìn)入運行狀態(tài)后, CPU根據(jù)用戶程序存放的先后順序,逐 條讀 10 取、解釋和執(zhí)行程序,完成用戶程序中規(guī)定的各種操作,并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端,以驅(qū)動 PLC外部的負(fù)載。 ( 5) 故障診斷。診斷電源、 PLC內(nèi)部電路的故障,根據(jù)故障或錯誤的類型,通過顯示器顯示出相應(yīng)的信息,以提示用戶及時排除故障或糾正錯誤。 電源 PLC中一般配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電。開關(guān)電源的輸入電壓的范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。有的 PLC能向外部提供 24V的直流電源,可給輸入單元所連接的外部開關(guān)或傳感器供電。 擴(kuò)展端口 大部分 PLC 都有擴(kuò)展口。主機(jī)可以通過擴(kuò)展端口連接 I/O 擴(kuò)展單元來增加 I/O 點數(shù),也可以通過擴(kuò)展端口連接各種特殊功能單元以擴(kuò)展 PLC 的功能。 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 ( 1) PLC常用的存儲器類型 a、 RAM ( Random Assess Memory) 這是一種讀 /寫存儲器 (隨機(jī)存儲器 ),其存取速度最快,由鋰電池支持。 b、 EPROM( Erasable Programmable Read Only Memory) 這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下,存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。 (在紫外 線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。 c、 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進(jìn)行修改。 ( 2) PLC存儲空間的分配 雖然各種 PLC的 CPU的最大尋址空間各不相同,但是根據(jù) PLC的工作原理,其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域: a、 系統(tǒng)程序存儲區(qū):在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制 造廠商將其固化在 EPROM中,用戶不能直接存取 , 它和硬件一起決定了該 PLC的性能。 11 b、 系統(tǒng) RAM存儲區(qū):系統(tǒng) RAM存儲區(qū)包括 I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備如:邏輯線圈 、 數(shù)據(jù)寄存器 、 計時器 、 計數(shù)器 、 變址寄存器 、 累加器等存儲器。 I/O映象區(qū):由于 PLC投入運行后,只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此,它需要一定數(shù)量的存儲單元 (RAM)以存放 I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作 I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量 I/O占用存儲單元中的一個位 ( bit) ,一個模擬量 I/O占用存儲單元中的一個字( 16個 bit) 。因此整個 I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成:開關(guān)量 I/O映象區(qū) , 模擬量 I/O映象區(qū)。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) :除了 I/O映象區(qū)以外,系統(tǒng) RAM存儲區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域,前者在 PLC斷電時,由內(nèi)部的鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會遺失;后者當(dāng) PLC斷電時,數(shù)據(jù)被清零。 c、 用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的程序。不同類型的 PLC, 其存儲容量各不相同。 外部設(shè)備端口 一般 PLC 都有外部設(shè)備端口。通過外部設(shè)備端口, PLC 可以與各種外部設(shè)備連接。例如,連接編程器可以輸入、修改用戶程序或監(jiān)控程序的運行;可以連接終端設(shè)備 PT 進(jìn)行程序的設(shè)計、調(diào)試和系統(tǒng)監(jiān)控;連接打印機(jī)可以打印用戶程序、打印 PLC運行過程中的狀態(tài)、打印故障報警的種類和時間等;連接 EPROM,以免被誤改動等;有的 PLC 可以通過外部設(shè)備端口與其他 PLC、上位計算機(jī)進(jìn)行通信或加入各種網(wǎng)絡(luò)等。 二、編程工具 編程工具是開發(fā)應(yīng)用和檢查維護(hù) PLC以及監(jiān)控系統(tǒng)運行不可缺少的外部設(shè)備。 編程工具的主要作用是用來編輯程 序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行,還可以在線測試PLC的內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù),與 PLC進(jìn)行人機(jī)對話等。編程工具可以是專用編程器,也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機(jī)。 專用編程器 專用編程器是生產(chǎn)廠家提供的與該廠家 PLC配套的編程工具。專用編程器分為簡易編程器和圖形編程器兩種。 12 簡易編程器的優(yōu)點是價格低、體積小、重量輕、方便攜帶。但簡易編程器不能直接輸入梯形圖程序,只能輸入語句表程序。用簡易編程器編程時,簡易編程器必須與PLC相連接。有的簡易編程器可以直接插在 PLC主機(jī)的編程器插座上,有的簡易編程器必須用專用電 纜與 PLC相連。 圖形編程器的優(yōu)點是屏幕大,顯示功能強(qiáng),但是其價格昂貴。圖形編程器可以直接輸入梯形圖程序 , 分 為 手持式和臺式。臺式圖形編程器具有用戶程序存儲器,可以把用戶輸入的程序存放在自己的存儲器中,也可以把用戶程序下載到 PLC中。一般還能提供合適 的 磁帶錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口,可將用戶程序轉(zhuǎn)存到磁帶上 或 打印出來 , 有的還帶有磁盤驅(qū)動器,可將程序轉(zhuǎn)存到磁盤上。 計算機(jī)輔助編程 許多廠家對自己的 PLC產(chǎn)品設(shè)計了計算機(jī)輔助編程軟件。當(dāng) PLC與裝有編程軟件的計算機(jī)連接通信時,可進(jìn)行計算機(jī)的輔助編程。如今編程軟件的 功能已經(jīng)非常強(qiáng),可以編輯、修改用戶的程序,監(jiān)控系統(tǒng)運行,采集和分析數(shù)據(jù),在屏幕上顯示系統(tǒng)運行狀況,對工業(yè)現(xiàn)場和系統(tǒng)進(jìn)行仿真、實現(xiàn)計算機(jī)和 PLC之間的程序傳送,打印文件等。 第四節(jié) 可編程序控制器的工作方式 PLC 是采用循環(huán)掃描的工作方式,在 PLC 執(zhí)行用戶程序時, CPU 對梯形圖自上而下、自左向右地逐次進(jìn)行掃描,程序的執(zhí)行是按語句排列的先后順序進(jìn)行的。這樣,PLC 梯形圖中各線圈狀態(tài)的變化在時間上是串行的,不會出現(xiàn)多個線圈同時改變狀態(tài)的情況,這是 PLC 控制與繼電氣控制最主要的區(qū)別。 PLC 的循環(huán)掃描工 作方式 PLC 的循環(huán)掃描工作方式可以看成是一種由系統(tǒng)軟件支持的掃描設(shè)備,不論用戶程序運行與否, CPU 都要周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)掃描,并執(zhí)行系統(tǒng)程序所規(guī)定的任務(wù)。每個循環(huán)所經(jīng)歷的時間稱為一個掃描周期。一次循環(huán)掃描可分為以下幾個階段:( 1)公共處理階段。在每一次掃描開始之前, CPU 都要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。( 2)執(zhí)行用戶程序階段。在此階段, CPU 對用戶程序按先左后右、先上后下的順序逐條地進(jìn)行解釋和執(zhí)行。( 3)掃描周期計算處理階段。若預(yù)先設(shè) 13 定掃描周期為固定值則進(jìn)入等待狀態(tài),直至達(dá)到該 設(shè)定值時掃描再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定的,則要進(jìn)行掃描周期的計算。( 4) I/O 刷新階段。在此階段 CPU 要做兩件事,其一,從輸入電路中讀取各輸入點的狀態(tài),并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中,也就是刷新輸入映像寄存器的內(nèi)容。其二,將所有輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到相應(yīng)的輸出鎖存電路中,再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大部分傳送到PLC 的輸出端,驅(qū)動外部執(zhí)行元件動作。( 5)外部設(shè)備端口服務(wù)階段。這個階段里,CPU 完成與外部設(shè)備端口連接的外圍設(shè)備的通信處理。 PLC 的 I/O 滯后現(xiàn)象 由于 PLC 采用循環(huán) 掃描的工作方式,而且對輸入和輸出信號只在每個掃描周期的I/O 刷新階段集中輸入并集中輸出,所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號的滯后現(xiàn)象。掃描周期越長,滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。但是一般掃描周期只有十幾毫秒,最多幾十毫秒,因此在慢速控制系統(tǒng)中,可以認(rèn)為輸入信號一旦變化就立即能進(jìn)入輸入映像寄存器中,其對應(yīng)的輸出信號也可 以認(rèn)為是及時的;而在要求快速響應(yīng)的控制中就就成了需要解決的問題。 第 五 節(jié) PLC 編程語言和編程方法 一、 PLC 編程語言 可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的,所以各種機(jī)型的 PLC 都有自己的編程語言。 它既不同 于高級語言,也不同于匯編語言。但 PLC 語言面向一般工程技術(shù)人員,應(yīng)用場合是工業(yè)過程。所以編程語言要滿足易于編寫和易于調(diào)試兩方面的要求。最常用的編程語言有語句表和梯形圖 , 語句表表示法最接近于機(jī)器內(nèi)部的控制程序,因此更適合在簡單的編程器上使用 , 梯形圖表示法很近似于繼電 — 接觸器系統(tǒng)電氣控制原理圖,因此它很容易被一般的電氣設(shè)計人員接受。除上述兩種編程語言外,還有一些例如控制系統(tǒng)流程圖、邏輯方程式以及高等語言等。采用何種語言,用戶可以根據(jù)具體情況加以選擇。 PLC 編程指令是 PLC 被告知要做什么,以及怎樣去做的代碼或符 號。從本質(zhì)上講,指令只是一些二進(jìn)制代碼,這點 PLC 與普通的計算機(jī)是完全相同的。同時 PLC也有編譯系統(tǒng),它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機(jī)器碼,所以用戶看到的 14 PLC 指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼,或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字(可用多國文字)的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號即梯形圖,它類似于電氣原理圖,易為電氣工作人員所接受。一個 PLC 所具有的指令的全體稱為該 PLC的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少,各指令都能干什么事,代表著 PLC 的功能和性能。一般講,功能強(qiáng)、性能好的 PLC,其指令系統(tǒng)必然 豐富,所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清 PLC 的指令系統(tǒng) 。 二、編程方法 PLC 的四種編程方法:( 1)調(diào)用子程序方法。 PLC 的工作原理是從上到下、由左往右的循環(huán)掃描程序,周而復(fù)始。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng),程序的執(zhí)行時間可能會超出主機(jī)的掃描周期,影響主機(jī)的正常工作,對應(yīng)于某一設(shè)備設(shè)計的某段子程序,以隱含的方式存放于存儲器中,當(dāng)某個輸入點的狀態(tài)變化時,掃描程序調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)字,并由此去調(diào)用相應(yīng)的子程序。這種調(diào)用子程序的方法,節(jié)約了主機(jī)的掃描時間,提高了主機(jī)的運行速度和處理數(shù)據(jù)的能力。( 2)矩陣式編程方法,有些 生產(chǎn)流程需要任意組合,采用矩陣式編程方法設(shè)計 PLC 控制程序,非常方便地實現(xiàn)流程的組合和控制 ,這適用于連鎖順序需要變化的場合。( 3)步進(jìn)式編程方法,其特點是程序按步執(zhí)行,只在一步之內(nèi)存在相關(guān)信號的連鎖關(guān)系。步進(jìn)編程方法可將邏輯設(shè)計分步進(jìn)行,簡化了邏輯的連鎖關(guān)系,減少錯誤。另外,當(dāng)需要改變工藝時,只需改動相應(yīng)的程序段,對整個程序不會影響。( 4)功能表圖編程方法,功能表圖也 稱 為狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形,也是設(shè)計 PLC 順序控制功能的工具。功能表圖是在梯形圖、控制系統(tǒng)流程圖、指令表 和高級語言之上的圖形語言。 第 六 節(jié) FX2N可編程序控制器簡介
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