基于plc在皮帶傳輸機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、摘 要 皮帶輸送機(jī)在許多企業(yè)中占有很重要的地位，但其控制單元種類繁多，都存 在著性能和功能的差異。傳統(tǒng)繼電器控制的皮帶傳輸機(jī)存在電路復(fù)雜、可靠性差、 故障診斷與排除困難等缺點(diǎn)，為了取得企業(yè)的良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益， 提出了采用實(shí)用性強(qiáng)、操作方便的 PLC 梯形圖（LADDER DIAGRAM）編程語言 對(duì)皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 全文采用了歐姆龍公司的 C 系列可編程控制器在四段皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)中 的應(yīng)用，給出了 PLC 控制皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，其中包括 PLC 選型、I/O 地址分配、I/O 端子接線、程序設(shè)計(jì)和控制原理。該設(shè)計(jì)大大提高了設(shè) 備的可靠性，減少了故障

2、率，取得了成功。 關(guān)鍵詞：PLC(CJ1M)；梯形圖；皮帶輸送機(jī)；CX-Programmer Abstract Transmission belt machines occupy a very important position in many businesses, but its control unit is variety,there is a difference between the performance and functionality. The traditional relay control of the transmission belt has complex

3、circuits exist, poor reliability, fault diagnosis and rule out the difficulties shortcomings, in order to achieve the economic benefits of good corporate and social economic benefits,by using user-friendly,practical,strong PLC ladder (LADDER DIAGRAM) programming language on the belt transmission con

4、trol system design. The topic is introduced the apply for Series C Omron PLC in four paragraphs belt transmission system of control,it is given the hardware and software design of the PLC control belt transmission systems,including the PLC Selection,I/O address assignment, I/O terminal wiring,progra

5、mming and control theory. The design of the equipment improve the reliability of equipment and reduce the failure rate,it has been successful. Keywords：PLC(CJ1M)；Ladder；Transmission belt machine；CX- Programmer 目 錄 第第 1 章章 概概述述.1 1.1 選題的背景.1 1.2 課題的研究目的和內(nèi)容.2 1.3 課題研究的方案論證.2 第第 2 章章 可編程控制器理論基礎(chǔ)可編程控制器理論

6、基礎(chǔ).4 2.1 PLC 的由來及定義.4 2.2 PLC 的特點(diǎn)及分類.5 2.3 PLC 的應(yīng)用及發(fā)展階段.8 2.4 PLC 的結(jié)構(gòu)及工作原理.9 2.5 本章小結(jié).13 第第 3 章章 PLC 控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計(jì)方法控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計(jì)方法.14 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及基本要求.14 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟.15 3.3 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì).17 3.4 程序設(shè)計(jì)方法.18 3.5 本章小結(jié).20 第第 4 章章 皮帶傳輸機(jī)的皮帶傳輸機(jī)的 PLC 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì).22 4.1 皮帶輸送機(jī)的電控原理.22 4.2 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).22 4.3 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).

7、24 4.4 PLC 的調(diào)試與安裝.28 4.5 本章小結(jié).28 結(jié)結(jié) 論論.29 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).30 致致 謝謝.31 附附 錄錄 1.32 附附 錄錄 2.40 第 1 章 概述 1.1 選題的背景 近 20 年來，可編程控制器在我國已獲得了極其重要和廣泛的應(yīng)用，它不僅 可作為單一的機(jī)電控制設(shè)備，而且它作為通用的自動(dòng)控制設(shè)備，也被大量的用于 過程工業(yè)的自動(dòng)控制。可編程控制器與其他計(jì)算機(jī)控制裝置，如集散控制系統(tǒng)、 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)過程系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等，一起已成為工業(yè)控 制領(lǐng)域的主流控制裝置。 本設(shè)計(jì)選擇了歐姆龍公司的最新并具有代表性的 C 系列中、小型可編程控制 器作為樣

8、機(jī)。歐姆龍 C 系列系列產(chǎn)品及程序通俗易懂、操作方便、實(shí)用性強(qiáng)， PLC 簡單易學(xué)。它用梯形圖（LADDER DIAGRAM）編程語言編程，類似于繼電 器控制線路圖。只要具有繼電器控制線路圖這方面的知識(shí)，就可以很快學(xué)會(huì)編程 和操作，不存在計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)電器技術(shù)之間的專業(yè)“鴻溝” ，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活， 它采用積木式結(jié)構(gòu)具有各種 I/O 模塊和 A/D、D/A 模塊等，便于各種需要配置成 各種不同模塊的分布式或集中式的控制系統(tǒng)。PLC 的輸入口可與觸電式開關(guān)直接 相連，輸出口與執(zhí)行元件（接觸器、電磁鐵）相連，即在 PLC 的端子上接相應(yīng)的 輸入、輸出信號(hào)線即可，使用非常方便。當(dāng)控制要求改變時(shí)，要變更

9、控制系統(tǒng)的 功能，可用編程器修改程序。它還可以用于不同的受控對(duì)象只要輸入、輸出組件 和應(yīng)用的軟件不同而已，可與強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力；體積小，重量 輕便于安裝，有自檢和監(jiān)控功能，能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào) 試提供方便，由于接線少，維護(hù)方時(shí)只需更換插入式模塊，維護(hù)方便1。 用可編程序控制器來控制一臺(tái)帶式傳送機(jī)，需要考慮到電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、 與帶之間啟動(dòng)的時(shí)間差、傳送帶的速度控制、傳感器的輸入、整個(gè)過程每一步輸 入輸出的邏輯關(guān)系等一些問題，較以往的要求相比較是存在一些不同點(diǎn)，相對(duì)提 高了少，為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的各項(xiàng)功能，還需在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行部分功能擴(kuò)展， 使得整個(gè)統(tǒng)的功能更加完

10、善。當(dāng)然，選擇這個(gè)課題并非只運(yùn)用可編程控制器的知 識(shí)，還要結(jié)合電路基礎(chǔ)和電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)原理、繼電器接觸器控制系統(tǒng) 課程的知識(shí)，運(yùn)用它們來將該課題設(shè)計(jì)完成。 1.2 課題的研究目的和內(nèi)容 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的 諸多控制儀器的出現(xiàn)，皮帶輸送機(jī)控制的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完 美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。 皮帶輸送機(jī)是在輸送設(shè)備中是最常用的一種傳輸機(jī)構(gòu)。該機(jī)種具有結(jié)構(gòu)簡單， 經(jīng)濟(jì)方便，使用可靠，傳輸平穩(wěn)，輸送量大，效率高，低噪音等優(yōu)點(diǎn)。其形式多 樣，適用范圍廣，特別適合一些散碎原料與不規(guī)則物品的輸送。廣泛應(yīng)用于輕工， 電子，食品，化工，木業(yè)

11、，機(jī)械等行業(yè)。它具有輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒有相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠避免對(duì)輸送物的損壞。噪音較小，適合于工作環(huán)境要求比較安靜的 場合等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。能耗較小，使用成本低。由于可編程控制器 （簡稱 PLC）將其系統(tǒng)的繼電器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以其可 靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、以及編程簡單、維護(hù)方便、通訊靈活等眾多 優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程和裝置的自動(dòng)控制中2。PLC 不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的 邏輯控制，還能完成定時(shí)、計(jì)算和各種閉環(huán)控制功能。設(shè)置性能完善、質(zhì)量可靠、 技術(shù)先進(jìn)的可編程控制器 PLC 控制皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的皮 帶機(jī)群的集中控制（包括遙控）及

12、保護(hù)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容即為 PLC 在 皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。其設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求是：完成用四臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)四 條皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳送控制系統(tǒng)，控制要求：啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)最末一條皮帶機(jī)，經(jīng) 5 秒延時(shí)，再依次啟動(dòng)其它皮帶。停止時(shí)應(yīng)先停止最前一條皮帶，待料運(yùn)完畢再依 次停止其它皮帶；出現(xiàn)故障時(shí)，要求該皮帶機(jī)及其前面的皮帶立即停止，而該皮 帶機(jī)后面的皮帶機(jī)待運(yùn)料完畢后才停止；當(dāng)某皮帶載重時(shí)，該皮帶前面的皮帶機(jī) 停止，該皮帶機(jī)運(yùn)行 5 秒后停，而該皮帶以后的皮帶機(jī)待運(yùn)料完畢后停止。 1.3 課題研究的方案論證 對(duì)于該課題設(shè)計(jì)，基本上存在三種方案，但是針對(duì)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)各個(gè)方案 進(jìn)行比較、選擇，大致分

13、析過程如下： 方案一：利用強(qiáng)電電路，雖然強(qiáng)電電路也可以控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，但是其 電路連接復(fù)雜，不便直接操作且不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，同時(shí)存在一個(gè)穩(wěn)定性、可靠性 的問題，而且很難制動(dòng)繼電器，不能夠很好的完成所給定的任務(wù)。 方案二：只利用 PLC 可編程控制器，若只利用 PLC 可編程控制器，其高可 靠性是絕對(duì)可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性的，存在強(qiáng)電容易損壞 PLC 的問題。而且程序 復(fù)雜，控制器的運(yùn)算時(shí)間變長。 方案三：利用 PLC 可編程控制器來控制，再加上強(qiáng)電電路組成的控制部分。 這個(gè)方案是利用了 PLC 的高可靠性和強(qiáng)電電路的簡單化，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作均由可 編程控制器控制，控制部分的信號(hào)通道由 PLC 和

14、按鈕開關(guān)來控制，這是為了保證 電機(jī)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。這個(gè)方案包含了方案三的優(yōu)點(diǎn)，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠 性之外，還可以簡化程序。 與上面的三個(gè)方案相比較，方案三的可行性最高，也是最簡單，可靠的。綜 合上面的簡單分析，本設(shè)計(jì)采用方案三進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第 2 章 可編程控制器理論基礎(chǔ) 2.1 PLC 的由來及定義 2.1.1 PLC 的由來 在 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置 構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。 隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號(hào)更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要 經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻

15、礙了更新周期的縮短。 為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在 1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝 置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即： （1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序； （2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； （3）可靠性高于繼電器控制裝置； （4）體積小于繼電器控制裝置； （5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； （6）成本可與繼電器控制裝置競爭； （7）輸入可以是交流 115V； （8）輸出為交流 115V，2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等； （9）在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； （10）用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái) P

16、LC，在美國通用汽車自 動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂、操作方 便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國其 他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到 1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙 等工業(yè)。 這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971 年 日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái) PLC。1973 年，西歐國 家也研制出它們的第一臺(tái) PLC。我國從 1974 年開始研制，于 1977 年開始工業(yè)應(yīng) 用3。 2.1.2 PLC 的定義 PLC 問世以來，盡管時(shí)間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展

17、標(biāo)準(zhǔn)化， 美國電氣制造商協(xié)會(huì) NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過四 年的調(diào)查工作，于 1984 年首先將其正式命名為 PC（Programmable Controller） ， 并給 PC 作了如下定義：“PC 是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記 憶體儲(chǔ)存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù) 字或類似的輸入輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī) 若是從事執(zhí)行 PC 之功能，亦被視為 PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制 器。 ” 以后國際電工委員會(huì)（IEC）又先后頒布了

18、PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿， 并在 1987 年 2 月通過了對(duì)它的定義4： “可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè) 計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序 控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入輸 出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于 與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 ” 總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì) 算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器 產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在

19、實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選 用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 2.2 PLC 的特點(diǎn)及分類 2.2.1 PLC 的特點(diǎn) 根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)草案給PLC下的定義5：它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電 子系統(tǒng)，它使用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部儲(chǔ)存的用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)特 殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算以及通過數(shù)字或 模擬輸入，輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程。不論是PLC還是與它有關(guān)的外部 設(shè)備，都設(shè)計(jì)成容易集成在一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)，并且容易應(yīng)用所有計(jì)劃中的功 能。從上述PLC的定義，我們可以看到PLC的許多特點(diǎn)，概括起來有以下幾點(diǎn)： （1）高可靠性 所

20、有的 I/O 接口電路均采用光電隔離； 各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 1020ms； 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾； 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源； 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選； 良好的自診斷功能，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； 大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或由三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)， 使可靠性更進(jìn)一步提高。 （2）豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或 電流、脈沖或電位、 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備， 如

21、：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連 接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè) 局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 （3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè) 計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行 組合。 （4）編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說， 不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所

22、理解和掌握。 （5）安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn) 場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行 和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的 方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 2.2.2 PLC 的分類 PLC生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品很多，為便于用戶對(duì)一個(gè)已知應(yīng)用來講選擇最合適的 PLC，廠商通常通過雜志或其他途徑，定期地將不同功能與特性的PLC列表進(jìn)行 比較，表中的內(nèi)容6大體有：總的I/O點(diǎn)數(shù)，最多開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)，最多模擬量I/O 點(diǎn)數(shù)

23、，繼電器梯形邏輯圖，高級(jí)語言（編程），PID功能，遠(yuǎn)動(dòng)控制，文件編制 功能，數(shù)據(jù)總線，接口類型，掃描速度，存儲(chǔ)器類型與容量，以及CPU 類型與 工藝等。為適應(yīng)用戶的不同應(yīng)用要求，很多廠家均開發(fā)生產(chǎn)了相互有關(guān)聯(lián)的系列 產(chǎn)品，為區(qū)別PLC的綜合特性，通常以下述兩種辦法分類： （1）按I/O點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量分類 小型：最多I/O為40/40，用戶存儲(chǔ)器IKB； 中型：最多I/O為128/128，用戶存儲(chǔ)器4KB； 大型：I/O128/128，用戶存儲(chǔ)器4KB。 上述分類法是1985年P(guān)LC國際會(huì)議7上所介紹的，在此基礎(chǔ)上，對(duì)大、中、 小規(guī)模的PLC還要考察下列特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)和布線技術(shù)； 處理機(jī)功能存儲(chǔ)

24、器； 編程技術(shù)。 （2）按I/O點(diǎn)總數(shù)分類 隨著微型PLC技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，售價(jià)也趨向合理，每臺(tái)約（200400）美 元。1986年國外亦提出按照I/O點(diǎn)總數(shù)、價(jià)格和尺寸，將PLC分類。 微型：I/O 總點(diǎn)數(shù)（2064）點(diǎn)，后上移到 128 點(diǎn)。PLC 的一個(gè)發(fā)展方向是 越來越小，一些 PLC 只有手掌大小，使用起來靈活方便； 小型：I/O 總點(diǎn)數(shù)為（65128）點(diǎn)，后上移到 5l2 點(diǎn)。其特點(diǎn)是體積小、 結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以 及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù) 據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)

25、用指令； 中型：I/O 總點(diǎn)數(shù)為（129512）點(diǎn)，后上移到 2048 點(diǎn)。I/O 的處理方式除 了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶 程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng) 功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快； 大型：I/O 總點(diǎn)數(shù)為（5131024）點(diǎn)，后上移到 8192 點(diǎn)。大型 PLC 的軟、 硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模 塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高； 超大型：I/

26、O總點(diǎn)數(shù)l02l4點(diǎn)。PLC的另一個(gè)發(fā)展方向是大型和超大型，這 些PLC具有上萬個(gè)輸入輸出量，用于石化、冶金、汽車制造等領(lǐng)域。 下述兩個(gè)方面應(yīng)注意：一是微型PLC的產(chǎn)量增長迅速，占領(lǐng)了整個(gè)PLC市場 的 25。主要使用于不連續(xù)I/O狀況，不需在通信與其它先進(jìn)功能，如應(yīng)用于單臺(tái)機(jī) 床控制等場所；二是隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分PLC規(guī)模的I/O點(diǎn)數(shù)的界限不 斷向上增移。這是由于PLC的結(jié)構(gòu)沒計(jì)是為了適應(yīng)各種用戶需要，通常是設(shè)計(jì)成 可擴(kuò)展性的，并且隨著微電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，處理機(jī)的性能及其通信能 力也在不斷擴(kuò)大所造成的。 2.3 PLC 的應(yīng)用及發(fā)展階段 2.3.1 PLC 的應(yīng)用 隨著

27、PLC 技術(shù)的飛躍發(fā)展，PLC 系統(tǒng)已成為一種綜合的控制系統(tǒng)，特別是 PLC 己經(jīng)深入到智能控制領(lǐng)域中，如在機(jī)械手控制、機(jī)器人控制8、實(shí)現(xiàn)離散數(shù) 學(xué)模型等方面都獲得廣泛應(yīng)用，使 PLC 技術(shù)已大大超出了過去僅代替繼電器電路 的范疇。PLC 的輸入輸出功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開 關(guān)量和模擬量信號(hào)的輸入和輸出，從而使得 PLC 具備許多控制功能。 （1）取代繼電器控制：在燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電 梯、自動(dòng)化倉庫、生產(chǎn)流水線等方面進(jìn)行邏輯控制。 （2）過程控制：對(duì)溫度、壓力、流量、物位高度等連續(xù)變化的物理量進(jìn)行 控制。 （3）位置、速度控制：在機(jī)器人、機(jī)床、電

28、機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域進(jìn)行位置、速度 控制。 （4）數(shù)據(jù)監(jiān)控：在電力、自來水處理、化工、煉油、軋鋼等方面進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集、監(jiān)控和控制。 （5）組成分散控制系統(tǒng)：把 PLC 作為下位機(jī)，與上位機(jī)的計(jì)算機(jī)共同組成 分散控制系統(tǒng)。 可以說 PLC 幾乎應(yīng)用到了工業(yè)控制的每一個(gè)領(lǐng)域，小到家庭的燈光照明，大 到冶金、石化企業(yè)的生產(chǎn)過程都有 PLC 的應(yīng)用。 2.3.2 PLC 的發(fā)展階段 雖然 PLC 問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成 電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程 大致可分三個(gè)階段： （1）早期的 PLC（60 年代末70 年代中期） 早期的

29、PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的 PLC 多少有點(diǎn)繼電器控制 裝置的替代物的含義9，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定 時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工 業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ) 器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編 程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。 因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安 裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中 PLC 特有的編程語言 梯形圖一直沿用

30、至今。 （2）中期的 PLC（70 年代中期80 年代中，后期） 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國、日本、德國 等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元（CPU） 。 這樣，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等 功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn) 程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù) 量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 （3）近期的

31、PLC（80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器 的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。 而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯 處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 2.4 PLC 的結(jié)構(gòu)及工作原理 2.4.1 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由 CPU、RAM、ROM 和輸入輸出接 口電路等組成，如圖 2-1 所示。如果將 PLC 看作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量和 輸出變量組成。外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬量信號(hào)均作為 P

32、LC 的輸入變量，它們 經(jīng) PLC 外部輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng) PLC 運(yùn)算處理后送到輸出端子，它們是 PLC 的輸出變量。PLC 系統(tǒng)各部分的作用說明如下： 圖 2-1 PLC 結(jié)構(gòu)簡化框圖 （1）中央處理單元（CPU） 中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功 編程器 中央處理單元 （CPU） 輸 入 單 元 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器 輸 出 單 元， 電 路 電源 能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警 戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它 以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置

33、的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映像區(qū)，然后 從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯 或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢 之后，最后將 I/O 映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出 裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì) 大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即 使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 （2）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯 變量和其它一些信息， PL

34、C 使用兩種存儲(chǔ)器：ROM 和 RAM。ROM 中存放系統(tǒng) 程序，包括檢查檔字、翻譯程序和監(jiān)控程序。RAM 中存放用戶程序、邏輯變量 和供內(nèi)部程序使用的工作單元。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，存 放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）。系統(tǒng)程序是 PLC 研制者所編的程序， 它是決定 PLC 性能的關(guān)鍵。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、解釋程序、故障自診斷程序、 標(biāo)準(zhǔn)子程序庫及其他各種管理程序等。系統(tǒng)程序由制造廠家提供，一般都固化在 ROM 或 EPROM 中，用戶不能直接存取。系統(tǒng)程序用來管理、協(xié)調(diào) PLC 各部分 的工作，翻譯、解釋用戶程序

35、，進(jìn)行故障診斷等。 用戶程序存儲(chǔ)器 該存儲(chǔ)器存放用戶程序（應(yīng)用軟件）。用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并根 據(jù) PLC 的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng) CPU 存放入用戶存儲(chǔ) 器。為便于程序的調(diào)試、修改、擴(kuò)充、完善，該存儲(chǔ)器使用 RAM。 變量（數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器 變量存儲(chǔ)器存放 PLC 的內(nèi)部邏輯變量，如內(nèi)部繼電器、I/O 寄存器、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器中邏輯變量的現(xiàn)行值等，這些現(xiàn)行值在 CPU 進(jìn)行邏輯運(yùn)算時(shí)需隨時(shí)讀出、 更新有關(guān)內(nèi)容，所以，變量存儲(chǔ)器也采用 RAM?，F(xiàn)今用戶程序存儲(chǔ)器和變量存 儲(chǔ)器常采用低功耗的 CMOS-RAM 及鋰電池供電的掉電保持技術(shù)，以提高運(yùn)行可 靠性。通常 PLC

36、 產(chǎn)品資料中所指的內(nèi)存儲(chǔ)器容量，是針對(duì)用戶程序存儲(chǔ)器而言的， 且以字（16 位字）為單位來表示存儲(chǔ)器的容量。 （3）輸入輸出單元 輸入單元是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的被控設(shè)備相連的輸入接口，是現(xiàn)場信號(hào)進(jìn) 入 PLC 的橋梁。輸入接口的主要作用是接收指令元件，檢測元件傳來的信號(hào)。輸 入接口采用光電耦合電路，目的是把 PLC 與現(xiàn)場電路隔離，提高 PLC 的抗干擾 能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉(zhuǎn)移及信號(hào)鎖存電路。各 PLC 生產(chǎn)廠家都提供 了多種形式的 I/O 部件或模塊供用戶選用。 輸出單元也是 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備之間的連接部件，負(fù)責(zé)把輸出信號(hào)送給控制對(duì) 象的輸出接口。輸出接口電路一般由微電腦

37、輸出接口和功率放大電路組成，其作 用將中央處理器送出的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí) 行元件。輸出接口電路也采用光電耦合，每一點(diǎn)輸出都有一個(gè)內(nèi)部電路，由指示 電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉(zhuǎn) 移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。 （4）電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠 得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重 視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 2.4.2 PLC 的工

38、作原理 PLC 雖具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。微機(jī) 一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按 下或 I/O 動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC 則采用循環(huán)掃描工 作方式，在 PLC 中用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè) CPU 每一個(gè)時(shí) 刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，因此用戶程序是按先后次序存放 的，CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個(gè)操作。即 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，直 到遇到結(jié)束符又返回第一條執(zhí)行，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)10。 PLC 的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，即在系統(tǒng)軟件的

39、控 制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個(gè)輸出 點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)地接收外來的控 制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求， 因此，PLC 工作過程分為以下五步： （1）自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此 PLC 每次掃描用戶程序以前都對(duì) CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷， 若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保 留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。 （2）與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即

40、掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng) 處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要 顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、 清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相 應(yīng)的操作，把現(xiàn)場狀態(tài)、PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及 執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 （3）輸入現(xiàn)場狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān) 的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸入刷新，在一 個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀

41、態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只 能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入 值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場的實(shí)際值。 （4）解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開始，在無 跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏 輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí) 器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器、輸出繼電 器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際 情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。 （5）輸出結(jié)果將本次掃描過程

42、解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊 自診斷 與外設(shè)通信 輸入現(xiàn)場狀態(tài) 解算用戶邏輯 輸出結(jié)果 圖 2-2 PLC 的工作過程 取代前一次掃描解算結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯時(shí)，每一步所得 到的輸出信號(hào)被存入輸出映像寄存器而并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被 輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài) 表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反 復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、出 現(xiàn)故障或載物。PLC 的工作過程如圖 2-2 所示。 2.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了

43、可編程控制器的基本知識(shí)。第一部分介紹了 PLC 的由來及定 義。第二部分介紹了 PLC 的特點(diǎn)及三種分類。第三部分介紹了它的應(yīng)用及三個(gè)發(fā) 展階段。第四部分介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，畫出了結(jié)構(gòu)圖，能清晰地顯示出 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并講述了各個(gè)組成部分的作用，還介紹了 PLC 的工作原理。 第 3 章 PLC 控制系統(tǒng)及程序的設(shè)計(jì)方法 可編程控制器技術(shù)最主要是應(yīng)用于自動(dòng)化控制工程中，如何綜合地運(yùn)用前面 學(xué)過知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控 制器控制系統(tǒng)的一般方法11。 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及基本要求 3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

44、技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來 確定，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)； （2）選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)； （3）選定 PLC 的型號(hào)； （4）編制 PLC 的輸入輸出分配表或繪制輸入輸出端子接線圖； （5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言 （常用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)； （6）了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)人與機(jī)器之 間的友善關(guān)系； （7）設(shè)計(jì)操作臺(tái)、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件； （8）編寫設(shè)計(jì)說明書和使用說明書； 根據(jù)具體任務(wù)，上述內(nèi)容可適當(dāng)調(diào)整。 3.1.2 PLC 程序設(shè)計(jì)的基本要求 編制一個(gè)較好的 PLC 控制程序一般需要注

45、意以下幾個(gè)方面： 正確性 一個(gè)程序必須經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)，以證明其運(yùn)行的正確性，這是對(duì) PLC 程序最基 本的要求。而正確，規(guī)范地使用各種指令，正確合理地使用各類部件，則是程序 正確的重要因素。 可靠性 PLC 程序不僅要正確，而且要可靠?？煽啃苑从沉?PLC 在不同工作狀態(tài)下的 穩(wěn)定性，這也是對(duì)程序設(shè)計(jì)的基本要求。有的用戶程序在正常的工作條件下，或 合乎邏輯要求的操作情況下能正常工作，但當(dāng)出現(xiàn)非正常工作情況，或進(jìn)行非法 操作后，程序就不一定能正常工作了。所以為保證 PLC 的正常工作，使 PLC 能 應(yīng)付各種非正常的突發(fā)事件，提高實(shí)際應(yīng)用中的可靠性是非常重要的。 合理性 PLC 程序的合理性主要表

46、現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是應(yīng)盡可能使用戶程序簡短；二 是應(yīng)盡可能縮短掃描周期，提高輸入輸出響應(yīng)速度。 可讀性 系統(tǒng)的可讀性好，是指程序要層次清晰，結(jié)構(gòu)合理，指令使用得當(dāng)，并按模 塊化，功能化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)12；在輸入輸出點(diǎn)及內(nèi)部器件的分配和使用上要有 規(guī)律性；還應(yīng)在一些功能段以一些特殊指令后作一些注釋，以方便記憶和理解。 一個(gè)可讀性好的程序不僅便于設(shè)計(jì)者加深對(duì)程序的理解，便于修改和調(diào)試，而且 還便于使用者讀懂程序，便于調(diào)整功能和日常維護(hù)。 可塑性 程序的可塑性是指當(dāng)控制方案稍作改動(dòng)時(shí)，只需對(duì)已設(shè)計(jì)好的程序略作修改 即可，程序容易修改或控制方案容易改變是 PLC 的一大特點(diǎn)。因此，PLC 可廣泛 應(yīng)用于各

47、種控制場合，特別適合在靈活多變的控制系統(tǒng)中應(yīng)用。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟，如圖 3-1 所示。 （1）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求 被控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程 ； 控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、 必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分， 這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 （2）確定 I/O 設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出 設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè) 備有

48、繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 （3）選擇合適的 PLC 類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇 合適的 PLC 類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O 模塊的選擇、電源模塊的 選擇等。 （4）分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者畫出輸入輸出端子 的接線圖。接著就可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和 現(xiàn)場施工。 圖 3-1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟 （5）設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最核心工作，也是比較

49、困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟 悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 （6）將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符， 以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過上 下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （7）進(jìn)行軟件測試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進(jìn)行測試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)有疏 漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除 程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （8）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及

50、現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī) 調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào) 試；如果控制程序的步序較多，則可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào) 試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。 （9）編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。 3.3 PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.3.1 PLC 型號(hào)的選擇 在做出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細(xì)了解被控對(duì)象的控制要求，從而決 定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮： （1）對(duì)輸入輸出點(diǎn)的選擇 要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)

51、際所需總點(diǎn)數(shù)的 1520留出備 用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。 （2）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇 對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。 （3）對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇 對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求， 可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)，特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這 個(gè)問題。 （4）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對(duì) PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。 （5）對(duì)在線和離線編程的選擇 計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計(jì) 算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。 （6）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通

52、信選型 若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功 能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。 （7）對(duì) PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具 有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊） ，容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選 擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。 3.3.2 分配輸入輸出點(diǎn) 一般輸入點(diǎn)和輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)和輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。 分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)， 即進(jìn)行編號(hào)。 在個(gè)別情況下，也有兩個(gè)信號(hào)用一個(gè)輸入點(diǎn)的，那樣就應(yīng)在接入輸入點(diǎn)前

53、， 按邏輯關(guān)系接好線（如兩個(gè)觸點(diǎn)先串聯(lián)或并聯(lián)） ，然后再接到輸入點(diǎn)。 （1）確定 I/O 通道范圍 不同型號(hào)的 PLC，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的，應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型 號(hào)，查閱相應(yīng)的編程手冊(cè)。 （2）內(nèi)部輔助繼電器 內(nèi)部輔助繼電器不對(duì)外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其他繼電 器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器時(shí)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)處理用。 從功能上講，內(nèi)部輔助繼電器相當(dāng)于傳統(tǒng)電控柜中的中間繼電器。未分配模 塊的輸入/輸出繼電器區(qū)以及未使用 1：1 鏈接時(shí)的鏈接繼電器區(qū)等均可作為內(nèi)部 輔助繼電器使用。根據(jù)程序設(shè)計(jì)的需要，應(yīng)合理安排 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器。 （3）分配定時(shí)器計(jì)數(shù)器 PLC 的定時(shí)器

54、計(jì)數(shù)器數(shù)量分別見有關(guān)操作手冊(cè)。 3.4 程序設(shè)計(jì)方法 要想順利完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅要熟練掌握各種指令的功能及使用規(guī)則， 還要學(xué)習(xí)如何編程，下面將介紹常用的幾種方法。 3.4.1 邏輯設(shè)計(jì)法 邏輯設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)。當(dāng) PLC 控制系統(tǒng)主要對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制時(shí)， 使用邏輯設(shè)計(jì)比較方便。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，利用系統(tǒng)輸入和輸出之間的信號(hào)狀態(tài)表 或系統(tǒng)工作時(shí)序圖作為分析工具，對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行邏輯分析和綜合。將控制電路 中的元件的通斷狀態(tài)視為以觸點(diǎn)通斷狀態(tài)為邏輯變量的邏輯函數(shù)，對(duì)經(jīng)過化簡的 邏輯函數(shù)，利用 PLC 的邏輯指令可以順利地設(shè)計(jì)出滿足要求的且較為簡練的控制 程序。這種方法的設(shè)計(jì)思路清晰，所編寫的

55、程序易于優(yōu)化，是一種較為實(shí)用可靠 的程序設(shè)計(jì)方法。 3.4.2 順序控制設(shè)計(jì)法 所謂順序控制，就是根據(jù)生產(chǎn)工藝，按預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)的 作用下，使生產(chǎn)過程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按順序動(dòng)作。順序控制不僅廣泛應(yīng)用 于中，小企業(yè)的加工，裝配，檢驗(yàn)，包裝等工作的自動(dòng)化中，而且在大型計(jì)算機(jī) 控制的高度自動(dòng)化工礦企業(yè)中，也是不可或缺的控制方式。 順序控制設(shè)計(jì)法有一定的規(guī)律可循，所編寫的程序易讀、易檢查、易修改， 是常用的設(shè)計(jì)方法之一。使用順序控制設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵有三條：一是理順動(dòng)作順序， 明確各步的轉(zhuǎn)換條件；二是準(zhǔn)確地畫出功能表圖；三是根據(jù)功能表圖正確地畫出 相應(yīng)的梯形圖，最后再根據(jù)某些特殊功能要求

56、，添加部分控制程序。要想用好順 序控制設(shè)計(jì)法，重要的是熟練掌握功能表圖的畫法，以及根據(jù)功能表圖畫出相應(yīng) 梯形圖的方法。 3.4.3 繼電器控制電路圖轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)法 有些繼電器控制的系統(tǒng)或設(shè)備經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐證明其設(shè)計(jì)是成功的。若 欲改用 PLC 控制，可以在原繼電器控制電路的基礎(chǔ)上經(jīng)過合理轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)出具有 相同功能的 PLC 控制系統(tǒng)。把繼電器控制轉(zhuǎn)換成 PLC 控制時(shí)，要注意轉(zhuǎn)換方法， 以確保轉(zhuǎn)換后系統(tǒng)的功能不變。 （1）對(duì)各種繼電器和電磁閥13等的處理 在繼電器控制系統(tǒng)中，大量使用了各種控制電器，例如交直流接觸器，電磁 閥，電磁鐵，中間繼電器等。交直流接觸器，電磁閥，電磁鐵的線圈是執(zhí)行元件，

57、 要為它們分配相應(yīng)的 PLC 輸出繼電器號(hào)。中間繼電器可以用 PLC 內(nèi)部的輔助繼 電器來代替。 （2）對(duì)常開按鈕和常閉按鈕的處理 在繼電器控制電路中，一般啟動(dòng)用常開按鈕，停車用常閉按鈕。用 PLC 控制 時(shí)，啟動(dòng)和停車一般都用常開按鈕。盡管使用哪種按鈕都可以，但畫出的 PLC 梯 形圖卻不同。 （3）對(duì)熱繼電器觸點(diǎn)的處理 若 PLC 的輸入點(diǎn)較多，則熱繼電器的常閉觸點(diǎn)可占用 PLC 的輸入點(diǎn)；若輸 入點(diǎn)較少，則熱繼電器的信號(hào)可不輸入 PLC 中，而是接在 PLC 外部的控制電路 中。 （4）對(duì)時(shí)間繼電器的處理 物理的時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種。通電延時(shí)型時(shí)間繼 電器，其延時(shí)動(dòng)

58、作的觸點(diǎn)有通電延時(shí)閉合和通電延時(shí)斷開兩種；斷電延時(shí)型時(shí)間 繼電器延時(shí)動(dòng)作的觸點(diǎn)有斷電延時(shí)閉合和斷電延時(shí)斷開兩種。用 PLC 控制時(shí)，時(shí) 間繼電器可以用 PLC 的定時(shí)器計(jì)數(shù)器來代替。PLC 定時(shí)器的觸點(diǎn)只有接通延時(shí) 閉合和接通延時(shí)斷開兩種，但通過編程，可以設(shè)計(jì)出滿足要求的時(shí)間控制程序。 3.5 本章小結(jié) 本章是對(duì)PLC控制系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)方法的概括。首先告訴讀者系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主 要內(nèi)容及基本要求。然后介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟，并用流程圖清晰地描述出 來。在第3章的后兩節(jié)介紹了PLC硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、編程方法等等。 第 4 章 皮帶傳輸機(jī)的 PLC 設(shè)計(jì) 4.1 皮帶輸送機(jī)的電控原理 某廠的生產(chǎn)工序

59、有 1 組 4 段皮帶輸送機(jī)，其示意圖如圖 4-1 所示。 圖 4-1 四段皮帶輸送機(jī)的示意圖 該組 4 段皮帶輸送機(jī)各段電機(jī)分別由接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4 進(jìn)行控 制。為了防止皮帶輸送機(jī)上物料堆積過多，該控制電路必須滿足以下條件：啟動(dòng)時(shí) 各接觸器的吸合順序必須為 KM4KT1（延時(shí)）KM3KT2（延時(shí)） KM2KT3（延時(shí)）KM1；停止時(shí)各接觸器的斷開必須與啟動(dòng)時(shí)順序相反即 KM1KT4（延時(shí)）KM2KT5（延時(shí)）KM3KT6（延時(shí)）KM4。如果用 繼電回路能實(shí)現(xiàn)其目的，則該控制電路將使用多個(gè)時(shí)間繼電器。除啟動(dòng)和停止按鈕 外，另外使用的觸點(diǎn)達(dá) 20 多個(gè)，聯(lián)鎖電路煩雜，其接線也

60、比較復(fù)雜。所以故障判 斷困難，檢修不方便。并且電路可靠性差，故障率較高。從而使生產(chǎn)造成了很大的 影響。因此對(duì)其進(jìn)行改造，采用先進(jìn)的 PLC 控制。 4.2 PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 由圖 4-1 可知，該皮帶輸送機(jī)控制裝置的輸入器件是啟動(dòng)按鈕 SB1 和停止按鈕 SB2，表示故障或負(fù)載設(shè)定的 A、B、C、D 分別接主機(jī)輸入點(diǎn) 0.010.04，輸出器 件則是接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4。根據(jù)要求，選用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì) 本系統(tǒng)的控制，由于順序控制采用 OMRON 系統(tǒng)效果較好，并結(jié)合輸入，輸出量 A B C D 的個(gè)數(shù)，此處選用設(shè)備類型為 CJ1M，網(wǎng)絡(luò)類型為 SYSMAC WAY