燃燒爐點(diǎn)火系統(tǒng)PLC控制實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、I摘 要可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算式的電子系統(tǒng)專為工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)的。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸出，控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)工程。在鋼鐵、航空航天、化工、紡織、軍事等工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。本文研究的是可編程控制器在燃燒爐點(diǎn)火系統(tǒng)中的應(yīng)用，燃燒爐點(diǎn)火系統(tǒng)PLC 控制實(shí)現(xiàn)主要完成對燃燒爐的點(diǎn)火，同時轉(zhuǎn)入燃燒爐監(jiān)控狀態(tài)過程。在系統(tǒng)中，火焰監(jiān)測是一個非常重要的部分，本系統(tǒng)主要采用控制室自動點(diǎn)火、控制室手動點(diǎn)火、就地手動點(diǎn)火三種方式。不管是那種點(diǎn)火方式，點(diǎn)火前風(fēng)門185 均要打開，通過火焰放大器對火焰進(jìn)行監(jiān)

2、測，經(jīng)過 PLC 輸出信號控制點(diǎn)火器、點(diǎn)火電磁閥的開啟與關(guān)閉，同時火焰放大器對火焰實(shí)施檢測，實(shí)現(xiàn)火焰自動監(jiān)控、爐出口風(fēng)溫過高、燃?xì)鈮毫^高或過低三項(xiàng)安全聯(lián)鎖。本系統(tǒng)的硬件主要由 FX2N-48MR 型 PLC、點(diǎn)火器、點(diǎn)火電磁閥、主燃?xì)忾y、火焰放大器、閃光報警器、燃燒爐等組成。其具體硬件電路設(shè)計(jì)包括 PLC外部接線電路、保護(hù)電路等。軟件設(shè)計(jì)包括自動點(diǎn)火程序設(shè)計(jì)、手動點(diǎn)火程序設(shè)計(jì)、安全聯(lián)鎖程序設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：FX2N-48MR PLC；點(diǎn)火系統(tǒng)；安全連鎖；火焰放大器；點(diǎn)火系統(tǒng)；安全連鎖；火焰放大器IIAbstractProgrammable logic controller (PLC) i

3、s a kind of digital operation of electronic systems designed for industrial environment. It uses programmable memory, which is executed logical operations in the internal and sequence controlling time, counting and arithmetic operation instructions, through the analog and digital output controlling

4、various types of machinery manufacturing engineering. It is widely used in steel, aerospace, chemical, and textile, military and industrial fields.What this text studies is that PLCs is applied for the furnace ignition system, and furnace ignition system controlled by PLC mainly finishes combustion

5、furnace, and being into the ignition process monitoring status. In the system, the flame monitoring is a very important part in this system; this system mainly adopts three kinds of ignitions which include automatic ignition control, manual ignition control, and on-site manual ignition control. The

6、185 gate is to be open before being any ignition control, through amplifiers carry on testing on fire, and the output signal of the PLC controls firearms and ignition electromagnetic valve which are opened and closed, and the amplifier carries on the fire test, which is showing that the flame has be

7、en established, ignition success, and sending out a signal of ignition competition, being into the combustion monitoring status, and realizing three security interlock which are automatic monitoring and controlling, furnace temperature, and gas exports high pressure too high or low.This system mainl

8、y consists of the hardware FX2N - 48MR type PLC, ignition, ignition solenoid valves, the gas valves, fire alarm, amplifiers, and flash furnace, etc. The hardware circuit design includes PLC wiring circuit, and protecting circuit, etc. Software design includes the PLC control furnace ignition procedu

9、re, etc.Keywords: FX2N 48MR PLC; The ignition system; Safety chain; Flame amplifierIII目 錄摘 要.IAbstract.II第 1 章 緒論 .1第 2 章 可編程序控制器概述.2 2.1 可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展 .2 2.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生.2 2.1.2 可編程序控制器的發(fā)展.3 2.1.3 新一代可編程序控制器的技術(shù)現(xiàn)狀.4 2.2 PLC 的特點(diǎn)和分類 .6 2.2.1 PLC 的特點(diǎn).6 2.2.2 PLC 的分類.7第 3 章 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理.9 3.1 PL

10、C 的基本結(jié)構(gòu) .9 3.2 PLC 的工作原理 .12 3.3 PLC 的常用匯編語言 .13第 4 章 PLC 的選型.16 4.1 FX2N 系列 PLC 的系統(tǒng)組成 .17 4.1.1 基本單元 .17 4.1.2 I/O 擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊.18 4.1.3 特殊功能單元.19 4.1.4 外部設(shè)備 .20 4.2 FX2N 系列 PLC 的編程元件 .20第 5 章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇.24 5.1 溫度傳感器.24 5.2 電磁閥.24 5.2.1 電磁閥的工作原理.24 5.2.2 電磁閥的分類.25 5.2.3 電磁閥的選型.26IV 5.2.4 安裝注意事項(xiàng) .26第 6 章

11、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).28 6.1 設(shè)備工藝特點(diǎn)及控制要求.28 6.2 設(shè)計(jì)所需設(shè)備、工具及材料.29 6.3 輸入和輸出點(diǎn)分配.29 6.4 用三菱 FX2N PLC 控制 APV 燃?xì)鉅t點(diǎn)火系統(tǒng)的 PLC 接線圖.30 6.5 軟件流程圖.31 6.6 燃燒爐點(diǎn)火系統(tǒng) PLC 控制實(shí)現(xiàn)梯形圖 .32 6.7 運(yùn)行并調(diào)試程序.33第 7 章 結(jié)論 .35參考文獻(xiàn) .36致 謝 .37附 錄 .38沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1第 1 章 緒論APV 是噴霧干燥設(shè)備，用于對半合成車間的產(chǎn)品重油催化劑進(jìn)行噴霧干燥，屬于精細(xì)化工生產(chǎn)范疇。而催化劑是露天生產(chǎn)，具有強(qiáng)震動、粉塵多、腐蝕嚴(yán)重、環(huán)境惡劣

12、等特點(diǎn)。原 APV 燃燒爐的控制系統(tǒng)是通過 SIMATICS5-115 實(shí)施控制的，其外圍設(shè)備繁雜，儀表產(chǎn)品配件均需進(jìn)口，若需更換，極不方便，經(jīng)過十多年的運(yùn)行，部分儀表已經(jīng)老化，尤其是點(diǎn)火控制系統(tǒng)，由于采用機(jī)械式程控器、故障頻繁、影響了正常生產(chǎn)。火焰檢測、安全連鎖、爐膛出口溫度過高等安全聯(lián)鎖功能基本喪失，工藝操作也不方便，安全運(yùn)行難以保證。因此，應(yīng)對老的燃燒爐進(jìn)行改造是十分必要的，應(yīng)該通過 PLC 對 APV 燃燒爐控制進(jìn)行改良?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈

13、活性，可編程序控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。PLC 的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC 在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。PLC 仍然處于不斷的發(fā)展之中，其功能不斷爭強(qiáng)，更為開放，它不但是單機(jī)自動化中應(yīng)用最廣的控制設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位。PLC 應(yīng)用面之廣、普及程度之高，是其他計(jì)算機(jī)控制設(shè)備無法比擬的。采用 PLC 控制的點(diǎn)火系統(tǒng)具有功能齊全、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠的優(yōu)

14、點(diǎn)。其性能比原來的機(jī)械馬達(dá)優(yōu)越得多，而且方便地實(shí)現(xiàn)了有關(guān)的安全聯(lián)鎖控制，各種信號顯示直觀。自投運(yùn)以來，幾乎很少發(fā)生故障。沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2第 2 章 可編程序控制器概述2.1 可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展2.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生二十世紀(jì)六十年代末期，美國汽車制造業(yè)競爭十分激烈，為了適應(yīng)市場從少品種大批量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，為了盡可能減少轉(zhuǎn)變過程中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造時間，減少經(jīng)濟(jì)成本，1968 年美國通用汽車公司 GM 公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代生產(chǎn)線上的繼電接觸器控制系統(tǒng)。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 DGC（DIGTAL）根據(jù)上述要求，首先研

15、制出了世界上第一臺可編程控制器 PDP-14，用于通用汽車公司的生產(chǎn)線，取得了滿意的效果2。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字控制技術(shù)的高速發(fā)展，到 80 年代末，PLC 技術(shù)已經(jīng)很成熟，并從開關(guān)量邏輯控制擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 (CNC) 等領(lǐng)域。近年生產(chǎn)的 PLC 在處理速度、控制功能、通信能力等方面均有新的突破，并向電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制一體化方向發(fā)展，性能價格比不斷提高，成為了工業(yè)自動化的支柱之一。這時候的可編程控制器的功能已不限于邏輯運(yùn)算，具有了連續(xù)模擬量處理、高速計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程輸入和輸出和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。國際電工委員會(IEC)將可編程邏輯控制器改稱為可編程控制器 PC (Prog

16、rammable Controller)。后來由于發(fā)現(xiàn)其簡寫與個人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）相同，所以又重新沿用 PLC 的簡稱。國際電工委員會（IEC）于 1982 年 11 月對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其相關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 ”從上述定義可以看出，PLC 是一種用程序

17、來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能?？删幊炭刂破魇且环N以 CPU 為核心的計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，由于其良好的性能價格比和穩(wěn)定的工作狀態(tài)以及簡便的操作性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際中。沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3目前在世界先進(jìn)工業(yè)國家 PLC 已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)。PLC 技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界的潮流，成為工業(yè)自動化的三大支柱（PLC 技術(shù)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造）之一。2.1.2 可編程序控制器的發(fā)展從 PLC 產(chǎn)生到現(xiàn)在，已發(fā)展到第四代產(chǎn)品。其過程基本可分為：(1)第一代 PLC（196

18、91972 年）：大多用一位機(jī)開發(fā)，用磁芯存儲器存儲，只具有單一的邏輯控制功能，機(jī)種單一，沒有形成系列化。CPU 使用中小規(guī)模集成電路，采用磁芯存儲器。功能簡單（只有計(jì)數(shù)/定時功能） ?？煽啃暂^差，略強(qiáng)于繼電器控制。機(jī)種單一，沒形成系列。(2)第二代 PLC（19731975 年）：采用了 8 位微處理器及半導(dǎo)體存儲器，增加了數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能，能實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，開始具備自診斷功能，初步形成系列化。CPU 使用微處理器，采用半導(dǎo)體存儲器 EPROM。功能增強(qiáng)（增加邏輯/數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、自診斷等功能） 。有了計(jì)算機(jī)接口和模擬量控制功能?？煽啃蕴岣?。整機(jī)功能向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，并由

19、專用向通用方向過渡。(3)第三代 PLC（19761983 年）：隨著高性能微處理器及位片式 CPU 在PLC 中大量的使用，PLC 的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信方向發(fā)展，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算、三角函數(shù)、表處理、脈寬調(diào)制輸出等，自診斷功能及容錯技術(shù)發(fā)展迅速。CPU 使用 8 或 16 位微處理器甚至多微處理器，采用半導(dǎo)體存儲器EPROM、MCMOSRA 等。增加浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，平方、三角函數(shù)等運(yùn)算。增加查表、列表功能。自診斷及容錯技術(shù)提高。梯形圖語言及語句表成熟。沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4小型 PLC 體積減小、可靠性提高、成本下降。大型 PLC 向模塊

20、化、多功能方向發(fā)展。(4)第四代 PLC（1983 年現(xiàn)在）：不僅全面使用 16 位、32 位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，RISC(reduced instruction set computer)精簡指令系統(tǒng) CPU 等高級 CPU，而且在一臺 PLC 中配置多個微處理器，進(jìn)行多通道處理，同時生產(chǎn)了大量內(nèi)含微處理器的智能模塊，使得第四代 PLC 產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運(yùn)動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的真正名符其實(shí)的多功能控制器。增加高速計(jì)數(shù)、中斷、A/D、D/A、PID 等功能。處理速度進(jìn)一步提高（1s/步） 。連網(wǎng)功能增強(qiáng)。編程語言進(jìn)一步完善，開發(fā)了編程

21、軟件。開發(fā)了大量的特殊功能模塊。編程軟件功能更強(qiáng)大。不斷開發(fā)出功能強(qiáng)大可編程終端39。2.1.3 新一代可編程序控制器的技術(shù)現(xiàn)狀為了適應(yīng)日益劇烈的市場競爭，新一代的可編程序控制器在技術(shù)創(chuàng)新方面有了長足的進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下方面： (1)執(zhí)行多任務(wù)功能的出現(xiàn) 所謂執(zhí)行多任務(wù)，就是在一個可編程序控制器系統(tǒng)中，可同時安裝幾個CPU 模板，每個 CPU 模板執(zhí)行各自的任務(wù)，控制與其執(zhí)行任務(wù)相關(guān)的 I/O 模板。 (2)網(wǎng)絡(luò)能力的強(qiáng)化 網(wǎng)絡(luò)能力的加強(qiáng)，使可編程序控制器已經(jīng)突破了原有的使用范圍，特別是引入現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)及 Internet 等技術(shù)后，可編程序控制器的應(yīng)用已今非昔比。典型的可

22、編程序控制器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為設(shè)備控制層、過程控制層和信息管理層 3 個層次。在設(shè)備控制層中，引入現(xiàn)場總線，使得工業(yè)生產(chǎn)過程中的現(xiàn)場檢測儀表、變頻器、MCC 控制柜等一切現(xiàn)場設(shè)備都可直接與可編程序控制器相連；在過程控制層中，傳統(tǒng)意義上的人機(jī)界面的功能已煥然一新，使可編程序控制器能實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的編程、監(jiān)控、診斷、管理，實(shí)現(xiàn)整沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)5個車間及全廠范圍的控制；在信息管理層，向工業(yè)以太網(wǎng)的擴(kuò)展，使控制與信息管理融為一體。 (3)高速化處理功能 隨著網(wǎng)絡(luò)能力的強(qiáng)化，可編程序控制器實(shí)現(xiàn)的控制功能和控制范圍都在擴(kuò)大，這就要求可編程序控制器實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行和實(shí)時通信功能。高速化包括運(yùn)算速度

23、的高速化、與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)的高速化、編程設(shè)備服務(wù)處理的高速化、外部設(shè)備響應(yīng)的高速化。為了實(shí)現(xiàn)高速化，有些可編程序控制器已在其內(nèi)核中設(shè)計(jì)有通信功能，借助于無源數(shù)據(jù)總線，系統(tǒng)的瓶頸得以消除，這種結(jié)構(gòu)允許多個處理器、網(wǎng)絡(luò)能在一個機(jī)架中使用而沒有限制，從而提供了高性能的分布式實(shí)時控制系統(tǒng)的解決方案。 (4)大力發(fā)展集成化軟件 目前，可編程序控制器的生產(chǎn)廠商開發(fā)系統(tǒng)硬件費(fèi)用的比例逐年下降，而開發(fā)軟件、集成等費(fèi)用的比例逐年上升?，F(xiàn)在的成套軟件將可編程序控制器的編程、操作員界面、運(yùn)動控制、程序調(diào)試、故障診斷和處理、通信等集成為一體。人機(jī)界面及監(jiān)控軟件集成了所有開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，可直接從生產(chǎn)中獲得大量實(shí)時數(shù)據(jù)

24、，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和打包，然后傳送到管理層，同時它能將過程優(yōu)化數(shù)據(jù)和生產(chǎn)細(xì)節(jié)的參數(shù)迅速地反饋到控制層和現(xiàn)場，從而為集成ERP 系統(tǒng)鋪平道路。 (5)微型可編程序控制器異軍突起 傳統(tǒng)的微型可編程序控制器一般為 8-64 點(diǎn)數(shù)字量 I/O，1-4 點(diǎn)模擬量I/O，體積很小，可直接安裝在機(jī)器內(nèi)。但現(xiàn)在的微型可編程序控制器除了上述功能外，在網(wǎng)絡(luò)功能和人機(jī)接口功能上已可與中大型的可編程序控制器相比，這一類微型可編程序控制器是目前發(fā)展最快的。(6)信息技術(shù)滲入可編程序控制器 信息技術(shù)滲入可編程序控制器是為了適應(yīng)工廠控制系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系統(tǒng)日益有機(jī)結(jié)合的發(fā)展趨勢，適應(yīng)在控制層面上讓不同品牌的可編程序控

25、制器之間、可編程序控制器與分布式控制系統(tǒng)之間有效交換數(shù)據(jù)的要求。實(shí)際上多任務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)能力的提高、軟件集成的發(fā)展使得信息技術(shù)很容易的就與可編程序控制器系統(tǒng)融為一體。 (7)加強(qiáng)安全技術(shù) 隨著可編程序控制器應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對可編程序控制器系統(tǒng)的可靠性要沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6求也越來越高，加強(qiáng)可編程序控制器的安全技術(shù)也成為了一個新的發(fā)展方向。具有容錯和冗余性能的故障防止型可編程序控制器已經(jīng)出現(xiàn)，具備在線插拔的雙通道的信號模板和電源模板。內(nèi)藏冗余的 CPU 系統(tǒng)的過程控制器也已出現(xiàn)，這種過程控制器利用內(nèi)部測試電路檢查、診斷 I/O 模板的運(yùn)行狀況，而不是采用冗余的 I/O 模板。

26、2.2 PLC 的特點(diǎn)和分類2.2.1 PLC 的特點(diǎn)PLC 能夠成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱之一，引領(lǐng)工業(yè)自動化的發(fā)展潮流，得益與其獨(dú)到的特點(diǎn)這些特點(diǎn)歸納如下。(1)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高是 PLC 最重要的特點(diǎn)之一，同時也是對工業(yè)自動化產(chǎn)品最基本的要求。PLC 產(chǎn)品在硬件和軟件方面都采取了一系列的抗干擾措施，以提高其可靠性，如采用防塵抗振的整體式機(jī)箱，并在機(jī)箱內(nèi)設(shè)置封閉的屏蔽層抵御外界的電磁干擾；采用獨(dú)立的輸入、輸出電源和光電耦合電路以隔離外界電路對輸入、輸出的不良影響；采用循環(huán)掃描的工作方式，并配以故障檢測和自診斷程序?qū)ο到y(tǒng)硬件電路進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦有異常情況發(fā)生，立即保

27、存當(dāng)前程序運(yùn)行的重要狀態(tài)信息，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，待系統(tǒng)正常后恢復(fù)當(dāng)前工作狀態(tài)。PLC 的平均無故障時間均大大超過 IEC 規(guī)定的 10 萬小時，許多優(yōu)秀產(chǎn)品的無故障工作時間更是高達(dá)幾十萬小時，而且為了適應(yīng)特殊場合的需求，有些PLC 還采用了雙 CPU 設(shè)計(jì)，支持熱插拔操作，進(jìn)一步提高了 PLC 的可靠性。(2)編程方便，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便快捷PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。用軟件功能取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等元件，簡化物理控制電路，大大減少了系

28、統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及日后的維護(hù)、維修工作量。(3)產(chǎn)品系列化，配套硬件齊全，功能完善，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)7列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了具有傳統(tǒng)的邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、PID 控制、CNC 等各種工業(yè)控制領(lǐng)域中，加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(4)數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)化、接口豐富，便于組

29、建各種控制網(wǎng)絡(luò)PLC 除了常用模擬量、數(shù)字量輸入/輸出接口外，通常還具有豐富的通信接口，如串行通信接口、以太網(wǎng)接口、工業(yè)現(xiàn)場總線接口等便于用戶進(jìn)行 PLC 的程序編制調(diào)試及組建各種類型的 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)現(xiàn)代總線技術(shù)發(fā)展迅速，也是現(xiàn)代 PLC 必備技術(shù)。利用現(xiàn)場總線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交換技術(shù)可將多種不同的工業(yè)控制設(shè)備、人機(jī)交互軟、硬件及不同品牌的 PLC 組成功能完備的現(xiàn)代自動化控制網(wǎng)絡(luò)1。2.2.2 PLC 的分類PLC 應(yīng)用范圍廣，其產(chǎn)品規(guī)格和性能也是各有特點(diǎn)。通?？筛鶕?jù)其功能、結(jié)構(gòu)形式和 I/O 接口數(shù)量的規(guī)模進(jìn)行分類。(1)按功能分類根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將

30、 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能，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)。中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。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 除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC

31、 具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動化。(2)按結(jié)構(gòu)形式分類整體式 PLC。整體式 PLC 是將電源、CPU、I/O 接口等部件都集中封裝在一個機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點(diǎn)。小型 PLC 一般采用這種沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、I/O 接口、與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 P

32、LC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。模塊式 PLC。模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分分別作成若干個單獨(dú)的模塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）及各種功能模塊。模塊式 PLC 由機(jī)架或基板和各種模塊組成。模塊裝在機(jī)架或基板的插座上。這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂裝式 PLC。疊裝式 PLC 的 CPU、電源、I/O 接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們

33、之間是靠電纜進(jìn)行連接，并且各膜塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧13。(3)按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為微型、小型、中型和大型四類。微型 PLC。微型 PLC 也稱為迷你型 PLC，其 I/O 的點(diǎn)數(shù)一般在 32 點(diǎn)一下。小型 PLC。小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)一下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體。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、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通信聯(lián)網(wǎng)，以及各種應(yīng)用指令。中型 PLC。中型 PLC

34、采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256 到 1024 點(diǎn)之間。I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式之外，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。它能連接各種特殊功能模塊，通用聯(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 PLC。一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟/硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通信聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型 PLC 還可以采用冗沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)9余或 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠

35、性更高。一般的，微型、小型 PLC 采用整體型結(jié)構(gòu)，即將所有電路單元安裝在一個控制箱/盒內(nèi)，通過并行接口進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展。中型以上的 PLC 多采用模塊式結(jié)構(gòu)，通過合理組合，可將不同功能的模塊組合在一起，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境。第 3 章 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理3.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 基本組成包括中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等） 、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成。PLC 內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實(shí)際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC 控制系統(tǒng)。

36、(1)中央處理器 中央處理器(CPU)由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個芯片內(nèi)。CPU 通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。 小型 PLC 的 CPU 采用 8 位或 16 位微處理器或單片機(jī)，如 8031、M68000 等，這類芯片價格很低；中型 PLC 的 CPU 采用 16 位或 32 位微處理器或單片機(jī)，如8086、96 系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)算速度快且可靠性高；而大型 PLC 則需采用高速位片式微處理器。 CPU 按照 PLC 內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮 PLC 控制系統(tǒng)完成各項(xiàng)工作任務(wù)。 (2)存儲器

37、PLC 內(nèi)的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。 系統(tǒng)程序存儲器 PLC 系統(tǒng)程序決定了 PLC 的基本功能，該部分程序由 PLC 制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。 系統(tǒng)管理程序主要控制 PLC 的運(yùn)行，使 PLC 按正確的次序工作；用戶指令沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10解釋程序?qū)?PLC 的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，傳輸?shù)?CPU 內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。 系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲器采用 ROM 或EPROM。ROM 是只讀存儲器，該

38、存儲器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM 具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲的內(nèi)容。 EPEROM 為可電擦除只讀存儲器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲器還有 E2PROM、FLASH 等。 用戶程序存儲器 用戶程序存儲器用于存放用戶載入的 PLC 應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲器 RAM 內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到 EPROM 內(nèi)長期使用。 數(shù)據(jù)存儲器 PLC 運(yùn)行過程中需生成或調(diào)用中

39、間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲器 RAM。 RAM 是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持 RAM 中的內(nèi)容。 (3)接口 輸入輸出接口是 PLC 與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC 的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類

40、型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載。 現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給 PLC 各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將 CPU 送出的弱電沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)11控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 輸入接口 輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是

41、由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。 濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入 PLC。由于輸入電信號與 PLC 內(nèi)部電路之間采用光信號耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力。現(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為 5V 的 TTL 送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給 CPU。 輸出接口 輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸出接口電路一般由微

42、電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。 微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU 通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。 其它接口 若主機(jī)單元的 I/O 數(shù)量不夠用，可通過 I/O 擴(kuò)展接口電纜與 I/O 擴(kuò)展單元(不帶 CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC 還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM 寫入等功能。 (4)編程器 編程器作用是將用戶編寫的程序下載至 PLC 的用戶程序存儲器，并

43、利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示 PLC 狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。 編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型 PLC 的編程及現(xiàn)場調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進(jìn)行脫機(jī)編程。 沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)12目前 PLC 制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助 PLC 編程支持軟件，當(dāng)個人計(jì)算機(jī)安裝了 PLC 編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計(jì)算機(jī)和 PLC 之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC 運(yùn)行狀態(tài)等。 (5)電

44、源 PLC 的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供 CPU、存儲器等所需的直流電是整個 PLC 的能源供給中心。PLC 大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多 PLC 電源還可向外部提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置2。3.2 PLC 的工作原理由于 PLC 以微處理器為核心，故具有微機(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，若有鍵按下或有 I/O 變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。PLC 則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU 從第

45、一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為 3 個階段。(1)輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸

46、入刷新階段才能被讀入。(2)程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。(3)輸出刷新階段沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器） ，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成 PLC 一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行

47、的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和 I/O 刷新外，PLC 還要進(jìn)行各種錯誤檢測（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)” ，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個掃描周期只進(jìn)行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC 只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對 I/O 的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進(jìn)行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是

48、因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC 在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般 PLC 都會采取高速模塊?？傊?，PLC 采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們在學(xué)習(xí)和使用 PLC 當(dāng)中都應(yīng)加強(qiáng)注意。3.3 PLC 的常用匯編語言PLC 的編程語言種類比較多，對于不同的生產(chǎn)廠家、不同系列的產(chǎn)品所采用的編程語言的表達(dá)方式、編程符號等也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)形式，編程思路基本一致，學(xué)會其中的一種便可很容易掌握不同品牌、不同類型的 PLC 編程語言。PLC 的編程語言從總體

49、上看可分為圖形編程語言和字符編程語言兩種類型。PLC 提供的編程語言，常見的有梯形圖（LAD） 、指令表（STL） 、順序功能圖（SFC） 、功能模塊圖（FBD）等。(1)梯形圖（LAD）梯形圖是使用廣泛的 PLC 圖形編程語言。PLC 的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器電氣控制圖。它與繼電器控制系統(tǒng)的電路很相似，是在原繼電器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖的基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它將 PLC 內(nèi)部的各沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14編程元件和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號、標(biāo)號定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構(gòu)成表示 PLC 輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。梯形圖編程語言

50、的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。(2)指令表語言（IL）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用 PLC 手持編程器對用戶程序進(jìn)行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC 編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。指令表編程語言的特點(diǎn)是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持

51、編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計(jì)算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。(3)功能模塊圖語言（FBD）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種 PLC 編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。它用數(shù)字電子線路的“與” 、 “或” 、 “非”等邏輯門電路、觸發(fā)器、連線等圖形符號來進(jìn)行編程。它可以用觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、比較器等數(shù)字電子線路的符號表示其他圖形編程語言無法表示的 PLC 基本指令與應(yīng)用指令。功能模塊圖編程語言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模

52、塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。(4)順序功能流程圖語言（SFC）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)15程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試

53、時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。順序功能流程圖編程語言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。(5)結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的 PLC 系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實(shí)現(xiàn)的用戶程序編制。結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用計(jì)算機(jī)的描述方式來描述系統(tǒng)中各

54、種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù) PLC 制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語言與 BASIC 語言、PASCAL 語言或 C 語言等高級語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達(dá)方法及語句的種類等方面都進(jìn)行了簡化。結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點(diǎn)：采用高級語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級語言的知識和編程技巧，對工程設(shè)計(jì)人員要求較高。直觀性和操作性較差。不同型號的 PLC 編程軟件對以上五種編程語言的支持種類是不同的，早期的 PLC 僅僅支持梯形圖編程語言和指令表編程語言。目前的 PLC 對梯形圖（LD） 、指令表（STL） 、功能模塊圖（FBD）編程語言都以

55、支持。比如，SIMATIC STEP7 Micro WIN V3.2。在 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)人員不但對 PLC 的硬件性能了解外，也要了解 PLC 對編程語言支持的種類1。沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16第 4 章 PLC 的選型可編程控制器的工程設(shè)計(jì)選型是十分重要的工作，工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)裝備應(yīng)是集成的，標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充的原則選型。所選用的 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績，成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件，軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求想適應(yīng)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和概算時，應(yīng)首先分析工

56、藝過程特點(diǎn)，控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)，所需存儲器容量，確定可編程控制器的功能，外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的可編程控制器和相應(yīng)的控制系統(tǒng)。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制要求提供多種配置，經(jīng)過確定適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)配置和此后的設(shè)備類型選擇，然后開始分析輸入/輸出規(guī)格要求。要合理確定一個PLC 的 I/O 規(guī)格要求，就必須考慮幾方面的因素：首先，與 PLC 處理機(jī)設(shè)定位置有關(guān)的 I/O 設(shè)備的位置確定。其次，選定本地 I/O 或遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)后，就必須選擇 I/O 接口模塊的型號。在大多數(shù)應(yīng)用中，要求不止一種型號的 I/O 模塊。再次

57、，標(biāo)準(zhǔn)的操作控制部件，如按鈕、選擇器開關(guān)及指示燈通常使用 12V、24V或 220V 交流電，也可使用 12V48V 直流電，因此電源的選擇在這種情況下也是有必要進(jìn)行的。此外，對應(yīng)用中所用的 PLC 的控制功能選擇還要取決于包括PLC 的運(yùn)算功能，PLC 的內(nèi)存容量、PLC 的指令系統(tǒng)，PLC 的處理速度及其他通信聯(lián)網(wǎng)、編程器等外圍設(shè)備。除了這些要求之外，還應(yīng)對經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。在沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)17考慮可編程控制器的性能價格比時，還應(yīng)該考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性，可操作性等因素，進(jìn)行比較和兼顧。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出器件就需要一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值

58、后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也需要相應(yīng)的增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對 CPU 選用，存儲器的容量控制功能范圍等選擇都有影響。所以，在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較高的性能價格比。根據(jù)控制系統(tǒng)對 PLC 的指令系統(tǒng)要求，以及控制要求中的輸入設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等） 、輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號指示燈等） ，確認(rèn) I/O 點(diǎn)數(shù)。所以在節(jié)省經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢上，選擇一般小型的 PLC。同一機(jī)型 PLC在使用上位計(jì)算機(jī)對 PLC 進(jìn)行管理和控制時，通信程序的編制比較方便。本控制系統(tǒng)采用 FX2N 系列 PLC，屬于整體式（單元式）結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是非常緊湊，它將所有的模板都裝入一個機(jī)

59、體內(nèi)，構(gòu)成一個整體，這樣體積小巧、成本低、安裝方便，可以直接裝入機(jī)床或電控柜中，適與機(jī)電一體化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。其出色性能與同類型可編程控制器相比主要有以下幾方面：極高的可靠性；處理時間短；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊及模塊的通用性好。正是由于FX2N 系列的強(qiáng)大功能，因此被廣泛應(yīng)用到集散自動化系統(tǒng)中，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，

60、中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)等。FX2N 系列可編程控制器是 FX 系列中功能最強(qiáng)，速度最高的可編程控制器。有多種特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊，高速記數(shù)模塊，脈沖輸出模塊，脈沖控制模塊，有多種串行通信模塊或功能擴(kuò)展板。使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。4.1 FX2N 系列 PLC 的系統(tǒng)組成FX2N 系列 PLC 系統(tǒng)的基本組成，包括基本單元、擴(kuò)展單元、模擬量 I/O 模塊，以及各種特殊功能單元及外圍設(shè)備等。沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)184.1.1 基本單元基本單元為 PLC 的主體單元，也稱主機(jī)單元。其內(nèi)部各部分之間通過內(nèi)部系統(tǒng)總線連