可編程邏輯控制器簡(jiǎn)介

1、第1章可編程邏輯控制器簡(jiǎn)介知識(shí)點(diǎn)Q 可編程邏輯控制器(PLC)功能0邏輯控制的發(fā)展Q PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域Q當(dāng)今主流PLC介紹本章導(dǎo)讀可編程控制器(PLC )是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)。 它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù) 運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式或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。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS ( Distributed Control System )中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò) 的重要組成部分，將在工業(yè)及

2、工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。1.1 PLC的概述在PLC ( Programmable Logic Controller，可編程控制器)發(fā)展的過程中，由于時(shí)期不 同、功能相異，PLC還曾被稱為可編程矩陣控制器PMC(Programmable Matrix Controller )、可編程順序控制器 PSC( Programmable Sequenee Controller)，本書將沿用 PLC的稱謂。1.1.1 PLC的概念“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的 存儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令， 并

3、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。可編程控制器及 其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！鄙鲜鍪菄H電工委員會(huì)于1985年1月對(duì)PLC所作的權(quán)威性的定義。對(duì)于PLC的定義，其補(bǔ)充說明如下。以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主，或包括控制過程參量在內(nèi)的邏輯控-2 -西門子S7-300/400 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 2 -制、機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。 7 第1章 可編程邏輯控制器簡(jiǎn)介 5 1.1.2 PLC的功能可編程控制器是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動(dòng)化設(shè)備，按照預(yù)先輸入的 程序控制

4、現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作。其主要功能體現(xiàn)在以下幾方面：1 順序邏輯控制順序邏輯控制在 PLC應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛，可以取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可以用于單機(jī)控制或多機(jī)控制，又可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場(chǎng)給出的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn) 行相應(yīng)的操作。2. 運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)械加工行業(yè)，PLC與計(jì)算機(jī)數(shù)控集成在一起， 用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。很多PLC制造廠家已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模板。在多數(shù)情況下， PLC將描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控

5、制模板將保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以確保運(yùn)動(dòng)平滑。目前已用于控制無心磨削、 沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨削等應(yīng)用中。3. 定時(shí)控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時(shí)器，并設(shè)置了定時(shí)器指令。一般每個(gè)定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)0.1999.9s或0.0199.99s的定時(shí)控制，也可按一定方式進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的擴(kuò)展。定時(shí)精度 高，定時(shí)設(shè)定方便、靈活。同時(shí)PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，可用于準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)控制。4. 計(jì)數(shù)控制PLC提供了多種計(jì)數(shù)器，如普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器等，可以用來完成 不同用途的計(jì)數(shù)控制。 當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，或在某一數(shù)值范圍時(shí)，發(fā)出控制命令。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行中

6、被讀出，也可以在運(yùn)行中進(jìn)行修改。5. 步進(jìn)控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，并完成步進(jìn)控制功能。在一道工序完成之后，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序；一個(gè)工作周期結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期。有些PLC還專門設(shè)有步進(jìn)控制指令，使得步進(jìn)控制更為方便。6. 數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如 F2系列、C系列、S5系列PLC等可 完成數(shù)據(jù)運(yùn)算（如加、減、乘、除、乘方、開方等）、邏輯運(yùn)算（如與、或、異或、求反等）、 移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。7. 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量（或稱模擬量）。過去

7、，由于 PLC善于邏輯運(yùn)算控制，對(duì)于這些模擬量 主要依靠?jī)x表（如果回路數(shù)較少）或分布式控制系統(tǒng)DCS （如果回路數(shù)較多）來控制。目前，不但大、中型 PLC具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC （如C系列P型機(jī)）也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。&通信及聯(lián)網(wǎng)目前大多數(shù)PLC都具有了通信能力，能夠在 PLC與計(jì)算機(jī)之間同時(shí)進(jìn)行同位鏈接及 上位鏈接。通過這些通信技術(shù)，使 PLC更容易構(gòu)成工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。也可與打印機(jī)、監(jiān)視 器等外部設(shè)備相連，記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)。1.2 邏輯控制的發(fā)展1.2.1繼電器邏輯控制在人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中，禾U用開關(guān)來實(shí)現(xiàn)在電路中“開”和“關(guān)”各種用

8、電 器及生產(chǎn)設(shè)備，或改變它們的工作方式，這種控制方式是極其普遍的。但對(duì)于加工生產(chǎn)線 這樣大規(guī)模的電路，其電動(dòng)機(jī)等設(shè)備少則幾十臺(tái)，多則數(shù)以百計(jì)，同時(shí)這種電路中的各種 用電器往往要按照某種規(guī)律來安排其“開”和“關(guān)”的順序，因此若在這種場(chǎng)合下仍由人 來操作一個(gè)接一個(gè)的開關(guān)，顯然難于實(shí)現(xiàn)。此時(shí)繼電器邏輯控制電路就派上了用場(chǎng)。1 繼電器邏輯控制電路的概念繼電器邏輯控制電路是根據(jù)外界輸入的特定信號(hào)和某種要求，自動(dòng)地接通和斷開電路，斷續(xù)地或連續(xù)地改變電路參數(shù)或運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路或非電對(duì)象的切換、控制、調(diào)節(jié)和 保護(hù)的一種自動(dòng)控制電路。從電路結(jié)構(gòu)上看，繼電器邏輯控制電路一般都具有兩個(gè)基本組成部分，即決策部分和

9、 執(zhí)行部分。決策部分負(fù)責(zé)檢測(cè)外界輸入的信號(hào)，通過轉(zhuǎn)換、放大、判斷、按照預(yù)先設(shè)定的 控制規(guī)則進(jìn)行邏輯運(yùn)算，作出相應(yīng)的控制決策，指揮執(zhí)行部分動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)控制的最終目 的。就控制角度而言，這里決策部分起了關(guān)鍵的作用。而決策部分所體現(xiàn)的控制規(guī)則，實(shí) 際是通過繼電器邏輯控制電路各部分預(yù)先按控制規(guī)則要求的固定聯(lián)結(jié)來實(shí)現(xiàn)的。也就是說，其控制規(guī)則是以硬件的固定聯(lián)結(jié)來實(shí)現(xiàn)的。這也是繼電器邏輯控制電路不同于PLC的主要特征。2 繼電器邏輯控制電路的主要組成部分如上所述，繼電器邏輯控制電路一般是由決策部分和執(zhí)行部分組成的，而決策部分（即邏輯運(yùn)算部分）又可分為邏輯輸入部分和邏輯記憶部分。（1）邏輯輸入部分邏輯輸入部分

10、主要由主令電器和檢測(cè)器件組成。 主令電器主令電器一般包括手動(dòng)按鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)換器、凸輪控制器等，其主要功能是完成開機(jī)、 關(guān)機(jī)、切換、應(yīng)急停機(jī)或調(diào)試等控制操作。主令電器給出的控制信號(hào)稱為主令信號(hào)。主令電器中最常用的還是按鈕，按鈕又分為常開按鈕和常閉按鈕。常開按鈕在不按下 時(shí)觸點(diǎn)分開，在按下時(shí)觸點(diǎn)合上。常閉按鈕在不按下時(shí)觸點(diǎn)閉合，在按下時(shí)觸點(diǎn)分開。將 常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)裝在一起的則是復(fù)合按鈕。 檢測(cè)器件檢測(cè)器件通常包括行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器、速度繼電器、熱繼電器、過電 流繼電器等器件，其主要功能是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的行程或位置、壓力、速度、熱量、電流等 物理量在自動(dòng)控制過程中的狀態(tài)，以此作為繼電器

11、邏輯控制電路按照控制規(guī)則進(jìn)行決策的 主要依據(jù)。檢測(cè)器件還可以包括時(shí)間繼電器。這是一種特殊的檢測(cè)器件，主要用于檢測(cè)某過程執(zhí) 行的時(shí)間，以此作為繼電器邏輯控制電路按照控制規(guī)則進(jìn)行決策的又一特殊的依據(jù)。檢測(cè)器件給出的控制信號(hào)稱為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)，簡(jiǎn)稱檢測(cè)信號(hào)。行程開關(guān)是將運(yùn)動(dòng)部件的行程位置轉(zhuǎn)換為輸入信號(hào)的檢測(cè)器件。其工作原理與按鈕類 似，當(dāng)加工機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，碰撞壓力行程開關(guān)時(shí)，則輸出開關(guān)信號(hào)。與 按鈕不同的是，它是靠機(jī)械的外加力量使觸點(diǎn)輸出信號(hào)的，而按鈕完全是靠手工完成的。 由此可知，按鈕反映的是人的意志，而行程開關(guān)反映的是控制過程中的狀況。微動(dòng)開關(guān)也 是一種行程開關(guān)。接近開關(guān)是一種非接

12、觸式的、電子式的運(yùn)動(dòng)部件行程位置檢測(cè)裝置。其作用與行程開 關(guān)相同，但它實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化。除了用于替代行程開關(guān)外，接近開關(guān)還可以作為高速脈沖 發(fā)生器、高速計(jì)數(shù)器等。主令信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)即構(gòu)成控制線路的輸入信號(hào)。（2）邏輯記憶部分邏輯記憶部分主要由繼電器組成，用來記憶邏輯輸入信號(hào)的變化以及各邏輯輸入信號(hào) 經(jīng)過某種邏輯運(yùn)算后所得信號(hào)的變化。繼電器是一種依據(jù)某種形式的輸入信號(hào)而動(dòng)作，從而輸出開關(guān)信號(hào)的自動(dòng)控制（如電 壓、電流）和非電量（如轉(zhuǎn)速、溫度、時(shí)間）。繼電器的種類很多， 最常見的是電磁繼電器, 此外還有干簧繼電器、熱繼電器和時(shí)間繼電器等。電磁繼電器圖1-1電磁繼電器電磁繼電器是一種最常見、用途最廣

13、泛的繼電器，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由線圈、鐵心、銜鐵（即動(dòng)鐵心）、返回彈簧及動(dòng)觸頭、靜觸頭等構(gòu)成。當(dāng)線 圈兩端加上一定量的電壓或線圈中通以一 定量的電流時(shí)，鐵心磁化，銜鐵（即動(dòng)鐵 心）就會(huì)在磁力的作用下克服返回彈簧的 拉力吸向靜觸頭，從而導(dǎo)致銜鐵上的動(dòng)觸頭閉合或斷開。線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的一對(duì)動(dòng)、靜觸頭稱為常開觸點(diǎn)，反之則稱為 常閉觸點(diǎn)。線圈斷電后，銜鐵在返回彈簧的拉力下回到原位，使常開觸點(diǎn)斷開、常閉觸點(diǎn) 閉合。當(dāng)一個(gè)動(dòng)觸頭同時(shí)與一個(gè)靜觸頭閉合而與另一個(gè)靜觸頭斷開時(shí)，就稱它們?yōu)檗D(zhuǎn)換觸 點(diǎn)。一個(gè)電磁繼電器可以有一對(duì)或數(shù)對(duì)常開觸點(diǎn)或常閉觸點(diǎn)（也可以二者兼有），也可以有一組或數(shù)組轉(zhuǎn)換觸

14、點(diǎn)。一個(gè)繼電器的線圈及其觸頭，可以用同一字母及序號(hào)數(shù)碼來標(biāo)注， 如 J、J1、J2 等。電磁繼電器的功能與接觸器迥然不同，它主要用于在控制電路中依據(jù)輸入信號(hào)的狀態(tài) （如行程開關(guān)觸點(diǎn)的分合、電流的大小、電壓的高低、時(shí)間的長(zhǎng)短等）對(duì)應(yīng)輸出開關(guān)量的 控制信號(hào)，而接觸器只是輸出執(zhí)行功率信號(hào)。電磁繼電器有一些顯著優(yōu)點(diǎn)：可以用小信號(hào)、弱信號(hào)來操動(dòng)大信號(hào)、強(qiáng)信號(hào)，也就是說，它不僅具有信號(hào)轉(zhuǎn)換 和傳遞的功能，而且還有驅(qū)動(dòng)的功能?？梢詫?shí)行遠(yuǎn)距離控制。由于它可以采用多對(duì)接點(diǎn)，故可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)對(duì)象的集中控制、連鎖控制、多點(diǎn)控制。其操動(dòng)快速、準(zhǔn)確。電磁繼電器的種類很多，常見的就有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電

15、器和時(shí)間繼£興綸 電器等。電流繼電器和電壓繼電器的區(qū)別主要在于線圈。電流繼電器的線圈是與負(fù)載串聯(lián)連接 的，它是以負(fù)載電流為輸入信號(hào)，因此其線圈導(dǎo)線粗、匝數(shù)少；而電壓繼電器的線圈是與 負(fù)載并聯(lián)連接的，它是以負(fù)載電壓為輸入信號(hào)，因此其線圈導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多。中間繼電器實(shí)際上就是一種特殊的電壓繼電器，只不過它的主要目的不是反映電壓， 而是擴(kuò)展觸點(diǎn)的數(shù)量和容量。時(shí)間繼電器的輸入信號(hào)是非電量一一時(shí)間，這是與前3種都不相同的。電磁繼電器按照加在線圈上的是直流電還是交流電而分為直流和交流繼電器。干簧繼電器干簧繼電器又稱舌簧繼電器，這種繼電器分為線圈驅(qū)動(dòng)和永磁驅(qū)動(dòng)兩種，其結(jié)構(gòu)如 圖1-2（ a）和圖1-

16、2（ b）所示。當(dāng)干簧繼電器的線圈通電時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，由導(dǎo)磁材料做成 的干簧片被磁化而相吸，使被控電路接通。線圈斷電后，干簧片失磁，在自身彈力作用下 分開，使被控電路切斷。而永磁干簧繼電器在永久磁鐵靠近干簧片時(shí)使其磁化而相吸，使 被控電路接通。磁鐵離開時(shí)，干簧片靠自身的彈力分開，使被控電路切斷。干簧繼電器一 般只有一對(duì)干簧片常開觸點(diǎn)。N杯.赭=（a）線圈型（b）永磁型 # 西門子S7-300/400 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 8 圖1-2干簧繼電器 熱繼電器熱繼電器是反映熱量的繼電器，其工作原理如圖1-3所示。熱繼電器的核心是雙金屬片，它是由兩種熱膨脹系數(shù)顯著不同的金屬片復(fù)合在一起壓軋而成的。當(dāng)

17、熱繼電器通電時(shí)，加熱裝置亦通電加熱， 由于雙金屬片上層 a片的熱膨脹圖1-3熱繼電器系數(shù)大于下層b片的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，雙金屬片就會(huì)向下彎曲，使 常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。該繼電器主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載，避免其過載或 斷相以致嚴(yán)重過熱而燒毀設(shè)備。其主要缺點(diǎn)是：發(fā)熱原件間接加熱雙金屬片，熱耦合程度 較差，雙金屬片的變形不能正確反映所保護(hù)對(duì)象的熱特性，易產(chǎn)生較大誤差。 時(shí)間繼電器在獲得有效輸入信號(hào)后，延遲一段時(shí)間再動(dòng)作的繼電器叫做時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器與電磁繼電器的結(jié)構(gòu)類似，它采用不同的方法，使線圈在通電或斷電的瞬 間銜鐵不能立即吸合或釋放。按照所采用的不同方法(如短路銅

18、套渦流式、氣囊式、電動(dòng)機(jī) 式或電子延時(shí)電路式等)，時(shí)間繼電器劃分為電磁式、空氣阻尼式、電動(dòng)機(jī)式及半導(dǎo)體式等。如圖1-4所示為各種繼電器的圖形符號(hào)。(a)繼電器線圈(c)繼電器常閉觸點(diǎn)(b)繼電器常開觸點(diǎn)(d)熱繼電器熱量元件(e)熱繼電器常開觸點(diǎn)(f)熱繼電器常閉觸點(diǎn)(g)時(shí)間繼電器線圈(h)延時(shí)閉合的時(shí)間繼電器常開觸點(diǎn)(j)延時(shí)釋放的時(shí)間繼電器常閉觸點(diǎn)(i)延時(shí)釋放的時(shí)間繼電器常開觸點(diǎn)(k)延時(shí)閉合的時(shí)間繼電器常閉觸點(diǎn)圖1-4繼電器圖形符號(hào)(3 )執(zhí)行部分執(zhí)行部分主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為有記憶功能和無記憶功能兩種。有記 憶功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種容量的接觸器、繼電器等。無記憶功能的執(zhí)行

19、機(jī)構(gòu)有電磁閥、電 磁鐵、微電機(jī)、燈光負(fù)載、音量負(fù)載等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要功能是直接控制生產(chǎn)裝置執(zhí)行移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、升降、正反轉(zhuǎn)、開閉、分 合等，以完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，由于要驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載，往往還需使用接觸器。接觸器是在繼電器控制 電路中用來接通或切斷電路中負(fù)載的一種控制電路，故繼電器控制電路往往又被稱為繼電 接觸控制電路。接觸器有交流接觸器與直流接觸器之分。接觸器和繼電器的工作原理大致一樣，區(qū)別在于接觸器多是用來接通或切斷控制電路 中主要回路較大電流負(fù)載，因而其主觸點(diǎn)容量較大(且一般有多對(duì))；而繼電器多是用來接通或切斷繼電器邏輯控制電路中控制回路較小電流或電壓信號(hào)，因而其觸點(diǎn)容量較小(一

20、般也可有多對(duì))。交流接觸器通常的結(jié)構(gòu)如圖 1-5所示。它通常以3對(duì)主觸點(diǎn)通斷大負(fù)載電流， 再配置2 對(duì)輔助觸點(diǎn)用于控制。由于交流接觸器主觸點(diǎn)在切斷較大負(fù)載電流時(shí)通常要產(chǎn)生較強(qiáng)的電 弧，極易燒壞觸點(diǎn)，嚴(yán)重影響交流接觸器的使用壽命，故在交流接觸器主觸點(diǎn)處通常都要 加裝滅弧罩。接觸器的圖形符號(hào)如圖1-6所示。圖1-5 交流繼電器(b)接觸器常開主觸點(diǎn)(a)接觸器線圈(c)接觸器常閉主觸點(diǎn)(d)接觸器常開輔助觸點(diǎn)(e)接觸器常閉輔助觸點(diǎn)圖1-6接觸器圖形符號(hào)-11 第1章 可編程邏輯控制器簡(jiǎn)介-17 3 基本繼電器邏輯控制線路(1) 啟動(dòng)、停止、自鎖電路啟動(dòng)、停止、自鎖電路如圖1-7所示，是繼電接觸控

21、制系統(tǒng)中最常見的電路。當(dāng)操作人員按下按鈕 SB1時(shí)，由于按鈕SB2的常閉 觸點(diǎn)是閉合的，故線路向繼電器K線圈通電，因而繼電器K吸合，致使其常開觸點(diǎn) K閉合。即使此時(shí) SB1常圖1-7啟動(dòng)、停止、自鎖電路開觸點(diǎn)斷開，由于繼電器常開觸點(diǎn)K閉合，仍繼續(xù)對(duì)線圈供電，維持繼電器吸合狀態(tài)，這就叫做“自鎖”(有的教材也稱“自保”)。當(dāng)操作人員按下停止按鈕SB2時(shí)，其常閉觸點(diǎn)斷開，切斷了線圈供電通路，繼電器K釋放，其常開觸點(diǎn) K斷開。啟動(dòng)、停止、自鎖電路實(shí)際上是典型的“與”、“或”、“非”邏輯組合電路，若以 A、B1、B2分別表示K、SB1、SB2的狀態(tài)，其邏輯代數(shù)式可表達(dá)為A= ( B1+A ) R(1-1

22、)(2 )行程控制在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需對(duì)大量的加工件、刀具、物料、運(yùn)料小車等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置或行 程的控制。如圖1-8所示為行程控制的一個(gè)實(shí)例。某機(jī)床刀架在初始狀態(tài)下停在軌道最左邊的極 限位置上，使限位開關(guān) 00411常開觸點(diǎn)接通而常閉觸點(diǎn)斷開。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕00410時(shí)，其常開觸點(diǎn)接通，加之行程開關(guān)00412未被壓下，其常閉觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)，控制刀架快進(jìn)的00451繼電器線圈通電，控制刀架快進(jìn)。當(dāng)?shù)都芸爝M(jìn)到行程開關(guān)00412的位置時(shí)，擋塊壓下行程開關(guān)00412,其常閉觸點(diǎn)斷開，使快進(jìn)控制電路給 00451線圈供電的通路斷開，00451繼電器釋放，刀架快進(jìn)停止。而此時(shí)由于擋塊壓下 00412行程開

23、關(guān)，其常開觸點(diǎn)亦接通，加之行程開關(guān)00413未被壓下，其常閉觸點(diǎn)處于接通狀態(tài)，使控制刀架進(jìn)行工作進(jìn)給1 (簡(jiǎn)稱工進(jìn)1 )的00452繼電器線圈通電，因而控制刀架按工進(jìn) 1的速度進(jìn)給。當(dāng)?shù)都苓M(jìn)到行程開關(guān) 00413的位置時(shí)，刀架將停止工進(jìn)1的動(dòng)作，而啟動(dòng) 00453繼電器，開始工進(jìn)2的行程；而當(dāng)?shù)都苓M(jìn)到行程開關(guān)00414的位置時(shí)，刀架將停止工進(jìn)2的動(dòng)作，而啟動(dòng)00454繼電器，開始快退的行程；當(dāng)?shù)都芡说叫谐涕_關(guān)00411的位置時(shí)，刀架將停止快退。至此，系統(tǒng)完成了一次完整的工作循環(huán)。最后兩個(gè)行程的工作原理，讀者可試著自行 分析。按照上述行程控制電路，可以列出其邏輯代數(shù)式如下。00451= (004

24、11 00410+00451 ) 00412(1-2)00452= (00412+00452) 00413(1-3)00453=(00413+00453) 00414(1-4)00454=(00414+00454) 00411(1-5)(3) 定時(shí)控制電路繼電器接觸控制線路中是用時(shí)間繼電器(如空氣式、電動(dòng)式、晶體管式時(shí)間繼電器) 作為檢測(cè)并控制時(shí)間量的關(guān)鍵器件。通常定時(shí)控制電路有兩種：延時(shí)吸合電路和延時(shí)釋放 電路。而按照計(jì)時(shí)的起始信號(hào)來分，又分為得電延時(shí)和失電延時(shí)兩種電路。某機(jī)床電動(dòng)機(jī)要求在按下按鈕SB1后正轉(zhuǎn)25s，然后停止5s，再反轉(zhuǎn)30s,最后再停止10s，這樣完成一個(gè)循環(huán)；以后自動(dòng)完成

25、這樣一個(gè)接一個(gè)的循環(huán)。如圖1-9所示即是完成這種要求的一個(gè)定時(shí)控制線路。從圖1-9中可以看出，當(dāng)按下按鈕SB1時(shí)，由于時(shí)間繼電器 KT1的延時(shí)釋放的常閉觸點(diǎn)還處于閉合狀態(tài)，線路向繼電器K1和時(shí)間繼電器 KT1同時(shí)供電，K1使機(jī)床電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)時(shí)間繼電器 KT1也開始計(jì)時(shí) (在按鈕SB1釋放期間，K1的常開觸點(diǎn)起自鎖作用)。當(dāng)時(shí)間繼電器 KT1計(jì)時(shí)到25s時(shí)， 其延時(shí)釋放的常閉觸點(diǎn) KT1斷開，致使繼電器K1和時(shí)間繼電器 KT1均失電而斷開。而此 時(shí)由于時(shí)間繼電器 KT1的延時(shí)閉合的常開觸點(diǎn) KT1閉合，使得 KT2時(shí)間繼電器得電而開 始計(jì)時(shí)5s。以后的過程讀者可以參照?qǐng)D1-9自行分析，不過需

26、要注意的是，當(dāng)反轉(zhuǎn)停止并延時(shí)10s后，由于時(shí)間繼電器 KT4的延時(shí)閉合的常開觸點(diǎn)KT4閉合，使得繼電器 K1和時(shí)間繼電器KT1又得電，開始下一個(gè)循環(huán)。匚?二I 丄H譚00<1J004 LC QD413 00414 升靈0C45100+10,0045-aoAi-u-理】圖1-8行程控制實(shí)例4繼電接觸式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖1-9定時(shí)控制實(shí)例在繼電接觸式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了保證系統(tǒng)的使用效能和正確的動(dòng)作程序，目前 最常用的是采用經(jīng)驗(yàn)的方法，即將常用的、典型的控制電路組合成符合要求的控制電路。 采用此種方法設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定如下內(nèi)容：(1) 自動(dòng)工作循環(huán)的分析在確定控制方案之前，首先應(yīng)列出控制系統(tǒng)自動(dòng)工

27、作循環(huán)的簡(jiǎn)圖和說明、主令電器及 行程開關(guān)等的布置與作用簡(jiǎn)圖或說明、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通斷狀態(tài)與對(duì)應(yīng)動(dòng)作的關(guān)系、自動(dòng)工作 循環(huán)中的循環(huán)周期表等，以對(duì)以后的設(shè)計(jì)提供必要的具體要求和條件，這也是整個(gè)設(shè)計(jì)過 程中的需求分析過程。(2) 聯(lián)鎖條件及電氣保護(hù)的確定在設(shè)計(jì)過程中要特別注意聯(lián)鎖條件及電氣保護(hù)的分析與確定，其中尤其要注意以下 幾點(diǎn)。聯(lián)鎖關(guān)系：一般是指一個(gè)動(dòng)作、效能與其他的動(dòng)作、效能的關(guān)聯(lián)關(guān)系。也就是說， 當(dāng)一個(gè)動(dòng)作、效能具備后，才能進(jìn)行其他的動(dòng)作、效能。例如，當(dāng)高爐上料料斗 在最低端裝滿料后，才能上行；同樣，當(dāng)其在最頂端卸完料后，才能下行。禁止關(guān)系：一個(gè)動(dòng)作發(fā)生后禁止另一個(gè)動(dòng)作的發(fā)生。例如，前述高爐上料

28、料斗在 達(dá)到最低端或最頂端的位置時(shí)，必須禁止其繼續(xù)下行或繼續(xù)上行的動(dòng)作?；ユi關(guān)系：一般是指一個(gè)動(dòng)作、效能與其他的動(dòng)作、效能間互相禁止的關(guān)系。例 女口，同一電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)肯定不能同時(shí)進(jìn)行，必須先等其中一種動(dòng)作完全停 止，才能啟動(dòng)進(jìn)行另一個(gè)動(dòng)作。恰當(dāng)?shù)夭捎糜洃泦卧?。在繼電接觸控制系統(tǒng)的控制過程中，若由某一事件是否發(fā) 生來決定下一步的工作，則一般要引用一些記憶單元記憶事件的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)。這種 控制系統(tǒng)通常是順序控制系統(tǒng)。(3) 輸入信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)短的處理在繼電接觸控制系統(tǒng)的控制過程中，常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的長(zhǎng)短經(jīng)常需要加 以改造。通常遇到的問題是常開觸點(diǎn)輸入信號(hào)太短或常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)太長(zhǎng)。對(duì)于常開

29、觸 點(diǎn)輸入信號(hào)太短的問題， 通常采用記憶單元來延長(zhǎng)； 而對(duì)于常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)太長(zhǎng)的問題， 通常采用一個(gè)信號(hào)與這個(gè)長(zhǎng)信號(hào)相“與”的方法解決。另一種常用方法是用延時(shí)繼電器。122可編程邏輯控制1 可編程控制器概述對(duì)于國際電工委員會(huì)(IEC )于1985年1月對(duì)可編程控制器做的定義，還可以補(bǔ)充說 明為：可編程控制器是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主或包括控制過程 參量在內(nèi)的邏輯控制、機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。更 先進(jìn)的可編程控制器還可利用其通信功能聯(lián)于網(wǎng)絡(luò)中或與其他裝置構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。限于篇幅，在本書中將著重討論 PLC主要的也是應(yīng)用最廣泛的功能，即邏輯控

30、制功能，對(duì)其余功能只作簡(jiǎn)略介紹。但需提醒讀者，不要因此以偏蓋全，以為本書已包含了PLC的全部?jī)?nèi)容。2 可編程控制器的特點(diǎn)(1)通信性和靈活性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛可編程控制器不同于一般以硬件固定連接方式來體現(xiàn)控制機(jī)理的控制系統(tǒng)，其控制規(guī) 則可根據(jù)不同的需求方便地以更新軟件來實(shí)現(xiàn)，故其適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其適用于控制規(guī)則需 要不斷更新的場(chǎng)合，如機(jī)械制造、電力、冶金、建材、煤炭、化工、石化、醫(yī)療、紡織、 食品等，既可應(yīng)用于單機(jī)裝置中，又可以應(yīng)用于生產(chǎn)線中。(2 )可靠性高，抗干擾的能力極強(qiáng)可編程控制器在硬件、軟件設(shè)計(jì)上均充分考慮了抗強(qiáng)烈干擾和對(duì)故障進(jìn)行診斷與容錯(cuò)的各種措施，如屏蔽、隔離、濾波、電壓調(diào)整、對(duì)故障的在

31、線診斷、對(duì)程序及數(shù)據(jù)的后備電池保護(hù)、WTD保護(hù)等，使其可靠性較之一般工業(yè)控制裝置高出很多。大多數(shù)PLC產(chǎn)品的平均無故障間隔時(shí)間 MTBF都可達(dá)數(shù)十萬小時(shí)。有一個(gè)例子可以有力地說明 PLC抗干擾 能力的強(qiáng)大：PLC出廠試驗(yàn)中有一項(xiàng)抗干擾試驗(yàn)， 是要承受幅值為1000V、上升時(shí)間為1ns、 脈寬為1 iB的干擾脈沖沖擊。就這一特點(diǎn)而言，也使 PLC贏得了眾多的用戶。(3) 產(chǎn)品系列化、規(guī)模化、功能完備、性能優(yōu)良可編程控制器發(fā)展到目前的這種局面，已經(jīng)擁有繁多的品牌，小、中、大系列齊全，各種功能的裝置和模塊相當(dāng)齊備，且性能異常優(yōu)良，用戶只需根據(jù)自己需要，選擇這些產(chǎn) 品予以安裝并連上外部接線就可以方便地

32、構(gòu)成自己的系統(tǒng)。就功能來說，PLC除了滿足強(qiáng)大的邏輯控制功能外，還有不少的產(chǎn)品具有運(yùn)動(dòng)控制、PID過程控制、數(shù)控、數(shù)據(jù)處理以及通信等各種功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了純開關(guān)量控制的概念。(4) 編制程序簡(jiǎn)單、容易由于可編程控制器控制程序充分照顧到了現(xiàn)在工程技術(shù)人員的習(xí)慣，既可用面向生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)的簡(jiǎn)單指令語句形式編程，又可以用大家普遍熟悉的梯形圖編程。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，有的可編程控制器還可以使用簡(jiǎn)單易懂的功能圖表編程和模塊化的程序結(jié)構(gòu)(如主控程序 結(jié)構(gòu))等。使得編程和改變程序均很方便、靈活。(5) 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短，擴(kuò)充容易如前所述，由于PLC硬軟件產(chǎn)品齊全，故用戶組建系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都很容 易，與

33、一般控制系統(tǒng)相比，大大縮短了周期。由于PLC產(chǎn)品開發(fā)有大量擴(kuò)展單元或不同規(guī)模不同功能的模塊，故用戶擴(kuò)充自己系統(tǒng)的規(guī)?；驍U(kuò)充功能都異常方便。(6) 體積小、重量輕，維護(hù)方便PLC體積小、重量輕自不待說。 PLC由于有自診斷功能，能及時(shí)將故障點(diǎn)顯示給維修 人員，故排除故障相當(dāng)順利、簡(jiǎn)單。加之 PLC組裝、聯(lián)接簡(jiǎn)單、維修時(shí)采用更換整個(gè)單元 或模塊，故特別方便。3 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，功能更強(qiáng)大、規(guī)模不斷擴(kuò)大而價(jià)格日趨低廉的元器件不斷涌現(xiàn)，促使PLC產(chǎn)品亦隨之功能大增而成本下降。目前PLC的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了早期僅用于開關(guān)量控制的局面，現(xiàn)將其應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)述于下

34、。(1 )開關(guān)量邏輯控制這是PLC最廣泛的應(yīng)用。已逐步取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制裝置，被用于單機(jī)或多機(jī) 控制系統(tǒng)以及自動(dòng)生產(chǎn)線上。PLC控制開關(guān)量的能力是很強(qiáng)的，所控制的入、出點(diǎn)數(shù)有時(shí)多達(dá)幾萬點(diǎn)。由于可以聯(lián)網(wǎng)，所以點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制。所控制的如組合的、時(shí)序的、要考 慮延時(shí)的、需要進(jìn)行高速計(jì)數(shù)等的邏輯問題都可以解決。(2 )運(yùn)動(dòng)控制目前很多廠商已經(jīng)開發(fā)出大量運(yùn)動(dòng)控制模塊。且功能是給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)等提供單軸或多軸的位置控制，并在控制中滿足適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以保證運(yùn)動(dòng)的平滑水準(zhǔn)。(3 )過程控制當(dāng)前PLC產(chǎn)品中，還有一大類是針對(duì)生產(chǎn)過程參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等的 檢測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的。

35、常用的有模擬量I/O模塊，通過這些模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn) A/D和D/A 轉(zhuǎn)換，還可以進(jìn)一步構(gòu)成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)PID 一類的生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)。而針對(duì)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，又有專門的模塊，可以更方便地實(shí)施。這些產(chǎn)品，往往還引入了智能控制。（4 ）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC已具有數(shù)據(jù)傳送、排序、查表搜索、位操作以及邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、矩 陣運(yùn)算等多種數(shù)據(jù)采集、分析、處理的功能。目前還有不少公司，將PLC的數(shù)據(jù)處理功能與計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備的功能緊密結(jié)合在一起，開發(fā)了用于CNC的PLC產(chǎn)品。（5）通信隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)的逐步普及，PLC的網(wǎng)絡(luò)化通信產(chǎn)品也在大量被推出。這些產(chǎn)品解決了 PLC之間、PL

36、C與其擴(kuò)展部分之間、PLC與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間或其 他網(wǎng)絡(luò)間的通信問題。更有一些公司，還為其PLC系統(tǒng)開發(fā)了專門的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品包括有典型的如 A-B公司的高速數(shù)據(jù)通道 DH和DH+、SIEMENS公司的SINEC局域 網(wǎng)等。通過這些產(chǎn)品，可將 PLC、計(jì)算機(jī)、各種外設(shè)組成局域環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)還可以套非環(huán)網(wǎng)。 環(huán)網(wǎng)與環(huán)網(wǎng)還可以橋接。網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通信、交換信息。聯(lián)網(wǎng)、通信，適應(yīng)了當(dāng)今諸如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS ）及智能化工廠等先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的需要。它使工業(yè)控制從點(diǎn)（Poi nt）到線（Line）再到面（Aero），使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、生產(chǎn)線的控制和工廠管理層的管理及決策連成一體，甚至

37、實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管 理，以創(chuàng)造更高的境界。需要注意的是，并非所有PLC都具有上述全部功能，越小型的PLC，其功能相應(yīng)也越少。1.3 主流PLC簡(jiǎn)介下面介紹一些常見的主流PLC，用戶在今后選擇 PLC產(chǎn)品組成自己的系統(tǒng)時(shí)可以此為參考。在選擇PLC時(shí)，往往著眼于以下幾個(gè)方面。（1 ）重要技術(shù)參數(shù)及I/O規(guī)模如CPU主頻大小、運(yùn)算速度的快慢，又如內(nèi)存容量和擴(kuò)展存儲(chǔ)等容量大小，再如I/O總數(shù)的多少以及通信傳輸速率等。（2）功能除根據(jù)需要選擇軸定位功能、PID過程控制功能、高速計(jì)數(shù)功能、CNC功能、操作員監(jiān)控功能、通信功能等外，還應(yīng)充分了解系統(tǒng)本身的中斷功能、自診斷與容錯(cuò)功能、有無 熱備份功能

38、等情況。（3）結(jié)構(gòu)首先，應(yīng)弄清楚選用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是整體式（單元式）還是模塊式的；其次，應(yīng)根據(jù)需 要考慮用不用本地?cái)U(kuò)展I/O及遠(yuǎn)程I/O等結(jié)構(gòu)；再進(jìn)一步，則應(yīng)考慮用不用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（4）編程語言及編程終端大多數(shù)產(chǎn)品都提供了語句表（即指令程序）和梯形圖編程軟件，一些較好的產(chǎn)品還額 外提供了順序功能圖 SFC以及諸如主控程序（MCP） 類的模塊化編程軟件工具，甚至提 供了 C語言等高級(jí)語言的編程軟件工具。就編程終端（編程器）而言，通常是使用各公司 配套的專用編程器，這種方式性價(jià)比較差。有鑒于此，一些卓有遠(yuǎn)見的公司現(xiàn)在已開始提 供可用于普通個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件，使得用戶不必購買編程器，而只需購買軟件即可實(shí)

39、 現(xiàn)編程操作。（5）產(chǎn)地和公司包括公司的技術(shù)實(shí)力及其售后對(duì)用戶的技術(shù)支持，這點(diǎn)也很重要。目前很多公司只注 重商務(wù)，而對(duì)技術(shù)培訓(xùn)、售后維護(hù)、新技術(shù)的升級(jí)等漠不關(guān)心，這種公司顯然是應(yīng)當(dāng)竭力 回避的。PLC的主要產(chǎn)地在美國、歐洲（又以德國和法國為主）和日本3個(gè)地區(qū)。目前形形色色的PLC產(chǎn)品在千種以上。在美國，主要的生產(chǎn)商有 A-B （Allen-Bradley ）、莫迪康（MODICON ）、GE FANUC、 德州儀器（TI : Texas Instrument）、西屋（Westing House）、霍尼威爾（Honeywell ）等。其 中，A-B、MODICON、GE FANUC在中國市場(chǎng)占有較大份額。在歐洲，主要的生產(chǎn)商有德國的西門子（ SIEMENS ）、金鐘-默勒（Kiockner-Moeller ）、 Gmbh、BBC，法國的 TE （Telemecanique）、Alsthom 等。在中國市場(chǎng)上比較知名的，可能 只有 SIEMENS 和 TE。在日本，主要的生產(chǎn)商有三菱電機(jī)（MITSUBISHI ）、歐姆龍（OMRON ）、富士電機(jī)（FujiElectric）、東芝（TOSHIBA ）、光洋（KOYO ）、松下電工（MEW ）、日