電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

1、 xxxxxxx機(jī)電工程系機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題題 目目 電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的 PLC 控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì)專業(yè)名稱學(xué)生姓名指導(dǎo)教師畢業(yè)時(shí)間緒論緒論 現(xiàn)在生產(chǎn)線控制的主流品種是以繼電器、接觸器為主的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關(guān)。由勵(lì)磁線圈、鐵心磁路、觸點(diǎn)等部件組成。通過(guò)繼電器接觸器等其它控制元件的線路連接，可以實(shí)現(xiàn)一定的控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的各種操作控制。人們將由導(dǎo)線連接決定器件間的邏輯關(guān)系的控制方式稱為接線邏輯。隨著工業(yè)自動(dòng)化的程度的不斷提高,使用繼電器電路構(gòu)成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來(lái).首先是復(fù)雜的系統(tǒng)使用成百上千個(gè)各種各樣的繼電器，成千上

2、萬(wàn)根導(dǎo)線連接的密如蛛網(wǎng)。只要有一個(gè)電器，一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障,系統(tǒng)就不能工作，這就大大降低了這種接線邏輯的可靠性.其次是這樣的系統(tǒng)維修機(jī)改造很不容易,特別是技術(shù)改造,當(dāng)試圖改造工作設(shè)備的工作過(guò)程以改善設(shè)備各功能時(shí)，人們寧愿重新生產(chǎn)一套控制設(shè)備都不愿將繼電器控制柜中的線路重接.而 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。同時(shí) PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減小了控制設(shè)備的外部接線，是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大大縮短了。同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái).更重要的是同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。本文以 PLC 技術(shù)在鍋爐多

3、功能供熱系統(tǒng)為例，來(lái)闡明 PLC 在工業(yè)控制中發(fā)揮的巨大作用關(guān)鍵詞：鍋爐多功能供熱;PLC; 目目 錄錄1 緒論 .21。1 PLC 的基本概念.51.2 PLC 的誕生.51.3 PLC 的特點(diǎn).62 PLC 的介紹.72.1 PLC 的流派.72。2 PLC 的結(jié)構(gòu)和工作原理 .83 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域.113。1 開關(guān)量的邏輯控制.113.2 模擬量控制.11。3。3 運(yùn)動(dòng)控制.123.4 過(guò)程控制.123.5 數(shù)據(jù)控制.124 PLC 的基本結(jié)構(gòu).124.1 中央處理單元.134。2 存儲(chǔ)器.134.3 I/O 模塊.。 。 。 。 。.。.。.。.。 。 。.。 。 。.。.。 。

4、。 。.。 。.。 。.。 。 。 。.。.。.。 。 。.。.。 。 。 。.。 。.。 。 。 。.。.。.。.。.。 。.。 。.。.。 。.。 。 。.。 。.144.4 電源.154.5 底板或機(jī)架.164。6 PLC 系統(tǒng)的基本設(shè)備.165 PLC 的基本工作原理.165。1 掃描技術(shù).165.2 PLC 與繼電器控制與系統(tǒng)微機(jī)區(qū)別.185.3 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn).185.4 編程語(yǔ)言的形式.19 5.5 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則.205.6 PLC 程序的內(nèi)容和質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo) 。215。7 PLC 程序的調(diào)試方法及步驟。.。.。 。.。 。 。 。 。 。.。.。 。.。.。

5、。 。.。 。 。.。 。.。.。.。.。 。.。.。 。 。.。 。 。 。.。.225.8 PLC 的造型方法。.。 。.。.。 。.。 。 。.。 。.。 。.。.。 。 。 。 。 。 。 。 。.。.。 。 。 。.。 。.。.。 。.。 。.。.。.。.。.。 。.。 。.。.。 。 。 。.。 。.。 。 。235.9 經(jīng)濟(jì)性考慮.。.。 。.。.。.。 。.。.。.。.。 。 。 。.。 。 。.。.。.。.。.。 。 。.。 。.。 。 。.。 。 。 。.。.。.。.。.。.。 。 。.。276 基于 PLC 的電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。.。.。 。.。.。 。 。 。.。

6、 。.。.。.。 。 。.。 。.。.。.。 。 。 。 。 。 。.286.1 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。.。 。.。.。.。.。.。 。.。 。 。 。 。.。.。.。 。 。.。.。.。 。 。 。 。 。 。 。 。.。.。.。 。 。.。 。 。296.2 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。.。 。 。 。.。 。 。.。 。.。 。 。.。.。 。 。.。.。 。 。 。.。.。 。.。.。 。.。.306.3 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序部分的介紹。.。.。 。.。.。 。.。 。 。 。.。.。.。 。 。 。.。 。 。.。.34致 謝.37參 考 文 獻(xiàn) .38 1 1。

7、1 1 PLCPLC 的基本概念的基本概念PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller） ，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義：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)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器 ,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)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(guò)程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)

8、該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！笨删幊炭刂破?作為一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 它專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造.早期的可編程控制器稱作 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller),簡(jiǎn)稱 PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。1.2 PLC 的誕生的誕生1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP14，并在 G

9、M 公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 1。2。1PLC 的發(fā)展第一代：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到 70 年代初期。其特點(diǎn)是：CPU 由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器； 第二代:70 年代初期到 70 年代末期。其特點(diǎn)是：CPU 采用微處理器，存儲(chǔ)器采用EPROM ；第三代:70 年代末期到 80 年代中期。其特點(diǎn)是：CPU 采用 8 位和 16 位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)器采用 EPROM、EAROM、CMOSRAM 等 ；第四代：80 年代中期到 90 年代中期。PC 全面使用 8 位、16 位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到 1us/步 ；第五代：90 年代中

10、期至今。PC 使用 16 位和 32 位的微處理器芯片,有的已使用RISC 芯片。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用.目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC 生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我

11、國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地 .1.31.3 PLCPLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn)1.3。1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造 ,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 。1。3.2 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。1。3.3 使用方便具體地講,PLC 有五個(gè)方面的方便：1、配置方便:可接控制系統(tǒng)的需要確定要使用哪家的PLC，那種類型的，用什么模塊,要多少模塊,確定后，到市場(chǎng)上定貨購(gòu)買即可

12、。2、安裝方便 :PLC 硬件安裝簡(jiǎn)單 ,組裝容易.外部接線有接線器，接線簡(jiǎn)單，而且一次接好后 ,更換模塊時(shí),把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。3、編程方便： PLC 內(nèi)部雖然沒(méi)有什么實(shí)際的繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器,但它通過(guò)程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實(shí)實(shí)在在地存在著.4、維修方便：這是因?yàn)椋?)PLC 工作可靠,出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量 .5、改用方便： PLC 用于某設(shè)備 ,若這個(gè)設(shè)備不再使用了 ,其所用的 PLC 還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。1.3.4 工作可靠(1) 在硬件方面： PLC 的輸入輸出電路與內(nèi)部 CPU 是電隔離。其

13、信息靠光耦器件或電磁器件傳遞 .而且，CPU 板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運(yùn)行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。2、軟件方面 :PLC 的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的 冒險(xiǎn)競(jìng)爭(zhēng)”，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應(yīng)急處理急于處理的控制，保證了 PLC 對(duì)應(yīng)急情況的及時(shí)響應(yīng) ,使 PLC 能可靠地工作。 2 PLC 介介紹紹2.1 PLC 的流派的流派2。1.1美國(guó)流派據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),現(xiàn)在世界上生產(chǎn) PLC 及其網(wǎng)絡(luò)的廠家有 200 多家,生產(chǎn)大約有 400多個(gè)品種的 PLC 產(chǎn)品。其中美國(guó)是 PLC 生產(chǎn)大國(guó)，有 100 多家 PL

14、C 廠商，著名的有AB 公司、通用電氣（GE)公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器(TI）公司、西屋公司等。2.1。2日本流派日本有 6070 家 PLC 廠商,也生產(chǎn) 200 多個(gè)品種的 PLC 產(chǎn)品；日本的小型 PLC 最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制,日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格外受用戶歡迎。日本有許多 PLC 制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型 PLC 市場(chǎng)上,日本產(chǎn)品約占有 70的份額。2。1.3歐洲流派德國(guó)的西門子(SIEMENS)公司、AEG 公司、法國(guó)的

15、 TE 公司是歐洲著名的 PLC 制造商。德國(guó)的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在中、大型 PLC 產(chǎn)品領(lǐng)域與美國(guó)的AB 公司齊名。西門子 PLC 主要產(chǎn)品是 S5、S7 系列。S7 系列是在 S5 系列 PLC 基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價(jià)格比高，其中 S7-200 系列屬于微型 PLC、S7300 系列屬于于中小型 PLC、S7400 系列屬于于中高性能的大型 PLC.2 2。2 2 PLCPLC 的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理2.2。1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī).它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)相似，主要由主機(jī)、I/O 擴(kuò)展機(jī)、外圍設(shè)備三部分組成，

16、如圖 23 所示。1主機(jī)主機(jī)主機(jī)由 CPU（微處理器） 、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元、電源等部分組成。圖圖 2-3 PLC 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖CPU 是 PLC 的核心,其作用類似于人的大腦。它能夠識(shí)別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識(shí)別用戶所輸入的指令序列的格式和語(yǔ)法錯(cuò)誤，還具有系統(tǒng)測(cè)試與診斷功能。PLC 的存儲(chǔ)器有兩種:系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器.輸入輸出（IO）單元是 PLC 與輸入控制信號(hào)和被控制設(shè)備連接起來(lái)的部件,輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 能接收和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出單元接收經(jīng)過(guò)

17、CPU 處理過(guò)的輸出數(shù)字信號(hào),并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同，可分為模擬量 I/O 單元、數(shù)字量I/O 單元兩大類。電源單元的作用是把外部電源(220V 的交流電源)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓.PLC 還有各種外設(shè)接口電路，用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變頻器等并能通過(guò)外設(shè)接口組成 PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC 通過(guò) PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過(guò)RS485 接口與計(jì)算機(jī)連接,可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。2I/O 擴(kuò)展機(jī)擴(kuò)展機(jī)每種 PLC 都有與主機(jī)相配的擴(kuò)展模塊，用來(lái)擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)

18、數(shù),以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC 擴(kuò)展模塊內(nèi)不設(shè) CPU，僅對(duì) I/O 通道進(jìn)行擴(kuò)展，不能脫離主機(jī)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求.3外部設(shè)備外部設(shè)備外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機(jī)、打印機(jī)、EPROM 寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等.其中編程器是 PLC 必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成，主要用于對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來(lái)監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。2。2。2 PLC 的工作原理的工作原理1PLC 的等效電路PLC 的工作酷似一個(gè)繼電器系統(tǒng)，其等效電路可分為三部分:輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分,如圖 2-4 所示.圖圖 2 24 4

19、PLCPLC 的等效電路的等效電路輸入部分-這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子外接行程開關(guān)、按鈕等的觸頭，內(nèi)連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號(hào)通過(guò)輸入端子驅(qū)動(dòng),可提供無(wú)限多對(duì)常開、常閉的軟觸點(diǎn)供內(nèi)部使用.內(nèi)部控制電路-由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,判斷哪些信號(hào)需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負(fù)載。輸出部分-這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，所以輸出端子是 PLC 向外部負(fù)載輸出信號(hào)的端子，其內(nèi)連輸出繼電器(Q）的一對(duì)常開觸點(diǎn)。輸出繼電器除提供一對(duì)常開觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)負(fù)載以外，還可以提供無(wú)數(shù)對(duì)常開、常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部使用。2PLC 的周

20、期工作方式PLC 是通過(guò)一種周期工作方式來(lái)完成控制的,每個(gè)周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣階段-PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入狀態(tài)寄存器中存儲(chǔ),這一過(guò)程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且將在 PLC 執(zhí)行程序時(shí)被使用。程序執(zhí)行階段-PLC 按順序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描,即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端口上。輸出刷新階段-在所有用戶程序執(zhí)行完畢后,PLC 將輸出映像寄存器中的

21、內(nèi)容送入輸出鎖存器中，通過(guò)一定的方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。PLC 重復(fù)執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。PLC 的一個(gè)掃描周期一般為 40100ms 之間。2.2.3 PLC 的分類的分類1按結(jié)構(gòu)形式分:整體式：將電源、CPU、I/O 部件都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。模塊式：將 PLC 各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊。2按 I/O 點(diǎn)數(shù)分：小型 PLC:I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn)以下，其中小于 64 為超小型或微型 PLC。中型 PLC：I/O 點(diǎn)數(shù)在 2562048 點(diǎn)之間。大型 PLC：I/O 點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，其中超過(guò) 8192 點(diǎn)為超大型 PLC.3

22、按功能分:低檔機(jī)：具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能。中檔機(jī):比低檔機(jī)多了模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送比較等功能。高檔機(jī):比中檔機(jī)多了矩陣運(yùn)算等特殊功能函數(shù)運(yùn)算、通信聯(lián)網(wǎng)等功能.3 3 PLCPLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。3。1。 開關(guān)量的邏輯控制開關(guān)量的邏輯控制這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 ,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制 ,既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)

23、、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3。2 模擬量控制模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量 ,必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換.PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制 .3.3 運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō),早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或

24、多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能 ,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合 .3。4 過(guò)程控制過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),PLC 能編制各種各樣的控制算法程序 ,完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛應(yīng)用。3.5 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算） 、數(shù)據(jù)傳送

25、、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng) ;也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。4 4 PLCPLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同.從結(jié)構(gòu)上分,PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC 包括CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體.模塊式 PLC

26、 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。4.14.1 中央處理單元（中央處理單元（CPU)CPU) 4。1.1 CPU 的構(gòu)成CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。4.1。2 CPU 的工作機(jī)制CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令 .但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用

27、于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU 是 PLC 的核心,起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(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(yǔ)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(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等.進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯產(chǎn)生相應(yīng)的控制信

28、號(hào)或 將算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(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 映象區(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， 去指揮有關(guān)的控制電路。 如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù) ,它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模 .4 4。2 2 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路 .分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。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)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序 ,監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理

29、的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、 ROM 組成.廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為 35 年。4 4。3 3 I/OI/O 模塊模塊PLC 與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（ I/O）完成的.I/O 模塊集成了PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài).輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。4。3。1 輸入接口光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。4。3.2 發(fā)光二級(jí)管在光電

30、耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。4。3.3 光電三級(jí)管在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通 ,導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系 .4。3.4 輸出接口PLC 的繼電器三種類型：繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載晶體管輸出：無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、直流負(fù)載晶閘管輸出：無(wú)觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、交流負(fù)載4。3。5 輸出接口電路工作過(guò)程:當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 1,有電流流過(guò)，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0,則沒(méi)有電流流過(guò)，繼電器線圈沒(méi)有電流 ,然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開

31、負(fù)載的電流或電壓 .也就是通過(guò)輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。4。3.6 輸入接口電路工作過(guò)程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開 ,二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào).也就是通過(guò)輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC 內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)。4。3。7 常用的 I/O 分類：開關(guān)量輸入/出（DI/O)：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量輸入/出（AI/O）：按信號(hào)類型分，有電流型（ 4-20mA，0-20mA） 、電壓型（010V,0

32、-5V,-1010V）等,按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等.除了上述通用 IO 外,還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。4.44.4 電源電源PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可得電源系統(tǒng)是無(wú)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

33、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 。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或110VAC） ，直流電源(常用的為 24VDC)。4。5 底板或機(jī)架底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。4。6 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備系統(tǒng)的其它設(shè)備4.6。1 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行.編程器分為兩種，一種

34、是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的就是手持編程器。二種是通過(guò) PLC 的 RS232 口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過(guò)GXDEVELOPER 軟件向 PLC 內(nèi)部輸入程序 .4.6.2 人機(jī)界面:最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕 ,目前液晶屏 (或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。4。6。3 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此,網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著 ,甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說(shuō)法 .PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與

35、上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體,實(shí)現(xiàn)分散集中控制 .多數(shù)PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò) 485 的數(shù)據(jù)通訊、 cclink 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。5 5 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理5.1 掃描技術(shù)掃描技術(shù)PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán) ”的工作方式當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 5。1.1 輸入采樣階段

36、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)。輸入采樣結(jié)束后 ,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。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。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 5。1.2 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）.在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏

37、輯運(yùn)算,然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 5.1.3 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。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)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。1、CPU 執(zhí)行指令的速度2、指令本身占有的時(shí)間3、指令條數(shù)由于采用集中采樣 .集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。5 5。2 2 PLC

38、PLC 與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別5。2。1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別前者工作方式是 “串行”,后者工作方式是 “并行”。前者用“軟件，后者用“硬件”。5.2.2 PLC 與微機(jī)區(qū)別前者工作方式是 “循環(huán)掃描”.后者工作方式是 “待命或中斷 ”PLC 編程方式：PLC 最突出的優(yōu)點(diǎn)采用 “軟繼電器代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯代替“硬件布線邏輯 ”.PLC 編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符語(yǔ)言 ,等等。尤其前兩者為常用 .5.35.3 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn)基本指令系統(tǒng)特點(diǎn)PLC 的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比 ,具有明顯的特點(diǎn) ,它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同與一般的匯編

39、語(yǔ)言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。其編程語(yǔ)言都具有以下特點(diǎn)：5.3.1 圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號(hào)組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù) .在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖 ,很容易接受。5。3。2 明確的變量常數(shù):圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人,如：K400，T120 等.PLC 中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號(hào)決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊(cè)。5.3。3 簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)：PLC

40、的程序結(jié)構(gòu)通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對(duì)整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。5。3。4 簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過(guò)程：使用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言編寫程序 ,要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過(guò)程，而使用編程語(yǔ)言,只需要編輯一個(gè)過(guò)程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成 ,整個(gè)編輯過(guò)程都在人機(jī)對(duì)話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。5。3.5 強(qiáng)化調(diào)試手段：無(wú)論是匯編程序 ,還是高級(jí)語(yǔ)言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器 ,利用 PLC 和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡(jiǎn)單.5 5。4

41、 4 編程語(yǔ)言的形式編程語(yǔ)言的形式最常用的兩種編程語(yǔ)言，一是梯形圖，二是助記符語(yǔ)言表。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_(tái)簡(jiǎn)易編程器 ,而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來(lái)編程 .5。4.1 編程指令:指令是 PLC 被告知要做什么 ,以及怎樣去做的代碼或符號(hào)。從本質(zhì)上講 ,指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn) PLC 與普通的計(jì)算機(jī)是完全相同的。同時(shí)PLC 也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號(hào)或圖形符號(hào)編譯成機(jī)器碼，所以用戶看到的PLC 指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼，或圖形符號(hào) .常用的助記符語(yǔ)句用英文文字(可用多國(guó)文字 )的縮

42、寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號(hào)即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號(hào) ,易為電氣工作人員所接受。5.4.2 指令系統(tǒng)：一個(gè) 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?cè)诰幊讨氨仨毰錚LC 的指令系統(tǒng)5。4.3 程序：PLC 指令的有序集合， PLC 運(yùn)行它，可進(jìn)行相應(yīng)的工作，當(dāng)然，這里的程序是指 PLC 的用戶程序。用戶程序一般由用戶設(shè)計(jì)， PLC 的廠家或代銷商不提供。用語(yǔ)句表達(dá)的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復(fù)雜的程序，更

43、難讀,所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。5.4。4 梯形圖：梯形圖是通過(guò)連線把 PLC 指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖 ,用以表達(dá)所使用的 PLC 指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線,另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載 (LD)指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD 指令） ，以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令 ,以進(jìn)行相應(yīng)的工作 .母線是用來(lái)連接指令組的。5.55.5 PLCPLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則任何一種控制系統(tǒng)都

44、是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量.因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：5.5.1 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 ,是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提 ,這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則 .這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。5.5。2 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是

45、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則.這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠 .例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行 ,而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等 )，也能正常工作。5.5.3 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加.因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益,另一方面也要注意不斷地降低工程的成本 .這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì) ,而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，

46、不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。5。5。4 適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高,設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、 I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。5 5。6 6 PLCPLC 程序的內(nèi)容和質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)程序的內(nèi)容和質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)5.6。1 PLC 程序的內(nèi)容PLC 應(yīng)用程序應(yīng)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，在構(gòu)思程序主體的框架后,要以它為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序。經(jīng)過(guò)不斷他調(diào)整和完善。使程序能完成所要求的控制功能 .另外,PLC 應(yīng)用程序通常還應(yīng)包括以下幾

47、個(gè)方面的內(nèi)容：1、初始化程序 在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作 .其作用是為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備 ,并避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作 .初始化程序的主要內(nèi)容為：將某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零；使某些數(shù)據(jù)區(qū)恢復(fù)所需數(shù)據(jù)；對(duì)某些輸出量置位或復(fù)位；顯示某些初始狀態(tài)等等。2、檢測(cè)、故障診斷、顯示程序 應(yīng)用程序一般都設(shè)有檢測(cè)、故障診斷和顯示程序等內(nèi)容。這些內(nèi)容可以在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再進(jìn)行添加。它們也可以是相對(duì)獨(dú)立的程序段。3、保護(hù)、連鎖程序 各種應(yīng)用程序中，保護(hù)和連鎖是不可缺少的部分。它可以杜絕由于非法操作而引起的控制邏輯混亂 ,保證系統(tǒng)的運(yùn)行更安全、可靠 .因此要認(rèn)真考慮保護(hù)和連鎖的問(wèn)題。通常在 PLC

48、 外部也要設(shè)置連鎖和保護(hù)措施。5。6.2 PLC 程序的質(zhì)量對(duì)同一個(gè)控制要求，即使選用同一個(gè)機(jī)型的PLC,用不同設(shè)計(jì)方法所編寫的程序,其結(jié)構(gòu)也可能不同。盡管幾種程序都可以實(shí)現(xiàn)同一控制功能,但是程序的質(zhì)量卻可能差別很大。程序的質(zhì)量可以由以下幾個(gè)方面來(lái)衡量：1、程序的正確性 應(yīng)用程序的好壞，最根本的一條就是正確。所謂正確的程序必須能經(jīng)得起系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)踐的考驗(yàn) ,離開這一條對(duì)程序所做的評(píng)價(jià)都是沒(méi)有意義的。2、程序的可靠性好 好的應(yīng)用程序可以保證系統(tǒng)在正常和非正常（短時(shí)掉電再?gòu)?fù)電、3、參數(shù)的易調(diào)整性好 PLC 控制的優(yōu)越性之一就是靈活性好，容易通過(guò)修改程序或參數(shù)而改變系統(tǒng)的某些功能。4、程序要簡(jiǎn)練 編寫

49、的程序應(yīng)盡可能簡(jiǎn)練，減少程序的語(yǔ)句，一般可以減少程序掃描時(shí)間，提高 PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度。5、程序的可讀性好 程序不僅僅給設(shè)計(jì)者自己看，系統(tǒng)的維護(hù)人員也要讀。另外，為了有利于交流，也要求程序有一定的可讀性 .5.75.7 PLCPLC 程序的調(diào)試方法及步驟程序的調(diào)試方法及步驟PLC 程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過(guò)程，在此之前首先對(duì)PLC 外部接線作仔細(xì)檢查，這一個(gè)環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準(zhǔn)確無(wú)誤。也可以用事先編寫好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來(lái)查找接線故障。不過(guò)，為了安全考慮，最好將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無(wú)誤后再連接主電路,將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)

50、試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。5。7.1 程序的模擬調(diào)試將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?PLC 后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤 .用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開關(guān)和按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來(lái)顯示，一般不用接PLC 實(shí)際的負(fù)載（如接觸器、電磁閥等 )?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào) ,如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是

51、否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。5.7。2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成上述的工作后，將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問(wèn)題，以及PLC 的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過(guò)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。5.8 PLC 的選型方法的選型方法在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工

52、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)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、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)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此 ,工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。5.8。1 輸入輸

53、出（I/O)點(diǎn)數(shù)的估算I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加1020的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行 調(diào)整。5。8.2 存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道 .為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了

54、不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍,加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍,以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16 位為一個(gè)字） ,另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。5.8.3 控制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1、運(yùn)算功能簡(jiǎn)單 PLC 的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC 的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能 ,有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有

55、與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā) ,合理選用所需的運(yùn)算功能。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。2、控制功能控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制 ,因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID 控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。3、通信功能PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1)P

56、C 為主站，多臺(tái)同型號(hào) PLC 為從站，組成簡(jiǎn)易 PLC 網(wǎng)絡(luò);2)1 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò);3)PLC 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)；4）專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)） 。為減輕 CPU 通信任務(wù),根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng) )通信處理器。4、編程功能離線編程方式： PLC 和編程器公用一個(gè) CPU,編程器在編程模式時(shí) ,CPU 只為編程器提供服務(wù) ,不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式,CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，

57、不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便 .在線編程方式 :CPU 和編程器有各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制,并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期 ,主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便 ,在大中型 PLC 中常采用.五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（ SFC） 、梯形圖（ LD)、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（ IL） 、結(jié)構(gòu)文本 (ST)兩種文本語(yǔ)言 .選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（ IEC6113123） ，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic 等，

58、以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。5、診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷 .硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置 ,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì)PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷 ,通過(guò)軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。6、處理速度PLC 采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間 ,則 PLC 將掃描不到該信號(hào) ,造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前， PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.20.4Ls，因此能

59、適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC 的掃描時(shí)間不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的掃描時(shí)間不大于 0。2ms/K。5。8。4 機(jī)型的選擇1、PLC 的類型PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長(zhǎng)分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等.從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小 ,用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O 點(diǎn)數(shù)，功能

60、擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2、輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型 ,通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合,但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求 ,合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O 機(jī)架等.3、電源的選擇PLC 的供電電源，除