嬌兒PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一章緒論隨著改革的不斷深入,社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。企業(yè)為展現(xiàn)自己的形象和產(chǎn)品,一般都會(huì)采用通過霓虹燈廣告屏來這種廣告手法，所以當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告隨處可見,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多種彩色的燈管,另一種為日光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語或宣傳畫來達(dá)到宣傳的效果，大部分是采用霓虹燈。這就涉及到如何去控制霓虹燈的亮滅、閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向等諸多控制問題，如何去快捷、可靠、簡(jiǎn)單的去控制，成為人們考慮的重點(diǎn)，在這我認(rèn)為PLC最適合去解決這些問題，因?yàn)?PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。并且 PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的方面具有比較突出的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)實(shí)中人們也是多通過PLC去控制霓虹燈的。選擇這個(gè)題目作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，既能通過這次設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)學(xué)過的PLC知識(shí)，而且還能提高自己的設(shè)計(jì)水平，并且在一定程度上提高自己以后在找工作的成功率。所以我選擇了這個(gè)題目。第二章霓虹燈的簡(jiǎn)況第一節(jié)霓虹燈的發(fā)展一、1926年霓虹燈初期發(fā)展階段1/29霓虹燈<NEONLAMP）是一種低氣壓冷陰極輝光放電燈，又稱冷陰極管。被廣泛用于廣告、招牌、標(biāo)識(shí)、景觀、裝飾亮化。冷陰極管還被高檔豪華酒店、文化娛樂場(chǎng)所用于照明以及特種燈等。霓虹燈發(fā)明于19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，1910年世界上第一支商業(yè)性霓虹燈用于巴黎的皇宮大廈作照明裝飾獲得成功。1926年，霓虹燈傳入中國，在上海南京東路伊文思圖書公司櫥窗內(nèi)出現(xiàn)第一幅英文“皇家牌<ROYAL）打字機(jī)”霓虹燈廣告。1927年，我國第一家霓虹燈制造廠—上海遠(yuǎn)東化學(xué)制造廠為上海中央大旅社制作安裝第一塊“中央大旅社”中英文對(duì)照的霓虹燈招牌。1930年，我國自制成功電感式霓虹燈變壓器。1948年，上海開明霓虹制造廠與臺(tái)灣工商廣告公司合伙在臺(tái)北市開設(shè)臺(tái)灣第一家霓虹燈制作工廠—公明霓虹燈廠。1951年，我國試制成功氬、氖等惰性氣體。1956年，復(fù)旦大學(xué)蔡祖泉教授試制成功我國第一只立式三級(jí)玻璃油擴(kuò)散泵。1958年，上海市貿(mào)易信托公司霓虹燈行業(yè)改組為國營上海霓虹電器廠，是當(dāng)時(shí)中國最大的集霓虹燈、霓虹器材生產(chǎn)、制作、安裝的工廠。1966年，文化大革命使中國霓虹燈除制作政治宣傳標(biāo)語外，基本處于停頓狀態(tài)。二、1978年霓虹燈進(jìn)入恢復(fù)和初步發(fā)展階段以十一屆三中全會(huì)為標(biāo)志，改革開放的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)使中國霓虹燈進(jìn)入恢復(fù)和初步發(fā)展階段。以上海霓虹電器廠為主的生產(chǎn)基地，在全國主要城市的廣告公司系統(tǒng)、燈泡廠、事業(yè)單位、集體企業(yè)迅速建立起了大批霓虹燈廠，為當(dāng)?shù)啬藓鐭舻陌l(fā)展做出了貢獻(xiàn)。1972年，上海文匯報(bào)發(fā)表“為廣告正名”文章，上海霓虹燈電器廠逐步擴(kuò)大霓虹燈、霓虹器材生產(chǎn)，供應(yīng)全國并開始為其他城市廣告公司和企業(yè)培訓(xùn)制燈技工和協(xié)助建廠。1981年，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促使霓虹行業(yè)從傳統(tǒng)的直銷進(jìn)入商品經(jīng)營時(shí)代，在上海安遠(yuǎn)路逐步形成霓虹燈市場(chǎng)一條街，最多時(shí)有 30多家經(jīng)銷廠店。2/291985年，日商“東芝”霓虹燈廣告在上海最高樓“國際飯店”亮燈，引發(fā)爭(zhēng)議。1990年，上海霓虹電器廠委托南京輕工機(jī)械廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的“自動(dòng)化粉管生產(chǎn)流水線”投產(chǎn)，提高了霓虹燈粉管質(zhì)量。1993年，在廣州召開的新技術(shù)、新材料交流會(huì)議之際，上海、北京、廣州等全國主要霓虹燈企業(yè)就籌備成立中國霓虹技術(shù)協(xié)作會(huì)進(jìn)行商討。三、1994年霓虹燈進(jìn)入快速發(fā)展階段1992年鄧小平同志南巡講話及黨的十四大明確建立社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的目標(biāo)，使霓虹燈進(jìn)入快速發(fā)展階段。1994年，中國第一個(gè)跨地區(qū)、跨部門、跨所有制的全國霓虹燈行業(yè)的民間組織—中霓會(huì)<中國廣告協(xié)會(huì)廣告公司委員會(huì)霓虹技術(shù)協(xié)作會(huì)）在成都成立。成立時(shí)全國霓虹燈經(jīng)營單位約3000家左右。1995年，中科院北京科電高技術(shù)公司研制的“高分子真空系統(tǒng)”投向市場(chǎng)，提高了霓虹燈的真空技術(shù)。2003年，國家標(biāo)準(zhǔn)GB19149-2003《空載輸出電壓超過 1000V的管形放電燈用變壓器(霓虹燈變壓器>一般要求和安全要求》發(fā)布、實(shí)施。2004年，中國霓虹燈已從單一的手工作坊式生產(chǎn)、制作霓虹燈，形成專業(yè)化、系列化、現(xiàn)代化生產(chǎn)方式。全國形成以上海、江蘇為主要的霓虹燈廣告、店招、標(biāo)牌制作中心。以廣東為主要的電子變壓器生產(chǎn)中心。以北京、山東為主要的制燈設(shè)備中心。全國各類企業(yè)達(dá) 1萬余家，從業(yè)人員 10萬人以上。據(jù)2003年統(tǒng)計(jì)，全國霓虹燈變壓器生產(chǎn)量達(dá)1500萬臺(tái)，霓虹燈熒光粉管超過8000萬支，霓虹燈電極14000萬對(duì)。霓虹燈年產(chǎn)值已達(dá)30億元左右。全國霓虹燈擁有量99280個(gè)，是十年前1994年的34817個(gè)的2.85倍，已成為霓虹燈及霓虹器材世界產(chǎn)量最高國家之一。四、2005年霓虹行業(yè)進(jìn)入多元化發(fā)展時(shí)期中國霓虹燈發(fā)展創(chuàng)歷史新高后，由于LED擠壓，大、中城市戶外廣告整治拆除行動(dòng)和世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響以及霓虹燈大發(fā)展帶來的低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，部分質(zhì)量良莠不全等使霓虹燈發(fā)展受阻。霓虹行業(yè)以“科學(xué)發(fā)展觀”指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營，在3/29堅(jiān)持做好、做優(yōu)、發(fā)展霓虹燈同時(shí)研究、開發(fā)LED等產(chǎn)品以及景觀燈、亮化工程等，形成新的利潤增長(zhǎng)點(diǎn)。2005年，經(jīng)民政部核準(zhǔn)成立“中國廣告協(xié)會(huì)霓虹燈廣告委員會(huì)”“中國照明學(xué)會(huì)霓虹技術(shù)專業(yè)委員會(huì)”“中國照明電器協(xié)會(huì)霓虹燈生產(chǎn)專業(yè)委員會(huì)”。在中國第一次出現(xiàn)三個(gè)全國性的行業(yè)組織。在現(xiàn)代生活中，霓虹燈作為廣告裝飾光源，將向高品質(zhì)發(fā)展，在目前技術(shù)條件下，還沒有一種新光源可全面替代，仍具有獨(dú)特的生命力。霓虹燈又是冷陰極燈管照明，作為藝術(shù)品的一種，成為光的雕塑產(chǎn)品，將向高品質(zhì)、高檔產(chǎn)品發(fā)展。第三章變頻器的現(xiàn)狀、發(fā)展、結(jié)構(gòu)及內(nèi)容第一節(jié)變頻器的現(xiàn)狀及其發(fā)展隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)對(duì)變頻器產(chǎn)品的需求越來越大，同時(shí)，變頻器由于其節(jié)能環(huán)保的特性，受到國家政策的大力支持。變頻器是一種高技術(shù)含量、高附加值、高回報(bào)的高科技產(chǎn)品。變頻器最初的使用并不是為了節(jié)能，而是交流傳動(dòng)代替直流傳動(dòng)，并滿足過程化控制的要求。隨著自動(dòng)化、電力電子等技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電機(jī)調(diào)速節(jié)能關(guān)鍵設(shè)備，改變了普通電動(dòng)機(jī)只能以定速方式運(yùn)行的陳舊模式，使得電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)負(fù)載在無需任何改動(dòng)的情況下即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出，從而降低電機(jī)功耗，達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓?jiǎn)栴}，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。國外各大品牌的變頻器生產(chǎn)商，均形成了系列化的產(chǎn)品，其控制系統(tǒng)也已實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。幾乎所有的產(chǎn)品均具有矢量控制功能，完善的工藝水平也是國外品牌的一大特點(diǎn)。目前，在發(fā)達(dá)國家，只要有電機(jī)的場(chǎng)合，就會(huì)同時(shí)有變頻器的存在。其現(xiàn)階段發(fā)展情況主要表現(xiàn)如下：①技術(shù)開發(fā)起步早，并具有相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。②能夠提供特大功率的變頻器，目前已超過 10000KW。4/29③變頻調(diào)速產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較完備。④與變頻器相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)及行業(yè)初具規(guī)模。⑤能夠生產(chǎn)變頻器中的功率器件，如 IGBT、IGCT、SGCT等。⑥高壓變頻器在各個(gè)行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。⑦產(chǎn)品國際化，當(dāng)?shù)鼗觿?。⑧新技術(shù)，新工藝層出不窮，并被大量的、快速的應(yīng)用于產(chǎn)品中。目前，在國內(nèi)有不低于200家的低壓變頻器廠商，其大部分為AC380V的低壓產(chǎn)品，而在高壓大功率變頻器方面，在30家左右。由于羅賓康沒有在中國申請(qǐng)專利保護(hù)，因此絕大多數(shù)廠家都采用美國羅賓康的技術(shù)即單元串聯(lián)多重化結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，在理論上和功能上國產(chǎn)高壓變頻器已經(jīng)可以與進(jìn)口變頻器相比肩，但是受工藝技術(shù)的限制，與進(jìn)口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：①國外各大品牌的產(chǎn)品正加緊占領(lǐng)國內(nèi)市場(chǎng)，并加快了本地化的步伐。②具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的逐年增加。③國產(chǎn)高壓變頻器的功率也越做越大，目前國內(nèi)最大的應(yīng)用做到了 20000KW。④國內(nèi)高壓變頻器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待規(guī)范。⑤與高壓變頻器相配套的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達(dá)。⑥生產(chǎn)工藝一般，可以滿足變頻器產(chǎn)品的技術(shù)要求，價(jià)格相對(duì)低廉。⑦變頻器中使用的功率半導(dǎo)體關(guān)鍵器件完全依賴進(jìn)口，而且相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)依賴進(jìn)口。⑧與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中。⑨已經(jīng)研制出具有瞬時(shí)掉電再恢復(fù)、故障再恢復(fù)等功能的變頻器。⑩部分廠家已經(jīng)開發(fā)出四象限運(yùn)行的高壓變頻器5/29一般變頻器的節(jié)電率在20%-30%左右，最高甚至可超過50%，變頻器的節(jié)能效果與應(yīng)用環(huán)境的工況參數(shù)十分相關(guān)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的參數(shù)設(shè)置是否合理、所帶負(fù)載的變化特性，以及設(shè)備最初的調(diào)節(jié)、調(diào)速方式均可以直接影響變頻器的節(jié)電效果。隨著變頻技術(shù)的高速發(fā)展與產(chǎn)品功能的拓展，變頻器在水泥、電梯、印刷、電力等現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)以及醫(yī)學(xué)、通訊、交通、運(yùn)輸、電力、電子、環(huán)保等領(lǐng)域得到空前的發(fā)展和應(yīng)用，幾乎國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)都與變頻器密不可分。按照720元/KW價(jià)格估計(jì)，即使在不考慮新增電動(dòng)機(jī)的情況下，我國變頻器市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到731億元，發(fā)展空間十分廣闊。交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)弱電混合，機(jī)電一體的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換<整流、逆變），又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它必定會(huì)分成功率和控制兩大部分。前者要解決與高壓大電流有關(guān)的技術(shù)問題，后者要解決的軟硬件控制問題。因此，未來高壓變頻調(diào)速技術(shù)也將在這兩方面得到發(fā)展，其主要表現(xiàn)為：①高壓變頻器將朝著大功率，小型化，輕型化的方向發(fā)展。②高壓變頻器將向著直接器件高壓和多重疊加<器件串聯(lián)和單元串聯(lián)）兩個(gè)方向發(fā)展。③更高電壓、更大電流的新型電力半導(dǎo)體器件將應(yīng)用在高壓變頻器中。④現(xiàn)階段，IGBT、IGCT、SGCT仍將扮演著主要的角色，SCR、GTO將會(huì)退出變頻器市場(chǎng)。⑤無速度傳感器的矢量控制、磁通控制和直接轉(zhuǎn)矩控制等技術(shù)的應(yīng)用將趨于成熟。⑥全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化：參數(shù)自設(shè)定技術(shù)；過程自優(yōu)化技術(shù)；故障自診斷技術(shù)。⑦應(yīng)用32位MCU、DSP及ASIC等器件，實(shí)現(xiàn)變頻器的高精度，多功能。⑧相關(guān)配套行業(yè)正朝著專業(yè)化，規(guī)?；l(fā)展，社會(huì)分工將更加明顯。第二節(jié) 變頻器的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)容變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走6/29向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。整流電路整流電路的功能是把交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源。整流電路一般都是單獨(dú)的一塊整流模塊.2.平波電路平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源 6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流>，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。控制電路現(xiàn)在變頻調(diào)速器基本系用16位、32位單片機(jī)或DSP為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。提供控制信號(hào)的回路稱為主控制電路，控制電路由以下電路構(gòu)成:頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至“驅(qū)動(dòng)電路”以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “保護(hù)電路變頻器采取的控制方式，即速度控制、轉(zhuǎn)拒控制、 PID或其它方式逆變電路逆變電路同整流電路相反，逆變電路是將直流電壓變換為所要頻率的交流電壓，以所確定的時(shí)間使上橋、下橋的功率開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷。從而可以在輸出端U、V、W三相上得到相位互差120°電角度的三相交流電壓。第三章可編程控制器的簡(jiǎn)況第一節(jié)可編控制器的產(chǎn)生與應(yīng)用可編程控制器<PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、和通信技術(shù)為一體放入新型自動(dòng)控制技術(shù)。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱<PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。PLC的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來PLC技術(shù)在我國將得到更全面的發(fā)展。一、可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展7/29可編程控制器的產(chǎn)生可追溯到20世紀(jì)60年代末，在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)地硬件連線，這樣就使其應(yīng)用在很多方面受到限制，其通用性和靈活性都比較差。20世紀(jì)60年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司 <GM）為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。其主要內(nèi)容是：1> 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2> 維護(hù)方便，最好是插件式；3> 可靠性高于繼電器控制柜；4> 體積小于繼電器控制柜；5> 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6> 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；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)電磁閥等；9> 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只需很小變更；10>用戶程序存貯器容量至少能擴(kuò)展到 4K。這就是著名的GM10條。如果說各種電控制器、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是可編程序控制器出現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，那么GM10條就是可編程序控制器出現(xiàn)的直接原因。1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司(DEC>研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。其后日本、西德等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來。8/29但這一時(shí)期它主要用于順序控制，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC(ProgrammableLogicController>。年代初期誕生的微處理器和微型計(jì)算機(jī)，經(jīng)過不斷地開發(fā)和改進(jìn)，軟、硬件資源和技術(shù)已經(jīng)十分完善，價(jià)格也很低廉，因而滲透到各個(gè)領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破鞯脑O(shè)計(jì)和制造者及時(shí)吸收了微型計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，引入了微處理器和其它大規(guī)模集成電路，誕生了新一代的可編程序控制器。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使 PLC從開關(guān)量的邏 輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱 為可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC(ProgrammableController>。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer>相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。1985年1月國際電工委員會(huì)<IEC）對(duì)可編程序控制器給出如下定義“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(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有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)”。PLC從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：從 20世紀(jì)70年代至80年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)了各種PLC的基本型號(hào)。到80年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)(FMS>的發(fā)展，在提高單機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)軟件的開發(fā)，提高通信能力。90年代以來，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS>的發(fā)展，采用多CPU的PLC系統(tǒng)，不斷提高運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力。PLC與傳統(tǒng)的繼電器邏輯相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）由于采用了大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此可靠性高、邏輯功能強(qiáng)且體積小。2）在需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器及計(jì)數(shù)繼電器的場(chǎng)合，PLC無需增加硬設(shè)備，利用微處理器及存儲(chǔ)器的功能，就可以很容易地完成這些邏輯組合和運(yùn)算，大大降低了控制成本。3）由于PLC采用軟件編制程序來完成控制任務(wù)，所以隨著要求的變更對(duì)程序進(jìn)行修改顯得十分方便，具有很好的柔性。繼電器線路則是通過許多真正的“硬”9/29繼電器和它們之間的硬接線達(dá)到的，要想改變控制功能，必須變更硬接線，重新配置，靈活性差。4）新一代PLC除具有遠(yuǎn)程通訊功能以及易于與計(jì)算機(jī)接口實(shí)現(xiàn)群控外，還可通過附加高性能模塊對(duì)模擬量進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制功能，這對(duì)于布線邏輯的繼電器控制系統(tǒng)是無法辦到的。PLC雖然采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)和微處理器，但是它與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比又具有如下特點(diǎn)：）PLC繼承了繼電器系統(tǒng)的基本格式和習(xí)慣，采用了面向控制過程和操作者的邏輯語言，以繼電器邏輯梯形圖為編程語言，梯形圖符號(hào)和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致，容易學(xué)習(xí)和掌握。并作了大量的擴(kuò)展改進(jìn)，可以視為繼電器系統(tǒng)的超集，所以，對(duì)于有繼電器系統(tǒng)方面知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人來說，尤其是現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員，學(xué)習(xí)起來十分方便。2）PLC是從針對(duì)工業(yè)順序控制并擴(kuò)大應(yīng)用而發(fā)展起來的，一般是由電氣控制器的制造廠家研制生產(chǎn)，其硬件結(jié)構(gòu)專用，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，各廠家的產(chǎn)品不通用。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是指能夠與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口，能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能，并能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱工業(yè)控制機(jī)或工控機(jī)。工業(yè)控制機(jī)是由通用計(jì)算機(jī)推廣應(yīng)用發(fā)展起來的，一般由微機(jī)廠、芯片及板卡制造廠開發(fā)生產(chǎn)。它在硬件結(jié)構(gòu)方面的突出優(yōu)點(diǎn)是總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，產(chǎn)品兼容性強(qiáng)。3）PLC的運(yùn)行方式與工業(yè)控制機(jī)不同，它對(duì)邏輯順序控制很適應(yīng)，雖也能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)等功能，但微機(jī)的許多軟件還不能直接使用，須經(jīng)過二次開發(fā)。它采用的梯形圖編程語言很受熟悉繼電器控制而不熟悉計(jì)算機(jī)的電氣技術(shù)人員的歡迎。工業(yè)控制機(jī)可使用通用微機(jī)的各種編程語言，因而其軟件資源十分豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。但它對(duì)使用者的技術(shù)水平要求較高，即應(yīng)具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。4）PLC和工業(yè)控制機(jī)都是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的。 PLC 在結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，并采取了一系列的抗干擾措施，使其具有很高的可靠性。工業(yè)控制機(jī)對(duì)各種模板的電氣和機(jī)械性能也有嚴(yán)格的考慮，因而可靠性也較高。5）PLC一般具有模塊結(jié)構(gòu)，可以針對(duì)不同的對(duì)象進(jìn)行組合和擴(kuò)展，以滿足工業(yè)控制的需要，因而具有很好的性能／價(jià)格比。10/296）由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備?？删幊炭刂破魇窃诶^電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。它是一種面向生產(chǎn)過程控制的數(shù)字電子裝置。不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過程控制網(wǎng)絡(luò)。作為一種先進(jìn)而又成熟的技術(shù)，目前PLC被廣泛地應(yīng)用到機(jī)械、冶金、化工、電力、輕紡等各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)品遍及世界各地。這種新型的電控裝置極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度。可編程控制器將傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要，應(yīng)用最多的控制設(shè)備，并已躍居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱(即PLC，機(jī)器人和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造CAD/CAM>的首位。二、可編程控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程控制器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，專用于工業(yè)控制的環(huán)境，具有許多其他控制器件所無法相比的優(yōu)點(diǎn)。<1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)控制器的可靠性要求很高，可靠性也是用戶選擇控制裝置的首要條件。為保證PLC能在工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，從硬件和軟件都采用了抗干擾的措施，使PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠德工作，其平均故障間隔時(shí)間一般可達(dá)到幾十萬小時(shí)。1）硬件方面：I／O通常采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而抑制或消除了高頻干擾；對(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁的干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。2），軟件方面：PLC采用掃描方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起的故障；在PLC系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路的故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)外界干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。<2）功能完善、擴(kuò)展方便、組合靈活、實(shí)用性強(qiáng)11/29現(xiàn)代PLC具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出<I/O）接口、各種擴(kuò)展單元和特殊功能模塊，可以方便靈活的組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。<3）編程簡(jiǎn)單、使用方便PLC采用面向控制過程和操作者的“自然語言”—梯形圖作為基本編程語言，容易學(xué)習(xí)和掌握。PLC控制系統(tǒng)采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng)生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí)，可在不改變硬件設(shè)備的情況下，方便地改變控制程序，具有很強(qiáng)的靈活性和“柔性”。<4）體積小、質(zhì)量輕，是實(shí)現(xiàn)“機(jī)電一體化”的理想產(chǎn)品由于PLC內(nèi)部電路主要采用微電子技術(shù)設(shè)計(jì)，因此它具有結(jié)構(gòu)緊密、體積小巧、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，可簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想設(shè)備。<5）性價(jià)比高PLC完善的功能、可靠的性能以及諸多實(shí)用的特點(diǎn) ，使其具有較高的性價(jià)比。目前，PLC在國內(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)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1、 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2、 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(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、 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)配置來說，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12/29模塊。如可驅(qū)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。4、 過程控制過程控制是指對(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。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5、 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、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)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6、 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC廠商都十分重視 PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。可編程控制器<簡(jiǎn)稱PLC）是以微處理器為核心，將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及通信技術(shù)融為一體的一種新型的高可靠性的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在各種控制中，迅速地改變著工廠自動(dòng)化的面貌和進(jìn)程，成為當(dāng)今及今后工業(yè)控制的主要手段和重要的自動(dòng)化控制設(shè)備。因此專家認(rèn)為，可編程控制器技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) /計(jì)算機(jī)輔助制造以及機(jī)器人技術(shù)，將成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。第二節(jié) 可編程控制器的分類、主要技術(shù)指標(biāo)及生產(chǎn)廠家13/29一、 PLC的分類目前PLC的產(chǎn)品種類很多，型號(hào)規(guī)格也不統(tǒng)一，通?？煞譃?3種形式。按I／O點(diǎn)數(shù)和程序容量分類PLC按I／O點(diǎn)數(shù)和程序容量可分為小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī) 3類。（1）小型機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下的PLC稱為小型機(jī)。有時(shí)把64點(diǎn)以下的叫微型機(jī)，其用戶程序容量一般小于4K字。以開關(guān)量輸入／輸出為主，主要功能有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算。其特點(diǎn)是價(jià)格低廉、體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊，適合于替代繼電器、接觸器控制的單機(jī)控制場(chǎng)合。（2）中型機(jī)中型PLC的I／O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，也以開關(guān)量輸入／輸出為主，用戶程序容量一般小于32K字。它除了具有小型機(jī)功能外，還具有模擬量控制功能和通信聯(lián)網(wǎng)功能，有較豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。可應(yīng)用于較為復(fù)雜的連續(xù)生產(chǎn)過程控制。（3）大型機(jī)大型機(jī)PLC的I／O點(diǎn)數(shù)在2408點(diǎn)以上，用戶程序容量大于32K字，并可擴(kuò)展。除一般類型的輸入／輸出模塊外，還有特殊類型的型號(hào)除了模塊和智能控制單元，能進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算、PID調(diào)節(jié)、整數(shù)、浮點(diǎn)運(yùn)算和二進(jìn)制、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換運(yùn)算等；還具有自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，可構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)。適合于自動(dòng)化控制、過程控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的自動(dòng)化。按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC的外形和硬件安裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)， PLC可分為整體式、模塊式和混合式種。（1）整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)又稱箱體式或單元式結(jié)構(gòu)，它是把 PLC的CPU、存儲(chǔ)器、I／O接口、電源、通信端口等都合裝在一個(gè)金屬或塑料機(jī)殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。機(jī)殼內(nèi)的兩側(cè)安裝輸入、輸出接線端子和電源進(jìn)線，并有相應(yīng)的指示燈顯示。面板上有14/29編程器插座、通信口插座、外存儲(chǔ)器插座和擴(kuò)展單元接口插座等，同時(shí)也配有多種功能的擴(kuò)展單元。體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低，適用于工業(yè)生產(chǎn)中的單機(jī)控制。（2）模塊式結(jié)構(gòu)為了擴(kuò)展方便，大中型PLC和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。PLC由機(jī)架和模塊兩部分組成，模塊安插在插座上，模塊插座焊在機(jī)架總線連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，各機(jī)架之間用接口模塊和電纜相連。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC通常把CPU、存儲(chǔ)器、輸入／輸出接口等均作成各自相互獨(dú)立的模塊，功能單一、品種繁多。系統(tǒng)規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際要求配置。這種結(jié)構(gòu)PLC具有較多的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)，且具有擴(kuò)展方便和模塊組合靈活的特點(diǎn)，適用于復(fù)雜的過程控制。二、 PLC的主要技術(shù)性能指標(biāo)各公司產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)不同，各有特色。一般可按 CPU檔次、I／O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)容量、掃描速度、網(wǎng)絡(luò)功能等方面來衡量PLC的性能。PLC性能指標(biāo)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型的重要依據(jù)。（1）I／O點(diǎn)數(shù)I／O點(diǎn)數(shù)是PLC最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，是指 PLC能夠處理的輸入、輸出端子的總數(shù)<它通常開關(guān)量的輸入、輸出用點(diǎn)數(shù)來表示，模擬量的輸入、輸出用通道數(shù)來表示）。它決定了PLC在實(shí)際應(yīng)用中的規(guī)模大小。I／O點(diǎn)數(shù)包括主機(jī)的I／O點(diǎn)數(shù)和最大的可擴(kuò)展的點(diǎn)數(shù)，I／O點(diǎn)數(shù)越多，越能夠控制的器件和設(shè)備越多。（2）內(nèi)存容量PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器和用戶應(yīng)用存儲(chǔ)器兩部分，主要用來存儲(chǔ)程序和系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)軟件由生產(chǎn)家編制并已固化在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中。PlC的存儲(chǔ)存儲(chǔ)容量通常指應(yīng)用存儲(chǔ)器的容量，即所謂的”內(nèi)存容量“。在PLC中，程序指令是按”步“存放的，1”步“占用1個(gè)地址單元，一個(gè)地址單元一般占2字節(jié)。如一個(gè)內(nèi)存容量為2KB的PLC，可存放指令1000步。用戶程序容量與最大I／O點(diǎn)數(shù)大體成正比，其大小決定了用戶所能編寫程序15/29的最大程度。因此，用戶必須根據(jù)實(shí)際情況來選擇足夠的內(nèi)存容量。絕大多數(shù)PLC都配置有較大容量的存儲(chǔ)器，一般能夠滿足對(duì)實(shí)際控制要求。（3）掃描速度PLC是以循環(huán)掃描方式運(yùn)行的。它在一個(gè)掃描周期內(nèi)，執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)部處理、 B輸入采樣、輸出刷新所需要的時(shí)間是基本固定的，但它所執(zhí)行的用戶程序所需的時(shí)間隨程序長(zhǎng)短和指令復(fù)雜程度而變化。掃描速度一般以掃描1KB的用戶程序所需時(shí)間來衡量，其單位為ms／KB；也有用1步指令的執(zhí)行時(shí)間計(jì)，以s／步為單位。有時(shí)也用掃描時(shí)間表述,即CPU按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。（4）指令種類和數(shù)量這是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)。指令的種類和數(shù)量決定了用戶編輯程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。指令的種類和數(shù)量越多，控制能力就越強(qiáng)。（5）內(nèi)部寄存器種類和數(shù)量PLC內(nèi)部寄存器用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)等，還有許多輔助寄存器可供用戶使用。內(nèi)部寄存器主要有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。PLC寄存器種類和數(shù)量配置情況是衡量PLC硬件功能的一個(gè)指標(biāo)。（6）擴(kuò)展能力PLC擴(kuò)展能力是指I／O點(diǎn)數(shù)和類型的擴(kuò)展、特殊信號(hào)處理的擴(kuò)展、存儲(chǔ)容量和控制區(qū)域<聯(lián)網(wǎng)）的擴(kuò)展等?？紤]到實(shí)際情況的變化，在選擇PLC時(shí)要為系統(tǒng)的擴(kuò)展留有適量的余地。（7）智能模塊PLC除主控模塊外，還可配接各種智能模塊，完成多種特殊的控制，如模擬量控制、遠(yuǎn)程控制及通信等。其種類和數(shù)量越多，說明 PLC功能越強(qiáng)大。（8）編程語言與編程工具每種類型PLC都具有多種編程語言，具有互相轉(zhuǎn)換的可移植性；但不同類型PLC的編程語言互不相同，互不相容。一般由廠家提供專用編程工具，包括專16/29用編程器和專用編程軟件。編程器一般使用助記符語言，編程軟件可在 PC機(jī)上操作，普遍采用梯形圖／功能圖或高級(jí)計(jì)算機(jī)語言<如C、BASIC、或PASCAL語言）進(jìn)行編程。三、 PLC主要生產(chǎn)廠家目前，世界上生產(chǎn)PLC的廠家已有200多個(gè)，各種型號(hào)和系列。比較著名的有美國A-B、通用電氣<GE）、莫迪康<Modicon）公司；日本的三菱電機(jī)<Mitsublshi）、歐姆龍<Omron）、富士電機(jī)<FUJI）、松下電工公司；德國的西門子<Siemens）公司；法國的TE與施奈德<Schneider）公司；韓國的三星<Sumsung）與LG等公司。其中美國和德國是以大型PLC而聞名，而日本主要生產(chǎn)小型的PLC。我國有無錫華光等公司，生產(chǎn)多種型號(hào)的PLC，如SU、SG等，發(fā)展也很快，并在價(jià)格上很有優(yōu)勢(shì)。第三節(jié)可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理一、可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣。但其組成的—般原理基本相向，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持．實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)?？删幊炭刂破髦饕芍醒胩幚韱卧?(CPU>、存儲(chǔ)器(RAM、ROM>、輸入輸出單元(I/O>、電源和編程器等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示17/29一）、中央處理單元((CPU>可編程控制器中常用的 CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器〔如 8080、8086、80286、80385等〕、單片機(jī)〔如8031、8096等〕、位片式微處理器(如AM2900、AM2901、AM2093等>。可編程控制器的檔次越高．CPU的位數(shù)也越多、運(yùn)算進(jìn)度也越快，功能指今越強(qiáng)。FX2系列可編程控制器使用的微處理器是 l6位的8096單片機(jī)。二）、存儲(chǔ)器可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)管理程序，用戶存儲(chǔ)器存放用戶編制的控制程序。小型可編程控制器的存儲(chǔ)器容量—般在8K字節(jié)以下。常用的存儲(chǔ)器有CMOSRAM和EPROM、EEPROM。CMOSRAM是—種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序．生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。CMOSRAM存儲(chǔ)器是—種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作備用電源。掉電時(shí)，可以有效地保持存儲(chǔ)的信息。鋰電他的壽命一般為(5—30>年，若經(jīng)常帶負(fù)載可維持(2—5>年。EPROM、EEPROM都是只讀存儲(chǔ)器。往往用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和用戶程序，EEPROM存儲(chǔ)器又可寫成E2PROM，它是一種電可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器．既可按字節(jié)進(jìn)行擦除。又有可整片擦除的功能。<三）、輸入輸出單元(I/O單元>18/29實(shí)際生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平是多種多樣的，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是干差萬別的，而可編程控制器的 CPU所處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平。正是通過輸入輸出單元實(shí)現(xiàn)了這些信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。 I/O單元實(shí)際上是 PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。 I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC上輸入接口的輸人器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。 PLC的各種輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流型和直流型，高電壓型和低電壓型、電壓型和電流型之分。(1>、輸入接口電路各種PLC的輸入電路大都相同，通常有三種類型：一種是直流(12-24>v輸入。另一種是交流(100-120>v、(200-240>V輸入，第三種是交直流〔12一24〕V輸入。外界輸入器件可以是無源觸點(diǎn)或者有源傳感器的集電極開路的晶體管，這些外部輸入器件是通道PLC輸人端子與PLC相連的。PLC輸人電路中有光耦合器隔離。并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。當(dāng)輸入開關(guān)閉合時(shí)，一次電路中流過電流，輸入指示燈亮．光耦合器被激勵(lì)．三極管從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通狀態(tài)，這是一個(gè)數(shù)據(jù)輸入過程。圖 2-2是一個(gè)直流輸入端內(nèi)部接線圖。(2>、輸出接口電路PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸比。圖2-3給出了PLC的輸出電路圖。繼電器輸出型最常用。當(dāng)PLC輸出時(shí)．接通或斷開19/29輸出電路中繼電器的線圈，繼電器的接點(diǎn)閉合或斷開，通過該接點(diǎn)控制外部負(fù)載電路的通斷。很顯然，繼電路輸出是利用了繼電器的接點(diǎn)和線圈將 PLC的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行了電氣隔離。晶體管輸出型是通過 PLC光耦合使晶體管截止或飽和以控制外部負(fù)載電路、并同時(shí)對(duì)PLC內(nèi)部電路和輸出晶體管電路進(jìn)行了電氣隔離。第三種是雙向晶閘管輸出型，采用了光觸發(fā)型雙向晶閘管。三種輸出形式以繼電器型響應(yīng)最慢。輸出電路的負(fù)載電源由外部提供。 實(shí)際應(yīng)用中，輸出電流額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。 例如FX2型FLC繼電器輸出的負(fù)載能力．電源電壓在250vAC以下時(shí)，對(duì)電阻負(fù)載為2A/點(diǎn)；對(duì)感性負(fù)載為80V*A；對(duì)燈負(fù)載為100W。20/29通常，PLC的制造廠商為用戶提供多種用途的I/O單元。從數(shù)據(jù)類型上看有開關(guān)量和模擬量；從電壓等級(jí)上看有直流和交流；從速度上看有低速和高速，從點(diǎn)數(shù)上看有多種類型；從距離上看可分為本地I/O和遠(yuǎn)程I/O。遠(yuǎn)程I/O單元通過電纜與CPU單元連接、可放在距CPU單元數(shù)百M(fèi)遠(yuǎn)的地力。四）、電源單元21/29PLC的供電電源是一般市電、也有用直流 24v供電的。PLC對(duì)電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓額定值在+10%--15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。PLC內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)PLC的CPU單元和I/O單元供電．小型PLC電源往往和CPU單元合為—體，中大型PLC都有專門電源單元，有些PLC電源部分還有以24vDC輸出，用于對(duì)外部傳感器供電，但電流往往是毫安級(jí)。<五）、編程器編程器是PLC的最重要外圍設(shè)備，利用編程器將用戶程序送入 PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視 PLC的工作狀態(tài)。編程器—般分簡(jiǎn)易型編程器和智能型編程器，小型 PLC常用簡(jiǎn)易型編程器．大中型PLC多用智能型CRT編程器，除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?。即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)為 PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。二、可編程控制器的編程語言PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。不光有硬件，軟件也必不可少，一提到軟件就必然和編程語言相聯(lián)系。不同廠家、甚至不同型號(hào)的PLC的編程語言只能適應(yīng)自己的產(chǎn)品。目前PLC常用的編程語言有四種，梯形圖編程語言、指令語句表編程語言、功能圖編程語音、高級(jí)編程功能語言。梯形圖編程語形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖，邏輯關(guān)系明顯；指令語句表編程語言雖然不如梯形圖編程語言直觀，但有鍵入方便的優(yōu)點(diǎn)；功能圖編程語言和高級(jí)編程語言需要比較多的硬件設(shè)備。一）梯形圖編程語言該語言習(xí)慣上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器．接觸器邏輯控制基礎(chǔ)下簡(jiǎn)化了符號(hào)演變而來的。形象、直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC編程語言。繼電器接觸器電氣控制電路圖和 PLC梯形圖示于圖 2-4中，22/29由圖可見兩種控制電路圖邏輯含義是—樣的，但具體表達(dá)方法卻有本質(zhì)區(qū)別。PLC梯形圖中的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器不是物理繼電器、物理定時(shí)器、物理計(jì)數(shù)器，這些器件實(shí)際上是存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器，因此稱為軟器件。相應(yīng)位為“ 1”狀態(tài)，表示繼電器線圈通電或常開接點(diǎn)閉合或常閉接點(diǎn)斷開。PLC的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中并沒有真實(shí)的物理電流流動(dòng)．而僅僅是概念電流——虛電流或稱為假想電流。把PLC梯形圖左邊路線假想為電源相線．而把右邊母線假想為電源地線：假想電流只能從左向右流動(dòng)．層次改變只能先上后下。假想電流是執(zhí)行用戶程序時(shí)滿足輸出執(zhí)行條件的形象理解。PLC梯形圖中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)梯級(jí)組成。每個(gè)梯級(jí)輸出一個(gè)或多個(gè)支路組成．并出—個(gè)輸出入件構(gòu)成，但右邊的元件必須是輸出元件。例如圖2-4b中梯形圖由兩個(gè)梯級(jí)組成，梯級(jí)1）中有4個(gè)編程元件(X1、X2、Y1和Y2>，最右邊的Y1是輸出元件。梯形圖中每個(gè)編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串，不同編程元件常用不同的字母符號(hào)和—定的數(shù)字串來表示，不同廠家的PLC使用的符號(hào)和數(shù)字串往往是不一樣的。二）指令語句表編程語言這種編程語言是一種與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似的助匯符編程方式，用一系列操作指令組成的語句表將控制流程描述出來，并通過編程器送到PLC中去。需要指出的是，不同廠家的PLC指令語句表使用的助記符并不相同．因此，一個(gè)相同功能的梯形圖。書寫的語句表并不相同。表2-1是三菱電機(jī)公司FX型PLC指令語句完成圖2—4b功能編寫的程序。指令語句表是由若干條語句組成的程序。語句是程序的最小獨(dú)立單元。每個(gè)操作功能由—條或幾條語句來執(zhí)行。PLC的語句表達(dá)形式與微機(jī)的語句表達(dá)23/29式相類似．也是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼用助記符表不 (如L1表示取、OR表示或等>，用來執(zhí)行要執(zhí)行的功能，告訴PLC該進(jìn)行什么操作，例如邏輯運(yùn)算的與、或、非；算術(shù)運(yùn)算的加、減、乘、除；時(shí)間或條件控制中的計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位等功能。操作數(shù)一般由標(biāo)識(shí)符和參數(shù)組成。標(biāo)識(shí)符表示操作數(shù)的類別，例如表明是輸入繼電器、輸出繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等。參數(shù)表明操作數(shù)的地址或一個(gè)預(yù)先設(shè)定值。三）、功能圖編程語言這是一種較新的編程方法。它是用像控制系統(tǒng)流程圖一樣的功能圖表達(dá)一個(gè)控制過程，目前國際電工協(xié)會(huì) (IEC>正在實(shí)施發(fā)展這種新式的編程標(biāo)準(zhǔn)。不同廠家的PLC對(duì)這種編程語言所用的符號(hào)和名稱也不一樣。三菱 PLC叫功能圖編程語言，而西門子 PLC叫控制系統(tǒng)流程圖編程語言。圖 2-5是一個(gè)先”與”后“或”操作的功能圖編程語言圖。四）高級(jí)語言編程近幾年推出的PLC，尤其是大型PLC，已開始用高級(jí)語言進(jìn)行編程，有的PLC采用類似PASCAL語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言的自動(dòng)編譯程序。采用高級(jí)語言編程后，用戶可以象使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作 PLC。除了完成邏輯功能外，還可以進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及與上位機(jī)通信等。三、可編程控制器的工作原理一）、PLC的編程器件概述24/29PLC內(nèi)部有多具有不同功能的插件，實(shí)際上這些器件是由電子電路和存儲(chǔ)器組成的。例如輸入繼電器 X是由輸人電路和映象輸入接點(diǎn)的存儲(chǔ)器組成；輸出繼電器Y是由輸出電路和映象輸出接點(diǎn)的存儲(chǔ)器組成；定時(shí)器 T，計(jì)數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址寄存器V／Z等都是由存儲(chǔ)器組成的。為了把它們與通常的硬器件區(qū)分開，我們通常把上面的器件稱為軟器件，是等效概念抽象模擬的器件。并非實(shí)際的物理器件。從工作過程看，我們只注重器件的功能．按器件的功能給名稱，例如輸入繼電器 x、輸出繼電器Y等、而且每個(gè)器件都有確定的地址編號(hào)．這對(duì)編程十分重要；需要特別指出的是，不同廠家、甚至同—廠家的不同型號(hào)的PLC編程器件的數(shù)量和種類都不一樣，下面我們以FX小型PLC為藍(lán)本，介紹編程器件。<二）、FX2系列PLC編程器件1、輸入繼電器(X0一X177輸入繼電器與PLC的輸入端相連、是PLC接收外部開關(guān)信號(hào)的接口。與輸人端子連接的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，其線圈、常開接點(diǎn)、常間接點(diǎn)與傳統(tǒng)硬繼電器表示方法一樣，如圖 2-6左邊所示。這里常開接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)的使用次數(shù)不限，這些接點(diǎn)在 PLC內(nèi)可以自由使用，F(xiàn)X2型PLC輸入繼電器采用八進(jìn)制地址編號(hào)， X0—X177最多可達(dá) 128點(diǎn)。輸入繼電器必須有外部信號(hào)來驅(qū)動(dòng)．不能用程序驅(qū)動(dòng)。2、輸出繼電器Y0—Y177輸出繼電器的外部輸出接點(diǎn)連接到PLC的輸出端子上，輸出繼電器是PLC是用來傳送信號(hào)到外部負(fù)載的元件，如圖2-6右邊所示。每一個(gè)輸出繼電器有一個(gè)外部輸出的常開接點(diǎn)。而內(nèi)部的軟接點(diǎn)，不管是常開還是常閉．都可以無限次的自由使用。輸出繼電器的地址編號(hào)也是八進(jìn)制。 Y0—Y177，最多可達(dá)128點(diǎn)。3、輔助繼電器M25/29PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器，它的常開常閉接點(diǎn)在 PLC內(nèi)部編程時(shí)可以無限次的自由使用。但是這些接點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載．外部負(fù)載必須由輸出繼電器的外部接點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)。在邏輯運(yùn)算中經(jīng)常需要—些利用繼電器作為輔助運(yùn)算用，這些器件持往用作狀態(tài)暫存、移位等運(yùn)算。另外，輔助繼電器還具有一些特殊功能。下面是幾種常見的輔助繼電器。1）通用輔助繼電器M0—M499通用輔助繼電器按十進(jìn)制地址編號(hào)M0—M499共的500點(diǎn)(在FX型PLC中除輸入輸出繼電器外，其它所有器件都是十進(jìn)制編號(hào)>。<2）斷電保持