畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的PLC控制程序設(shè)計(jì)

1、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) 概述：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。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，成千上萬根導(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

2、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。更重要的是同一設(shè) 備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 本文以 plc 技術(shù)在鍋爐多功能供熱系統(tǒng)為例，來闡明 plc 在工業(yè)控制中 發(fā)揮的巨大作用 關(guān)鍵詞：鍋

3、爐多功能供熱；plc； 目目 錄錄 1 緒論 .4 1.1 plc 的基本概念.4 1.2 plc 的發(fā)展階段.4 1.3 plc 的特點(diǎn).6 1.4 plc 的應(yīng)用領(lǐng)域.11 1.5 plc 的未來展望.13 2 plc 的基本結(jié)構(gòu) .13 2.1 中央處理單元(cpu).13 2.2 存儲(chǔ)器.14 2.3 i/o 模塊.14 2.4 電源.15 2.5 底板或機(jī)架.16 2.6 plc 系統(tǒng)的其它設(shè)備.16 3 plc 的基本工作原理 .17 3.1 掃描技術(shù).17 3.2 plc 與繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)區(qū)別.18 3.3 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn).18 3.4 編程語言的形式.19 3.5 pl

4、c 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則.20 3.6 plc 程序的內(nèi)容和質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo).21 3.7 plc 程序的調(diào)試方法及步驟.22 3.8 plc 的選型方法.23 3.9 經(jīng)濟(jì)性的考慮.27 4 基于 plc 的電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).28 4.1 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.28 4.2 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方 案.30 4.3 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序部分的介紹. .33 4.4 梯形圖.36 4.41 主程序.36 4.42 循環(huán)泵自動(dòng)子程序.39 4.43 手啟循環(huán)泵子程序.41 4.44 循環(huán)泵定時(shí)子程序.42 4.45 鍋爐自動(dòng)子程序.45 4.46 鍋爐手動(dòng)子程序.4

5、7 4.47 鍋爐定時(shí)子程序.48 4.48 補(bǔ)水泵自動(dòng)子程序.51 4.49 報(bào)警子程序.53 4.50 切換信號(hào)子程序.57 4.51pid 回路表初始化子程序 .58 4.52 中斷事件連接子程序 .60 4.53pid 中斷程序.61 致 謝.63 參 考 文 獻(xiàn) .64 1 1 緒論緒論 1.11.1 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

6、 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。plc 及其有關(guān) 的外圍設(shè)備都應(yīng)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)?！?可編程控制器 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

7、，這種 裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍 。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。 1.21.2 plcplc 的發(fā)展階段的發(fā)展階段 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行 順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的 數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 1968 年美國(guó) gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求， 第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ dec）研制出了基于集成電路和電子技 術(shù)的控制裝置，首次采

8、用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代 可編程序控制器，稱 programmable,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) plc。 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc 主要由分 立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì) 數(shù)功能。 隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展 和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， plc 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分 三個(gè)階段： 1.2.1 早期的 plc（60 年代末70 年代中期） 早期的 plc 一般稱為可編程邏輯控制器。 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn) 了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc 增加了運(yùn)算、 數(shù)據(jù)

9、傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器 采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及 處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的plc 為微機(jī)技術(shù)和繼 電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 這時(shí)的 plc 多少有點(diǎn)繼電器控制裝 置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、 定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在i/o 接口電路上作了 改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中 小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以 提高其抗干擾的能

10、力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟 悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。因此，早期的 plc 的性能要優(yōu) 于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低， 有故障指使，能重復(fù)使用等。其中plc 特有的編程語言 梯形圖一直 沿用至今。 1.2.2 中期的 plc（70 年代中期80 年代中后期） 20 世紀(jì) 70 年代中末期， 微處理器的出現(xiàn)使 plc 發(fā)生了巨大的變 化，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段 。計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編 程控制器中， 美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為 plc 的中央處理單元（ cpu） ，使其功能發(fā)生了飛躍。 這樣，使 pl

11、c 得功能大大增強(qiáng)。 在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模 塊、遠(yuǎn)程 i/o 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各 種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外， 還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量 運(yùn)算、pid 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng) 用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性

12、能、產(chǎn) 品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日 益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 1.2.3 近期的 plc（80 年代中后期至今） 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 plc 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng) 率一直保持為 3040%。由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處 理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的plc 所采用的微處理器 的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高plc 的處理速度，各制造廠 商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc 軟、硬件功能 發(fā)生了巨大變化。 在這時(shí)期，plc 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口

13、能力 和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， plc 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng) 用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs 系統(tǒng)。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需 要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能 力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、 位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī) 界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加 容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、 輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 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

14、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?？梢灶A(yù)期，隨著 我國(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

15、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。例如三菱公司生產(chǎn)的f 系列 plc 平均 無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余 cpu 的 plc 的平均無故障 工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 plc 的機(jī)外電路來說，使用 plc 構(gòu)成控制系統(tǒng)， 和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百 甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， plc 帶有硬件故障自我 檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還 可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系

16、統(tǒng)中除plc 以外的電路及 設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不 奇怪了。 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。 可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，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，功能 非常豐富。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、 cnc 等各種工業(yè)控制中。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。 這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲(chǔ)信息的內(nèi)

17、部器件有關(guān)。 它的指令多達(dá)幾十條、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問題的處理， 還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算。凡普通計(jì)算機(jī)能做到的，它也都可作到。 它的內(nèi)部器件，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，種類繁多，容量宏大。 i/o 繼電器，可以用以存儲(chǔ)入、出點(diǎn)信息的，少的幾十、幾百，多的可 達(dá)幾千、幾萬，以至 10 幾萬。這意味著它可進(jìn)行這么多 i/o 點(diǎn)的入出 信息變換，進(jìn)行這么大規(guī)模的控制。 它的內(nèi)部種種繼電器，相當(dāng)于中間繼電器，數(shù)量更多。內(nèi)存中一個(gè) 位就可作為一個(gè)中間繼電器，怎么不多！ 它的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱 體或模塊，其內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可達(dá)成百、成千。這也是因?yàn)橹灰?內(nèi)

18、存中的一個(gè)字，再加一些標(biāo)志位，即可成為定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，所以才 那么多。 而且，這些內(nèi)部器件還可設(shè)置成丟電保持的，或丟電不保持的，即 上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以 做到的。 它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)還可用以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬字的信 息都可以存，而且，掉電后還不丟失。 plc 還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機(jī)界面，以進(jìn)行信息交 換?？伤腿氤绦?，送入數(shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時(shí)可 在圖文并茂的畫面上進(jìn)行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲(chǔ)，可打印。數(shù)據(jù)送入可 鍵入，可以讀卡入，等等。 plc 還具有通訊接口，可與計(jì)算機(jī)鏈接或聯(lián)網(wǎng)，與計(jì)算機(jī)交換信息。 自身也可聯(lián)網(wǎng)，

19、以形成單機(jī)所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。 plc 還有強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自診斷。其結(jié)果可自動(dòng)記錄。這 為它的維修增加了透明度，提供了方便。 豐富的功能為 plc 的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時(shí)，也為工業(yè)系統(tǒng) 的自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。 像 plc 這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是 傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。 1.3.3 使用方便 用 plc 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因?yàn)椋菏紫萷lc 控制邏輯的建立是程序 ,用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程 序比更改接線，當(dāng)然要方便得多！ 其次 plc 的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的

20、模塊。 而且，這些模塊是配套的，已實(shí)現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所 需的模塊，plc 廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場(chǎng)上即可購得。所以，硬件系 統(tǒng)配置與建造也非常方便。 正因如此，用可編程序控制器才有這個(gè) 可字。對(duì)軟件講，它的 程序可編，也不難編。對(duì)硬件講，它的配置可變，而且也易于變。 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)上定貨購買即可。 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。內(nèi)部什

21、么線都不要接，只要作些必要的dip 開關(guān) 設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。 3、編程方便：plc 內(nèi)部雖然沒有什么實(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。其數(shù)量之多是繼電器控制系統(tǒng)難以想象的。即使是小型的 plc，內(nèi)部繼電器數(shù)都可以千計(jì)，時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)也以百計(jì)。而且， 這些繼電器的接點(diǎn)可無限次地使用。 plc 內(nèi)部邏輯器件之多，用戶用 起來已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點(diǎn)。而這個(gè)內(nèi)部入出點(diǎn) 即使用得再多，也無關(guān)緊要。大型plc 的控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)萬點(diǎn)以上，哪 有那么大的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)？若實(shí)在不夠，還可聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行控制，不受什么限

22、制。 plc 的指令系統(tǒng)也非常豐富，可毫不困難地實(shí)現(xiàn)種種開關(guān)量，以及模擬 量的控制。plc 還有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)，可存儲(chǔ)控制過程的所有要保 存的信息?？傊捎?plc 功能之強(qiáng)，發(fā)揮其在控制系統(tǒng)的作用， 所受的限制已不是 plc 本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它 硬件設(shè)施了。 plc 的外設(shè)很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數(shù)據(jù) 監(jiān)控器，可監(jiān)控 plc 的工作。使用 plc 的軟件也很多，不僅可用類似 于繼電電路設(shè)計(jì)的梯形圖語言，有的還可用basic 語言、c 語言，以 至于自然語言。這些也為 plc 編程提供了方便。 plc 的程序也便于存儲(chǔ)、移植及再使用。某定型產(chǎn)品用的

23、plc 的 程序完善之后，凡這種產(chǎn)品都可使用。生產(chǎn)一臺(tái)，拷貝一份即可。這比 起繼電器電路臺(tái)臺(tái)設(shè)備都要接線、調(diào)試，要省事及簡(jiǎn)單得多。 4、維修方便：這是因?yàn)椋?1）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。這在講述 plc 的第三個(gè)特點(diǎn)時(shí)，還將進(jìn)一步介紹。 2）即使 plc 出現(xiàn)故障，維修也很方便。這是因?yàn)閜lc 都設(shè)有很 多故障提示信號(hào)，如 plc 支持內(nèi)存保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池電壓不足，相應(yīng)的 就有電壓低信號(hào)指示。而且， plc 本身還可作故障情況記錄。所以， plc 出了故障，很易診斷。同時(shí)，診斷出故障后排故也很簡(jiǎn)單?？砂茨?塊排故，而模塊的備件市場(chǎng)可以買到，進(jìn)行簡(jiǎn)單的更換

24、就可以。至于軟 件，調(diào)試好后不會(huì)出故障，再多只要依據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，使之完善 就是了。 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。如果原 設(shè)備與新設(shè)備差別較大，它的一些模塊還可重用。 1.3.4 工作可靠 用 plc 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因?yàn)閜lc 在硬件 與軟件兩個(gè)方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實(shí)上，如果 plc 工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用，也就不成其為plc 了。 (1) 在硬件方面： plc 的輸入輸出電路與內(nèi)部 cpu 是電隔離。其 信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，

25、 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。 plc 使用的元器件多為無觸點(diǎn)的，而且為高度集成的，數(shù)量并不太 多，也為其可靠工作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝上，為使plc 能安全可靠地工作，也 采取了很多措施，可確保 plc 耐振動(dòng)、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達(dá) 攝氏 50 多度，有的 plc 可高達(dá) 80-90 度。 有的 plc 的模塊可熱備，一個(gè)主機(jī)工作，另一個(gè)主機(jī)也運(yùn)轉(zhuǎn)，但 不參與控制，僅作備份。一旦工作主機(jī)出現(xiàn)故障，熱備的可自動(dòng)接替其 工作。 還有更進(jìn)一步冗余的，采用三取一的設(shè)計(jì)， cpu、i/o 模塊、電源

26、模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時(shí)工作，最終輸出取決于三者中 的多數(shù)決定的結(jié)果。這可使系統(tǒng)出故障的機(jī)率幾乎為零，做到萬無一失。 當(dāng)然，這樣的系統(tǒng)成本是很高的，只用于特別重要的場(chǎng)合，如鐵路車站 的道叉控制系統(tǒng)。 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。 為監(jiān)控 plc 運(yùn)行程序是否正常， plc 系統(tǒng)都設(shè)置了 看門狗 （watchingdog）監(jiān)控程序。運(yùn)行用戶程序開始時(shí)，先清 看門狗定 時(shí)器，并開始計(jì)時(shí)。

27、當(dāng)用戶程序一個(gè)循環(huán)運(yùn)行完了，則查看定時(shí)器的計(jì) 時(shí)值。若超時(shí)（一般不超過 100ms） ，則報(bào)警。嚴(yán)重超時(shí)，還可使 plc 停止工作。用戶可依報(bào)警信號(hào)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。定時(shí)器的計(jì)時(shí) 值若不超時(shí)，則重復(fù)起始的過程， plc 將正常工作。顯然，有了這個(gè) 看門狗監(jiān)控程序，可保證 plc 用戶程序的正常運(yùn)行，可避免出現(xiàn) 死循環(huán)而影響其工作的可靠性。 plc 還有很多防止及檢測(cè)故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常 與否的提示信號(hào)?？赏ㄟ^編制相應(yīng)的用戶程序，對(duì)plc 的工作狀況， 以及 plc 所控制的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，以確保其可靠工作。 plc 每次上電后，還都要運(yùn)行自檢程序及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。這是 系統(tǒng)程

28、序配置了的，用戶可不干預(yù)。出現(xiàn)故障時(shí)有相應(yīng)的出錯(cuò)信號(hào)提示。 正是 plc 在軟、硬件諸方面有強(qiáng)有力的可靠性措施，才確保了 plc 具有可靠工作的特點(diǎn)。它的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上；出 了故障平均修復(fù)時(shí)間也很短，幾小時(shí)以至于幾分鐘即可。 曾有人做過為什么要使用 plc 的問卷調(diào)查。在回答中，多數(shù)用戶 把 plc 工作可靠作為選用它的主要原因，即把plc 能可靠工作，作 為它的首選指標(biāo)。 1.3.5 經(jīng)濟(jì)合算 高新技術(shù)的使用必將帶來巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，這是科技是 第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。 plc 也是如此。 盡管使用 plc 首次投資要大些，但從全面及長(zhǎng)遠(yuǎn)看，使用p

29、lc 還是經(jīng)濟(jì)的。這是因?yàn)椋?使用 plc 的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的 投入少；使用時(shí)省電，運(yùn)行費(fèi)少；工作可靠，停工損失少；維修簡(jiǎn)單， 維修費(fèi)少；還可再次使用以及能帶來附加價(jià)值等等，從中可得更大的回 報(bào)。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。 1.3.6 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接 口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與 表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc 的少量開關(guān)量邏輯控制 指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì) 算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)

30、從事工業(yè)控制打開了方便之門。 1.3.7 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 plc 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線， 使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更 重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多 品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 1.3.8 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 plc 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重 量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn) 機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 1.41.4 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、

31、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。 1.4.1 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。如注塑機(jī)、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。 1.4.2 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

32、。 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。 1.4.3 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。 1.4.4 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)

33、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)合有非常廣泛應(yīng)用。 1.4.5 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?打印制表。數(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

34、金、食品工業(yè)中的一些大型控 制系統(tǒng)。 1.4.6 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。 1.51.5 plcplc 的未來展望的未來展望 21 世紀(jì)，plc 會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成 果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、 存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超 小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)

35、更豐富、 規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè) 控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì) 出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其 它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展 方向。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(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將 在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 2 2 p

36、lcplc 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 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。 2.12.1 中央處理單元中央處理單元(cpu)(cpu) 2.1.1 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

37、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，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。 2.1.2 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/

38、o 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能 診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) plc 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方 式接收現(xiàn)場(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)和編程過程中的語法錯(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)，

39、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。 為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠性，近年來對(duì)大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 cpu 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) cpu 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 2.22.2 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

40、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。 2.32.3 i/oi/o 模塊模塊 plc 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ 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。 2.3.1 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。 2.3.2 發(fā)光二級(jí)管 在光電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)

41、律相同的光信號(hào)。 2.3.3 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。 2.3.4 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：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、直流負(fù)載 晶閘管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、交流負(fù)載 2.3.5 輸出接口電路工作過程： 當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 1，有電流流過，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，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷 開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把

42、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。 2.3.6 輸入接口電路工作過程： 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)。 2.3.7 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（ 0-10v,0-5v,-10-10v

43、）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。 2.42.4 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。如果沒有一個(gè)良好的、可 *得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 plc 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范

44、圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc 直接連接到交流 電網(wǎng)上去。電源輸入類型有：交流電源（ 220vac 或 110vac） ，直流 電源（常用的為 24vdc） 。 2.5 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。 2.6 plc 系統(tǒng)的其它設(shè)備 2.6.1 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

45、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plc 的 rs232 口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過gx-developer 軟件向 plc 內(nèi)部輸入程序。 2.6.2 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。 2.6.3 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越顯著，甚至有 人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點(diǎn)說法。 plc 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 plc 與 plc 之間、

46、plc 與上位 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 rs-232 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 485 的數(shù)據(jù)通訊、 cclink 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 3 3 plcplc 的基本工作原理的基本工作原理 3.1 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。

47、 3.1.1 輸入采樣階段 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。 3.1.2 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、

48、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu) 成的控制線路進(jìn)行邏輯運(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。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在i/o 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài) 和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o 映象區(qū)或系統(tǒng) ram 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形 圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖 起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù) 只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用

49、。 3.1.3 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。 3.23.2 plcplc 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 3.2.1 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”

50、，后者用“硬件”。 3.2.2 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 編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常 用。 3.33.3 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn)基本指令系統(tǒng)特點(diǎn) plc 的編程語言與一般計(jì)算機(jī)語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不 同于高級(jí)語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要 滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種對(duì)各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程 語言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語言， omro

51、n 公司的產(chǎn)品 也有它自己的語言。但不管什么型號(hào)的plc，其編程語言都具有以下 特點(diǎn)： 3.3.1 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。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來表示，它沿用 二進(jìn)制邏輯元件圖形符號(hào)來表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù) 運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象 征性不如邏輯運(yùn)算部分，也受用戶歡迎

52、3.3.2 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)。 3.3.3 簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)： plc 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。 3.3.4 簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過程： 使用匯編語言和高級(jí)語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè) 過程，而使用編程語言，只需要編輯一個(gè)過程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完 成，整個(gè)編輯過程都在人機(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。

53、3.3.5 強(qiáng)化調(diào)試手段： 無論是匯編程序，還是高級(jí)語言程序調(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。 總之，plc 的編程語言是面向用戶的，對(duì)使用者不要求具備高深的 知識(shí)、不需要長(zhǎng)時(shí)間的專門訓(xùn)練。 3.43.4 編程語言的形式編程語言的形式 最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。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)

54、來編程。 雖然一些高檔的 plc 還具有與計(jì)算機(jī)兼容的 c 語言、basic 語 言、專用的高級(jí)語言（如西門子公司的graph5、三菱公司的 melsap） ，還有用布爾邏輯語言、通用計(jì)算機(jī)兼容的匯編語言等。不 管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產(chǎn)品。 3.4.1 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)。常用的助記符語句用英文文字（可

55、用多國(guó)文字）的縮 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。 3.4.2 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?plc 的指令系統(tǒng) 3.4.3 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。用語句表達(dá)的程序不大直觀，

56、可讀性差，特別 是較復(fù)雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。 3.4.4 梯形圖： 梯形圖是通過連線把 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 連接指令組的。 3.4.5 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系： 如果

57、僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對(duì)應(yīng) 關(guān)系。如梯形圖的輸出（ out）指令，對(duì)應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入 指令（如 ld，and，or）對(duì)應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令（ il、ilc）可看 成總開關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖， 再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。 有了這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，用 plc 程序代表繼電邏輯是很容易的。這也 是 plc 技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。 3.53.5 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

58、基本原 則： 3.5.1 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)問題和疑難問題。 3.5.2 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

59、，以確保控制系統(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。 3.5.3 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，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 3.5.4 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)

60、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)。 3.63.6 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) 3.6.1 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)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1、初始化程序 在 plc 上電后，一般