畢業(yè)論文PLC在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用系 別：汽車與電氣工程系專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 班 級(jí)： 09電氣一班 姓 名： 李城 學(xué) 號(hào)： 0902030116 指導(dǎo)老師： 王蕊 摘 要行車是用來(lái)在短距離內(nèi)提升和移動(dòng)物件的機(jī)械，是現(xiàn)代化工廠中用于物料輸送的重要設(shè)備，電鍍行車由于他的高危險(xiǎn)性，應(yīng)用它的場(chǎng)合更是頻繁，行車對(duì)減輕工人體力勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率起著重要的作用。本設(shè)計(jì)中的行車要實(shí)現(xiàn)左右，前后及上下的三維運(yùn)動(dòng)，并且要準(zhǔn)確定位，具有遠(yuǎn)距離控制，能夠按照預(yù)定順序和控制要求，自動(dòng)完成一序列的工作。在設(shè)計(jì)中采用低壓電器的控制方式，控制線路的設(shè)計(jì)方面力圖做到布局合理,排列均勻,原理圖

2、上有極限位置保護(hù)和必要的電氣保護(hù)措施，重點(diǎn)分析了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)部分，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、plc控制i/o端口分配表以及整體程序流程圖等，實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)中，采用了高可靠性，高穩(wěn)定性，編程簡(jiǎn)單，易于使用，而且廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)線過(guò)程控制中的控制器plc。詳細(xì)分析了輸送系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)控制電動(dòng)機(jī)原理圖、程序框圖、plc系統(tǒng)外部接線圖。分層次詳細(xì)闡述了整個(gè)高度自動(dòng)化輸送系統(tǒng)的目標(biāo)及功能，使高度自動(dòng)化輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰，層次更加分明，具有非常強(qiáng)的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：plc 電鍍行車前 言畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段最后一次綜合性設(shè)計(jì)，是大學(xué)三年所

3、學(xué)知識(shí)的綜合題現(xiàn)，是應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)與技能分析和解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的綜合性訓(xùn)練。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的全面綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能解決實(shí)際問(wèn)題的教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生在校獲得的最后訓(xùn)練機(jī)會(huì)，也是對(duì)學(xué)生在校期間所獲得知識(shí)的檢驗(yàn)。希望通過(guò)最終的畢業(yè)設(shè)計(jì)，能更加鞏固、擴(kuò)大和強(qiáng)化自己所學(xué)到的理論知識(shí)和技能，提高自己畢業(yè)設(shè)計(jì)制圖、編寫(xiě)技術(shù)說(shuō)明書(shū)的能力，學(xué)會(huì)正確使用技術(shù)資料，標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)和工具書(shū)。并在設(shè)計(jì)中進(jìn)一步提高自己理論聯(lián)系實(shí)際、嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)，為即將走上工作崗位所從事的技術(shù)工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。這次設(shè)計(jì)的題目是：plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用設(shè)計(jì)。并繪制出電鍍工藝流程圖、自動(dòng)

4、工作狀態(tài)流程圖、電鍍生產(chǎn)線plc控制梯形圖。在這次設(shè)計(jì)中，我明確設(shè)計(jì)目的，并決定好好把握和利用這次踏上工作崗位前的最后一次“演習(xí)”機(jī)會(huì)，通過(guò)幾個(gè)月來(lái)的仔細(xì)查閱資料，精心設(shè)計(jì)，努力工作，終于完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)，但由于水平和時(shí)間有限，設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤難免，希望老師們批評(píng)指正，從而能得到不斷的進(jìn)步 目錄摘要.1前言 1第1章課題簡(jiǎn)介 11.1概述.11.2本課題的內(nèi)容和工藝要求 1第2章 方案比較 32.1繼電器、plc電路圖電路分析32.2 plc與繼電器的優(yōu)缺點(diǎn)32.2.1 繼電器的特點(diǎn)32.2.2 plc 的特點(diǎn)42.3 plc的選用.5第3章 plc的原理63.1 可編程控制器的等效電路63.1.

5、1存儲(chǔ)程序控制與可編程序控制器.63.1.2可編程序控制器的等效電路.63.2 plc掃描技術(shù)93.2.1掃描技術(shù).93.2.2掃描工作過(guò)程.93.2.3掃描周期計(jì)算103.3 plc與i/o相應(yīng)時(shí)間103.3.1改變信息刷新方式 113.3.2采用集中技術(shù)113.3.3 調(diào)整輸入濾波器 123.4梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn).123.5主要技術(shù)性能.123.6 plc的硬件系統(tǒng)123.7 plc應(yīng)用領(lǐng)域15第4章 plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用 174.1 工藝要求 174.2 控制流程圖 184.2.1行車自動(dòng)工作控制的過(guò)程.184.3 拖動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 194.4 plc的選型.194.5 plc輸入/輸出地

6、址對(duì)照表.204.6 plc生產(chǎn)線上的梯形圖 214.6.1 電鍍生產(chǎn)線plc控制梯形圖程序.264.6.2 梯形圖程序.29第5章 不足與改進(jìn).30第6章 小結(jié)31第7章 致謝.32.參考文獻(xiàn).33第1章課題簡(jiǎn)介1.1 概述 一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時(shí)間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動(dòng)化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少?gòu)U品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車的自動(dòng)控制則是電鍍生

7、產(chǎn)線自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。 電鍍生產(chǎn)線按照其工藝要求和規(guī)模一般設(shè)計(jì)有兩臺(tái)行車、三臺(tái)行車和四臺(tái)行車工作，每臺(tái)行車都根據(jù)已編制好的各自的程序運(yùn)行；對(duì)于行車的自動(dòng)控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器plc作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動(dòng)化程度更高。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，存儲(chǔ)控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語(yǔ)言的形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內(nèi)部的接

8、線，而只需通過(guò)通過(guò)編程器中的某些程序語(yǔ)言內(nèi)容?？删幊炭刂破骶褪且环N存儲(chǔ)程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程控制器的輸入端子和輸出端子。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制任務(wù)，同樣需要針對(duì)具體的控制對(duì)象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需用戶的輸出輸入設(shè)備，然后運(yùn)行相應(yīng)的程序語(yǔ)言便指出相應(yīng)的程序，利用編程器和其他設(shè)備寫(xiě)入可編程控制器的存儲(chǔ)器中。每條程序語(yǔ)言確定一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)cpu一次讀取查出其中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以輸出設(shè)備，兩支被控制對(duì)象工作?？删幊炭刂破鲿r(shí)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制邏輯的，能夠使用不同控制任務(wù)的需要，通用性強(qiáng)，使

9、用靈活，可靠性強(qiáng)。1.2、課題的內(nèi)容和工藝要求（1）、內(nèi)容：電鍍生產(chǎn)線上有三個(gè)基本的槽位，分別是：清水槽、回收槽和電鍍槽，工件由裝有可升降吊鉤的行車帶動(dòng)，經(jīng)過(guò)電鍍、鍍液回收、清洗等工序，完成電鍍?nèi)^(guò)程。在電鍍生產(chǎn)線一側(cè)，工人將代加工的零件裝入吊籃，并發(fā)出信號(hào)，專用行車便提升并自動(dòng)逐段進(jìn)行。按工藝要求在需要停留的槽位停下，并自動(dòng)下降，停留一定時(shí)間（各槽停留時(shí)間按事先工藝要求調(diào)定）后自動(dòng)提升，如此完成電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產(chǎn)線的末端自動(dòng)返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號(hào)進(jìn)入下一加工循環(huán)。（2）、設(shè)計(jì)要求：工件放入鍍槽中，電鍍250s后提起，停放25s，讓鍍液從工件上流回鍍槽中，

10、然后放人回收液中浸25s，提起后停20s，接著放入清水槽中清洗20s。最后提起停15s后，行車返回原位，一個(gè)工件的電鍍過(guò)程結(jié)束。如果在中途斷電，工件將報(bào)廢無(wú)需在進(jìn)行下面的工序，所以可以通過(guò)點(diǎn)動(dòng)操作返回，取下報(bào)廢品。電鍍工藝流程圖如圖1-1。250s清水槽回收液槽鍍槽15s20s25s20s25s原位sq6sq5sq4sq3sq2sq11-1電鍍工藝流程圖第2章方案比較sbtkmsbpkm（a）繼電器電路圖sbtkmsbpkmx0y0x1y0(b) plc梯 形 圖x0y0x1y02.1、繼電器、plc電路圖電路分析（1）、如圖（a）為繼電器電路圖；圖中sbt為常開(kāi)按鈕，sbp位常閉按鈕，km為

11、繼電器線圈。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕sbt，繼電器km的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)km閉合，由于常開(kāi)觸點(diǎn)km與啟動(dòng)按鈕sbt并聯(lián)，所以即使松開(kāi)啟動(dòng)按鈕sbt，已經(jīng)閉合的常開(kāi)觸點(diǎn)km仍然能使繼電器km的線圈通電，這個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)稱作“自鎖”觸點(diǎn)。停止時(shí)按下停止按鈕sbp，繼電器的線圈失電。（2）、如圖（b）為plc梯形圖；圖中x0為常開(kāi)輸入觸點(diǎn)，x1為常閉輸入觸點(diǎn)，y0表示輸出，其輸出y0的工作狀態(tài)受x0、x1信號(hào)控制，當(dāng)按下啟動(dòng)輸入繼電器按鈕x0，輸出繼電器y0的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)y0閉合，由于常開(kāi)觸點(diǎn)y0與啟動(dòng)輸入繼電器按鈕x0并聯(lián)，所以即使松開(kāi)啟動(dòng)輸入繼電器按鈕x0，已經(jīng)閉合的常開(kāi)觸點(diǎn)y0仍然能使輸出繼電器

12、yo的線圈通電。停止時(shí)按下停止按鈕x1，輸出繼電器的線圈y0失電，常開(kāi)觸點(diǎn)y0斷開(kāi)。2.2、plc與繼電器的優(yōu)缺點(diǎn)如圖（a）、（b）對(duì)于同一控制電路，繼電控制原理和梯形圖的輸入、輸出信號(hào)基本相同，控制過(guò)程等效。2.2.1、繼電器的特點(diǎn) （1）、功能不易擴(kuò)展；（2）、繼電器價(jià)格相對(duì)plc便宜；（3）、繼電器接線復(fù)雜，一個(gè)產(chǎn)品的工藝改變，要重新接線，布線不易更新；（4）、繼電控制使用是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器靠硬件連接控制電路；（5）、可靠性不高，查找和排除故障十分困難；（6）、當(dāng)產(chǎn)品更新時(shí)繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線都要相應(yīng)的變化，而且這種變動(dòng)工作量很大，工期長(zhǎng)費(fèi)用高。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電

13、子邏輯控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)的完成時(shí)通過(guò)電器、電子控制線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些控制線路間繼電器、接觸器、電子元件等若干分立器件用導(dǎo)線連接在一起、形成滿足控制對(duì)象動(dòng)作要求的控制程序。這樣的控制系統(tǒng)成為接線程序控制系統(tǒng)。因其程序就固定在接線中，所以又成為接線程序。在接線控制系統(tǒng)中，若要修改控制程序就必須改變接線。設(shè)計(jì)一個(gè)接線程序控制系統(tǒng)，首先需要針對(duì)具體的控制對(duì)象，分析控制要求，確定所需的用戶輸入輸出設(shè)備，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制線路，再根據(jù)需要制作針對(duì)該控制裝置（如繼電器控制柜或控制臺(tái)）。對(duì)于較復(fù)雜的控制過(guò)程，控制線路的設(shè)計(jì)將非常繁瑣、困難。設(shè)計(jì)的控制線路也很復(fù)雜。由于控制系統(tǒng)器件接線多，使系統(tǒng)的可靠性受到了很大

14、的影響，其平均無(wú)故障時(shí)間往往較短?？刂葡到y(tǒng)完成以后，如控制任務(wù)發(fā)生變化（如生產(chǎn)工藝流程的變化），則必須改變相應(yīng)接點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)；因而容易造成界限程序控制系統(tǒng)的靈活性、通用性較低，故障率高，維修也不方便。 2.2.2、plc的特點(diǎn)1、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)plc采用了集成度很高的微電子器件，大量開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其可靠程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無(wú)法比擬的。為了保證plc能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了一系列硬件或軟件的剛干擾的設(shè)施。硬件方面的設(shè)施有：（1）隔離plc的輸入、輸出接口電路一般都采用光點(diǎn)耦合器來(lái)傳遞信號(hào)，這種光電隔離設(shè)施使外部電路與plc內(nèi)部之間

15、完全避免了點(diǎn)的聯(lián)系，有效地抑制了外部的干擾源對(duì)plc的影響，還可以防止外部強(qiáng)電穿入內(nèi)部cpu。（2）濾波在plc電路電源和輸入、輸出(i/o)電路中設(shè)置了多種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號(hào)。（3）在plc內(nèi)部cpu供點(diǎn)電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等設(shè)施，防止干擾信號(hào)通過(guò)供電源進(jìn)入plc內(nèi)部，另外各個(gè)輸入輸出（i/o）接口電路的電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的相互干擾；（4）內(nèi)部設(shè)置連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷等電路，一旦發(fā)生故障就報(bào)警；（5）外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)工作的惡劣的環(huán)境。在軟件方面的設(shè)施有：（1）設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序，每次掃描都對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障進(jìn)行檢

16、測(cè)診斷，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，立即作自動(dòng)相應(yīng)的措施，如報(bào)警、保護(hù)數(shù)據(jù)和封鎖輸出等。（2）定義用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，以以保證停電后有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。2 、編程簡(jiǎn)單易學(xué)plc采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語(yǔ)言，它既有繼電器電路的清晰直觀的特點(diǎn)，又充分考慮到電氣工人和技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，幾乎不需要專門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此，易學(xué)易懂，程序改變時(shí)也容易修改。3、功能完善、適應(yīng)性強(qiáng)目前plc產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和模塊化，不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制功能，還具有a/d、d/a轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)實(shí)際需要，方便靈活地組裝

17、成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)，即可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線、又可以控制一個(gè)機(jī)群、多點(diǎn)生產(chǎn)線。既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)程控制。 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如交流、直流、開(kāi)關(guān)量或模擬量、電流或電壓脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等，plc都有相應(yīng)i/o接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器件和設(shè)備直接連接，用戶可以根據(jù)需要方便的進(jìn)行配置，組成使用、緊湊的控制系統(tǒng)。4、使用簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便plc的接線極其方便，只需將生產(chǎn)輸入信號(hào)的設(shè)備（如按鈕、開(kāi)關(guān)等）與plc的輸入端子連接，將接收輸出型號(hào)的被控制設(shè)備（接觸器、電磁閥等）與plc的輸出端子連接，僅用螺絲刀既可完成全部接線工作。plc的用戶程序可在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用

18、開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，輸出可以用plc的發(fā)光二極管。調(diào)試后再將plc早現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。調(diào)試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少得多。plc的故障率很低，并且有完善的自診斷功能和運(yùn)行故障指示裝置。一旦發(fā)生故障，可以通過(guò)plc機(jī)上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原因，排除故障。5、體積小、重量輕、功耗低 由于plc采用了半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路，因此正規(guī)產(chǎn)品機(jī)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低，所以plc很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備2.3 plc的選用通過(guò)以上對(duì)比，我們很容易看出plc的功能強(qiáng)大和它適用性，更為人性化的操作。隨著21世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，plc技術(shù)得到了迅猛的發(fā)

19、展，plc的發(fā)展越來(lái)越智能化，功能越來(lái)越完善化，plc的優(yōu)越是繼電器無(wú)法比擬的。plc是一臺(tái)工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，價(jià)格比繼電器昂貴，但比繼電器簡(jiǎn)單，易于操作，工藝的變化只需重編寫(xiě)程序，調(diào)試比繼電器少的多，可以自我診斷運(yùn)行故障，排除故障。第3章plc的原理 plc英文全稱programmablelogiccontroller,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程.plc是可編程邏輯電

20、路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有plcplc是一種專門(mén)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)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)。 國(guó)際電工委員會(huì)(iec)在其標(biāo)準(zhǔn)中將plc定義為:可編程式邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏

21、輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？沙淌竭壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。3.1 可編程控制器的等效電路3.1.1 存儲(chǔ)程序控制與可編程序控制器 隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，存儲(chǔ)控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語(yǔ)言的形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)。在存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內(nèi)部的接線，而只需通過(guò)編程器中的

22、某些程序語(yǔ)言內(nèi)容。 可編程控制器就是一種存儲(chǔ)程序控制器。其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程控制器的輸入端子和輸出端子。如圖3-1所示。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制任務(wù)，同樣需要針對(duì)具體的控制對(duì)象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需用戶的輸出輸入設(shè)備，然后運(yùn)行相應(yīng)的程序語(yǔ)言便指出相應(yīng)的程序，利用編程器和其他設(shè)備寫(xiě)入可編程控制器的存儲(chǔ)器中。每條程序語(yǔ)言確定一個(gè)順序，運(yùn)行時(shí)cpu一次讀取查出其中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果用以輸出設(shè)備，兩支被控制對(duì)象工作。可編程控制器時(shí)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制邏輯的，能夠使用不同控制人物的需要，通用性強(qiáng)，使用靈活，可

23、靠性強(qiáng)。3.1.2 可編程序控制器的等效電路輸入設(shè)備（開(kāi)關(guān)、傳感器）輸出設(shè)備（接觸器、電磁閥）plc內(nèi)部控制電路控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)等）圖3-1 plc構(gòu)成的存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng) 由圖3-1可知，可編程控制器構(gòu)成的存儲(chǔ)程序控制系統(tǒng)。由如下三個(gè)部分組成。 輸入設(shè)備：連接到可編程控制器的輸入端，它們直接接收來(lái)自操作臺(tái)命令或來(lái)自被控制對(duì)象的各種狀態(tài)信息，產(chǎn)生輸入控制信號(hào)送入可編程控制器。常用的輸入設(shè)備包括控制開(kāi)關(guān)和傳感器?？刂崎_(kāi)關(guān)可以是按鈕開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)、繼電器和接觸器的接點(diǎn)等。傳感器包括各種數(shù)字式模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、磁尺、熱電阻。熱電偶等。 可編程控制器內(nèi)部控制電路：采用

24、大規(guī)模集成電路制作的微處理和存儲(chǔ)器，執(zhí)行按照被控制對(duì)象的實(shí)際要求編制并存入程序存儲(chǔ)器中的程序，完成控制任務(wù)。 輸出設(shè)備：與可編程控制器的輸出端相連。它們用來(lái)將可編程控制器的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)被控制對(duì)象的工作信號(hào)。常用的輸出設(shè)備包括電磁開(kāi)關(guān)、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器、狀態(tài)指示部件等。 輸入部分采集輸入信號(hào)，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，這兩部分與繼電器控制系統(tǒng)相同。plc內(nèi)部控制電路是由編程實(shí)現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器等功能。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，在編制應(yīng)用程序時(shí)，可以不考慮微處理器和存儲(chǔ)器復(fù)雜構(gòu)成及使用的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而把plc看成內(nèi)部由許多“軟繼電器”組成的控制器，用近似繼電器控制電

25、路圖的編程語(yǔ)言進(jìn)行編程。這樣從功能上講就可以把plc的控制部分看做是由許多“軟繼電器”組成的等效電路，這些“軟繼電器”的線圈、常開(kāi)接點(diǎn)、常閉接點(diǎn)一般用圖3-2符號(hào)表示，plc的等效電路如圖3-3所示。 線圈 常開(kāi)接點(diǎn) 常閉接點(diǎn)圖3-2“軟繼電器”的線圈和接點(diǎn) 下面對(duì)plc等效電路的各組部分作簡(jiǎn)要分析。用戶輸出設(shè)備（接觸器、電磁閥等）輸出接點(diǎn)用戶輸入設(shè)備負(fù)載電源輸出公共端內(nèi)部“軟接線”（用程序?qū)崿F(xiàn)）輸入公共端限位開(kāi)關(guān)com輸入繼電器線圈繼電器接點(diǎn)繼電器線圈輸入端按鈕輸入回路內(nèi)部控制電路輸出電路圖3-3 plc等效電路1.輸入回路這一部分由外部輸入電路、plc輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入

26、信號(hào)經(jīng)plc輸入接線端子驅(qū)動(dòng)輸入繼電器。一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個(gè)常開(kāi)和而常閉接點(diǎn)，供plc內(nèi)部控制接通即表示傳送給plc一個(gè)接通的輸入信號(hào)，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價(jià)使用。輸入回路的電源可用plc電源部件提供的直流電壓，也可由獨(dú)立的交流電源供電。2.內(nèi)部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照規(guī)定的邏輯關(guān)系，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷，然后得到相應(yīng)的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫(xiě)，梯形圖在形式上類似與繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與節(jié)點(diǎn)的控制關(guān)系上大致相同。3.輸出回路 輸出部分由于內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開(kāi)觸點(diǎn)

27、、輸出接線端子和外部電路組成，用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 plc內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器。每個(gè)輸出繼電器除了有內(nèi)部控制電路提供編程用的常開(kāi)、常閉節(jié)點(diǎn)外，還為輸出電路提供一個(gè)常開(kāi)節(jié)點(diǎn)與輸出接線端相連。驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的電源由用戶提供。在plc的輸出端子排上，由接輸出電源用的公共端。 需要注意的是，plc等效電路中的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它實(shí)際上是存儲(chǔ)器針對(duì)每一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“1”態(tài)，則相當(dāng)與繼電器接通；該觸發(fā)器為“0”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器斷開(kāi)。在plc提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來(lái)反應(yīng)輸入設(shè)備的狀態(tài)，也可以將其他看成是輸入信號(hào)本身；輸出繼電器用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備，而其他幾電氣與用戶

28、設(shè)備沒(méi)有聯(lián)系，在控制程序中僅起傳導(dǎo)中將信號(hào)的作用，因此統(tǒng)稱為內(nèi)部繼電器，如輔助繼電器、頁(yè)數(shù)繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。plc的所有繼電器統(tǒng)稱plc的元素。3.2 plc的掃描技術(shù)3.2.1掃描工作方式plc靠執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求。為了便于程序執(zhí)行，在存儲(chǔ)器中設(shè)置輸入映象寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)（或統(tǒng)稱i/o映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的個(gè)輸入狀態(tài)和執(zhí)行過(guò)程這個(gè)結(jié)果的狀態(tài)。plc對(duì)用戶程序的執(zhí)行是以喜歡掃描方式進(jìn)行的。所謂掃描，只不過(guò)是一種現(xiàn)象的說(shuō)法，用戶描述cpu對(duì)程序順序、分時(shí)操作的過(guò)程。掃描從第0號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方

29、向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開(kāi)始執(zhí)行用戶程序，并周而復(fù)始的重復(fù)。由于cpu的運(yùn)算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序幾乎是同時(shí)執(zhí)行的。 plc的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行的方式；在執(zhí)行過(guò)程中，如果一個(gè)繼電器的線圈通電，哪么該機(jī)電器的所有常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，無(wú)論處在控制線路的什么位置，都會(huì)立即動(dòng)作：其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。而plc采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在plc的工作過(guò)程中，如果某個(gè)軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開(kāi)和常閉接點(diǎn)，并不一定都會(huì)立即動(dòng)作，只有cpu掃描到該節(jié)點(diǎn)時(shí)才會(huì)

30、動(dòng)作：其常開(kāi)接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)打開(kāi)。3.2.2 掃描工作過(guò)程plc開(kāi)始運(yùn)作時(shí)，首先清除i/o映像的內(nèi)容，然后進(jìn)行自診斷，自檢cpu及i/o組件，確定正常后開(kāi)始循環(huán)掃描。每個(gè)掃描過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、重新執(zhí)行、輸出刷新。plc重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)工作周期（或掃描周期），如圖3-4所示：輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新 圖3-4 plc工作周期的三個(gè)階段1.輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個(gè)過(guò)程成為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段

31、。在輸入采樣階段結(jié)束后，即時(shí)輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。2.程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，在plc對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下，先左后右的順序?qū)τ晒?jié)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)算結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram區(qū)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會(huì)發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram存儲(chǔ)器內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時(shí)發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過(guò)程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這

32、些邏輯線圈的接點(diǎn)或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只有等到下一個(gè)掃描周期才可以會(huì)對(duì)排在上面的邏輯行起作用。起原因就是因?yàn)閽呙枋菑纳系较马樞蜻M(jìn)行的，前面執(zhí)行的結(jié)果可能改變前面的掃描結(jié)果，只有到了下一個(gè)掃描周期再次掃描前面程序的時(shí)候才有可能起作用。如果程序中兩個(gè)操作相互用不到對(duì)方的操作結(jié)果，哪么這兩個(gè)操作的程序在整個(gè)用戶程序中的相對(duì)位置是無(wú)關(guān)緊要的。3.輸出刷新階段當(dāng)程序執(zhí)行后，進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再通過(guò)輸出端驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備（負(fù)載），這就是plc的實(shí)際輸出。3.2.3掃描周期的計(jì)算 嚴(yán)格的來(lái)說(shuō)

33、，在plc的實(shí)際工作過(guò)程中，每個(gè)掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個(gè)階段外，還要進(jìn)行自診斷、與外設(shè)（如編程器、上位計(jì)算機(jī)）通信等處理。即一個(gè)掃描周期還應(yīng)包含自診斷及外設(shè)通信等時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，同型號(hào)的plc，其自診斷所需的時(shí)間相同，如三菱fx2系列機(jī)自診斷時(shí)間為0.96ms。通信時(shí)間的長(zhǎng)度與鏈接等外設(shè)多少有關(guān)系，如果沒(méi)有連接外設(shè)，則通信時(shí)間為0.輸入采樣與輸出刷新時(shí)間取決于其i/o點(diǎn)數(shù)，而掃描用戶程序所程序所用的時(shí)間則與掃描速度及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)。對(duì)于基本邏輯指令組成用戶程序，二者的乘積即為掃描時(shí)間。如果程序中包含用戶特殊指令，則還必須根據(jù)用戶手冊(cè)查表計(jì)算執(zhí)行這些特殊功能指令的

34、時(shí)間。3.3 plc的i/o響應(yīng)時(shí)間 掃描操作是最基本的plc操作，也是plc區(qū)別與其他控制系統(tǒng)的典型的特征之一。它提供固定的邏輯判定順序，按指令的次序求解邏輯運(yùn)算，而且每個(gè)運(yùn)算的結(jié)果，顆粒機(jī)用于后面的邏輯運(yùn)算，消除了復(fù)雜電路的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，使用戶在編輯的時(shí)候，看不考慮繼電器動(dòng)作延時(shí)，也用不著考慮這些繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量。但plc采用集中i/o刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，不會(huì)映像本次掃描的結(jié)果；導(dǎo)致輸出信號(hào)變化滯后與輸入信號(hào)變化，這就產(chǎn)生了plc的輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象；最大滯后時(shí)間為2-3個(gè)掃描周期。 產(chǎn)生輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象的原因除了

35、plc的掃描工作方式外，還與輸入濾波器的滯后作用有關(guān)。為了提高plc的抗干擾能力，在每個(gè)開(kāi)關(guān)量的輸入端都采用光電隔離和r-c濾波電路等技術(shù)，其中，r-c濾波電路的濾波常數(shù)一般為10-20ms。若plc采用繼電器輸出方式，輸出電路中的繼電器觸點(diǎn)的機(jī)械滯后作用，也是引起輸入輸出響應(yīng)滯后現(xiàn)象的一個(gè)原因。plc的這種滯后響應(yīng)，在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)是完全允許的，但不能適應(yīng)要求i/o響應(yīng)速度快的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。為此，近期的大、中、小型plc除了加快掃描速度，還在軟硬件上采取一些措施，以提高i/o的響應(yīng)速度。在硬件方面，可選用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等。3.3.1 改變信息刷新方式1、i/o立即刷新 一般來(lái)

36、說(shuō)，在輸入采樣階段進(jìn)行輸入刷新，在輸除刷新階段刷新輸出鎖存電路；在程序執(zhí)行節(jié)端，既不刷新輸入，又不刷新輸出。這種處理方式是導(dǎo)致輸入輸出滯后響應(yīng)的主要原因。20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，幾乎所有的plc都增加一種新的刷新方式：i/o立即刷新。這種新的刷新方式是通過(guò)在程序中增加i/o立即刷新指令完成的。用戶可在程序的不同位置插入i/o立即刷新指令。這樣，在plc投入運(yùn)行后，除了在輸入采樣和輸出刷新階段集中進(jìn)行i/o立即刷新外，還在掃描到i/o時(shí)立即刷新新指令位置，對(duì)指令規(guī)定的輸入輸出范圍，立即進(jìn)行一次刷新：將指令規(guī)定的輸入狀態(tài)讀入輸入映像寄存器區(qū)，將指令規(guī)定的輸出按輸出映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)刷新輸出鎖存

37、電路。2、i/o直接刷新方式 為進(jìn)一步提高i/o響應(yīng)速度，有些plc采用一種特殊的工作方式-i/o直接刷新方式（direct mode）與一般plc不同，采用i/o直接刷新方式輸入和刷新輸出。由于不進(jìn)行集中i/o刷新，其i/o響應(yīng)時(shí)間縮短。3.3.2 采用中斷技術(shù)通過(guò)在用戶程序中多處插入i/o立即刷新指令，使plc可以讀取脈沖寬度小于一個(gè)掃描周期的輸入信號(hào)；輸入信號(hào)脈沖寬度越窄，要求i/o立即刷新指令的間隔越小，這給用戶編輯帶來(lái)了方便。處理窄脈沖輸入信號(hào)更有效、簡(jiǎn)便的方法是采用診中斷技術(shù)。 近期的plc都有中斷功能。plc的中斷系統(tǒng)包括多個(gè)中斷請(qǐng)求源（簡(jiǎn)稱中斷源）和相關(guān)的中斷指令。中斷操作流程

38、圖如圖：中斷服務(wù)子程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序中斷操作流程圖3.3.3 調(diào)整輸入濾波器無(wú)論采用i/o立即刷新指令，還是采用中斷技術(shù)，r-c濾波時(shí)間常數(shù)大都是影響i/o響應(yīng)速度提高的主要因素。設(shè)濾波常數(shù)為10ms，為使x10-x17共8個(gè)輸入狀態(tài)的變化及時(shí)用立即刷新指令ref讀入，則在掃描到該程序之前，變化后的輸入狀態(tài)至需要持續(xù)10ms，才能被讀入i/o映像區(qū)。為了進(jìn)一步提高plc的i/o響應(yīng)速度，某些近期的plc提供帶有可調(diào)濾波器的高速開(kāi)關(guān)量輸入端。這些輸入端采用常數(shù)很小的r-c濾波器和可用指令修改的數(shù)字式濾波器。如fx2系列plc就提供x7共8個(gè)這樣的高速輸入端，其r-c濾波器時(shí)間常數(shù)僅為5

39、0us，另外再加上指令修改的數(shù)字式濾波器。 3.4梯形圖語(yǔ)言特點(diǎn)（1） 每個(gè)梯形圖由多個(gè)梯級(jí)組成。（2） 梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級(jí)的邏輯運(yùn)算結(jié)果為“1”時(shí)，有假想的電流通過(guò)。 （3） 繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無(wú)數(shù)次。 （4） 每一梯級(jí)的運(yùn)算結(jié)果，立即被后面的梯級(jí)所利用。 （5） 輸入繼電器受外部信號(hào)控制。只出現(xiàn)觸點(diǎn)，不出現(xiàn)線圈。3.5主要技術(shù)性能用戶程序存儲(chǔ)容量：是衡量可存儲(chǔ)用戶應(yīng)用程序多少的指標(biāo)。通常以字或k字為單位。16位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字，每1024個(gè)字為1k字。plc以字為單位存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占1個(gè)字。定時(shí)/計(jì)

40、數(shù)，移位指令占2個(gè)字。數(shù)據(jù)操作指令占24個(gè)字。3.6 plc的控制功能plc是一種一位處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因此它的組成以一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。plc的硬件系統(tǒng)由基本單元、i/o擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成，如下圖為plc的硬件系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)框架圖3.2：plceprom寫(xiě)入器 打印機(jī)盒式磁帶機(jī)編程器驅(qū) 動(dòng) 受 控 元 件接 受 現(xiàn) 場(chǎng) 信 號(hào)i/o擴(kuò) 展 單 元基本單元i/o擴(kuò) 展 接 口輸 入 部 件外 部 i/o 接 口存儲(chǔ)器ram（用戶程序）eprom(系統(tǒng)程序)控制器運(yùn)算器電源 微處理器(cpu)輸 出

41、 部 件（plc的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖）1、微處理器（cpu）與通用計(jì)算機(jī)一樣，cpu是plc的核心部件，在plc控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，整個(gè)plc工作過(guò)程都是在cpu的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行的。它的主要功能有以下幾點(diǎn)：（1）接受從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；（2）用掃描方式接受輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器）；（3）監(jiān)測(cè)和診斷電源，plc內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；（4）執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲(chǔ)等功能；（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或

42、數(shù)據(jù)通信等功能。2、存儲(chǔ)器 plc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)程序，用戶存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶編織出來(lái)控制程序。 系統(tǒng)程序用來(lái)管理plc系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以，plc產(chǎn)品樣本或說(shuō)明書(shū)中所列的存儲(chǔ)器類型及其容量，系指用戶程序存儲(chǔ)器而言。如fx2-24m的存儲(chǔ)器容量為4k步，即指用用戶程序存儲(chǔ)器的容量。 plc所配的用戶存儲(chǔ)器的容量 大小差別很大，通常中小型plc的用戶存儲(chǔ)容量在8k步以下，大型plc的存儲(chǔ)了容量可達(dá)到或超過(guò)256k步。3、輸入輸出(i/o)部件如上圖1-1所示中的輸入部件和輸出部件也成為輸入/輸出單元或輸入/輸出模塊。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的輸入信號(hào)

43、多種多樣信號(hào)電平各不相同，而plc所能處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過(guò)輸入模塊將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成cpu能夠接受和處理的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。同樣外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需要的控制信號(hào)電平也千差萬(wàn)別，亦必須通過(guò)輸出模塊將cpu輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制的信號(hào)。所以，輸入/輸出模塊實(shí)際上是cpu與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備之間的連接部件，起著plc與被控制對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的作用。plc輸入/輸出模塊的電路框圖1-2所示。外 部 輸 入 信 號(hào)隔離器濾波器輸 入 狀 態(tài) 寄 存 器濾波器信 號(hào) 接 收 回 路濾波器隔離器隔離器（a）輸入接口隔離器保存器信 號(hào) 發(fā) 送

44、回 路輸 出 狀 態(tài) 寄 存 器功率放大器外 部 設(shè) 備隔離器保存器功率放大器隔離器保存器功率放大器(b)輸出接口為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出模塊都有光電隔離裝置。在數(shù)字量i/o模塊中廣泛采用由發(fā)光二接管和光電三接管組成的光電耦合器，在模擬量i/o模塊中通常采用隔離放大器。來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)經(jīng)輸入模塊進(jìn)入plc。這些信號(hào)有的是數(shù)字量，有的是模擬量；有的是直流信號(hào)，有的是交流信號(hào)。使用時(shí)要根據(jù)輸入信號(hào)的類型選擇何時(shí)得輸入模塊。由plc產(chǎn)生的輸出控制信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出模塊去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如電鍍上的升降電動(dòng)機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)、閥門(mén)的開(kāi)閉、設(shè)比的移動(dòng)、升降等。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負(fù)載所需

45、的控制信號(hào)有的是屬質(zhì)量，有的模擬量；有的交流，有的是直流。因此，同樣需要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇合適的輸出模塊。plc具有多種模塊，常見(jiàn)的有屬質(zhì)量i/o模塊和模擬量i/o模塊，以及快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、通信接口模塊、溫度控制模塊、中斷控制模塊、pid控制模塊和位置控制模塊等多種。i/o模塊的類型、品種與規(guī)格越多，plc系統(tǒng)的靈活性越好；i/o模塊的i/o容量越大，plc系統(tǒng)的適應(yīng)性越強(qiáng)。 4、電源部件 plc配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)定電源的電源模塊，用來(lái)將外部供電電源轉(zhuǎn)換成plc內(nèi)部的cpu、存儲(chǔ)器和i/o接口等電路工作所需要的直流電源。plc的電源部件有很好哦的穩(wěn)壓設(shè)施，因此對(duì)外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一

46、般允許外部電源電壓的額定值在+10%-15%范圍內(nèi)波動(dòng)。小型plc的電源往往和cpu單元合為一體，大中型plc都有專用電源部件。為了防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，plc內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，plc還帶有鋰電池作為后備電源。 3.7 plc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。 （1） 開(kāi)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(shū)

47、機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2） 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） 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(kāi)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

48、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(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)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （6） 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

49、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)。 （7） 通信及互聯(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。第4章plc在電鍍生產(chǎn)線上的應(yīng)用設(shè)計(jì)一件電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質(zhì)好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產(chǎn)品嚴(yán)格按照電鍍工藝流程運(yùn)行和保證產(chǎn)品的電鍍時(shí)間則是決定電鍍產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)的重要因素。在電鍍生產(chǎn)線上采用自動(dòng)化控制不但可以使電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)得到嚴(yán)格的保證，有效的減少?gòu)U品率，而且還可以提高生產(chǎn)效率和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有著非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電鍍生產(chǎn)線上對(duì)行車的自動(dòng)控制