大工本科PLC控制研究論文.

1、網(wǎng)絡(luò)高等教育本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目:PLC控制系統(tǒng)研究學(xué)習(xí)中心：層次：?？破瘘c(diǎn)本科專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生：指導(dǎo)教師：完成日期：PLC控制系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容摘要在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著不可 替代的重要作用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速 發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化可編程控制器得到了驚人的發(fā)展，使 之在概念上、設(shè)計(jì)上、性能價(jià)格比等方面有了重大的突破?？删幊炭刂破骶哂辛?高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、PID控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信能力也得到了加強(qiáng)，這些 都使得可編程控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。本文從可控編程器PL

2、C的研究背景與意義出發(fā)，首先討論了 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀與 發(fā)展趨勢(shì)，接著，詳細(xì)討論了 PLC的定義和各種優(yōu)點(diǎn)，PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和生產(chǎn) 廠家，進(jìn)而研究了 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和主要步驟，最后，列舉了 PLC控制的 注塑料機(jī)控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程，熟悉了整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及硬件和軟件 系統(tǒng)，文章具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：可控編程器；PLC;設(shè)計(jì)；注塑機(jī)控制系統(tǒng)2目錄內(nèi)容摘要I1 緒論11.1 課題的背景及意義11.2 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)21.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 發(fā)展趨勢(shì)21.3 本文的主要內(nèi)容32 PLC簡(jiǎn)介52.1 PLC的定義和特點(diǎn)52.2 PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成62.3 P

3、LC工作原理 82.4 PLC主要生產(chǎn)廠家93 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用研究 113.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及步驟 113.2 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例 154 結(jié)論33參考文獻(xiàn)34附 錄35PLC控制系統(tǒng)研究1 緒論1.1 課題的背景及意義PLC是現(xiàn)今最常用的控制設(shè)備，幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)。其 實(shí)，現(xiàn)在的PLC對(duì)模擬量也有很強(qiáng)的處理能力。所以在大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)中， PLC已取代工控機(jī)（IPC）作為主控器來完對(duì)成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)。目前世 界上著名的PLC生產(chǎn)廠家有美國(guó)的AB通用電氣公司、日本的三菱、歐姆龍、德 國(guó)的西門子以及法國(guó)的施耐德等等。PLC自產(chǎn)生后，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，

4、品種不 斷翻新，為控制行業(yè)帶來了新一輪的革命。20世紀(jì)20年代起人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯 關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)的繼 電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿 足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是以各種 繼電器為主要元件的電氣控制線路可能需要成千只繼電器來構(gòu)成，需要使用成千 上萬(wàn)根導(dǎo)線來連接，安裝這些繼電器需要大量的繼電器控制柜，且占據(jù)大量的空 間。運(yùn)行時(shí)，又產(chǎn)生大量的噪聲，消耗大量的電能。為保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行， 需要安排大量的電氣技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)出現(xiàn)故障

5、，排除故障又非常困難。 尤其是在生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，可能需要增加很多的繼電器或控制柜，系統(tǒng)改造 的工作量極大。所以通用性和靈活性較差。到20世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展， 人們?cè)噲D用小型計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價(jià)格高，輸入、輸出電 路不匹配和編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直未能得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代末，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不 斷更新，它必然要求加工的生產(chǎn)線亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，1968年美國(guó)通用汽車制造公司（GM ）公開招標(biāo)，對(duì)控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納其要求，其核心

6、是：該設(shè)備要 使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，能讓以前的電氣技術(shù)人員很容易掌握的編程語(yǔ)言，該設(shè)備與被 控制設(shè)備連接方便，不需要使用特別的供電方式。根據(jù)這些要求，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）于1969年研制開發(fā)出了世 界上第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。當(dāng)時(shí)人們把它稱為可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn) 稱PLC,可編程序控制器由此誕生。由于它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系 統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等。PLC誕生不久即顯示了其在工業(yè)控制中的重要地位，日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó) 家也相繼研制成各自的 PLC.P

7、LC自問世以來，經(jīng)過近 40年的發(fā)展，在美、德、 日、法等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠 家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC已由最初一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PC,而且實(shí)現(xiàn)了多處 理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體 積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程 I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制 的方

8、向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱?，F(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分 成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派 PLC產(chǎn)品都各具特色。其中，美 國(guó)是PLC生產(chǎn)大國(guó)，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE） 公司、莫迪康（MODICON ）公司。歐洲 PLC產(chǎn)品主要制造商有德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國(guó)的TE公司。日本有許多 PLC制造商，如三 菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國(guó)的三星（SAMSUNG ）、LG等，這些生產(chǎn)廠家 的產(chǎn)品占有80%以上的PLC市場(chǎng)份額。經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十

9、家，國(guó)內(nèi)PLC應(yīng)用市場(chǎng)仍然以 國(guó)外產(chǎn)品為主。國(guó)內(nèi)公司在開展 PLC業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如：需求優(yōu)勢(shì)、 產(chǎn)品定制優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)、服務(wù)優(yōu)勢(shì)、響應(yīng)速度優(yōu)勢(shì)。1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功 能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。（1）在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價(jià)比更 高的小型和超小型 PLC。以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速 度、大容量、技術(shù)完善的大型 PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來越大。（2

10、）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和 PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián) 網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前， PLC制造商都在 發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng) PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間 也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC已成為集散控制系 統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分。（3）向模塊化、智能化發(fā)展為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來， PLC廠家先后開發(fā)了不少 新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè) PLC外部故障的 專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了 PL

11、C的應(yīng)用范 圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。（4）編程語(yǔ)言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。PLC廠家在 使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP（制造自動(dòng)化協(xié)議）靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語(yǔ)言和編 程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。1.3 本文的主要內(nèi)容本文研究的是PLC控制系統(tǒng)。全文共分為五章，各章內(nèi)容簡(jiǎn)介如下：第一章緒論，簡(jiǎn)述課題的背景和意義、論題的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的 主要內(nèi)容；第二章是PLC的簡(jiǎn)介，主要介紹了 PLC的定義，優(yōu)勢(shì)以及PLC可控編程器 的組成，工作原理和生產(chǎn)廠家；第

12、三章是全文的重點(diǎn)，只要介紹了 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的主要問題， 主要探討了設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟；第四章舉出PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)例子，即PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng) 的具體實(shí)現(xiàn)過程，對(duì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加熟悉；第五章是全文的總結(jié)。本文最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向102 PLC簡(jiǎn)介2.1 PLC的定義和特點(diǎn)根據(jù) 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做如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子 系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存 儲(chǔ)

13、程序，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)算等面向用戶的操作指 令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入/輸入控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程 控制器及其有關(guān)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)。可編程控制器具有如下特點(diǎn)：1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)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。為確保一些極其重要用戶使用在 極其苛刻條件下，部分 PLC廠商采用硬件或軟件冗余措施，使 PLC的平均無故障 工作時(shí)間更長(zhǎng)。同時(shí)，現(xiàn)有 PLC通常都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

14、息，提供用戶使用。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，PLC廠商也大力發(fā)展PLC硬件和軟件技術(shù)，形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 不僅完善了邏輯處理功能，而且還有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，用于各種數(shù)字控制領(lǐng) 域控制。同時(shí)，隨著PLC的功能單元大量完善，PLC可用于位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業(yè)控制場(chǎng)合中。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。3）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)，接口簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受，

15、其梯形圖語(yǔ)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(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4）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5）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

16、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。2.2 PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。PLC對(duì)于整個(gè)PLC控制系統(tǒng)來說，其硬件部分不僅包括選擇符合控制要求的 機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、電源模塊、輸入/輸出模塊、通信模塊、模擬量輸入/輸出模 塊和特殊功能模塊等，還應(yīng)當(dāng)包括選擇合適的可編程控制器外圍裝置、設(shè)備與接。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1 0口，如輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等）、執(zhí)行裝置（接觸器、繼電器等） 和由執(zhí)行裝置控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門等）編程器上位計(jì)算機(jī) 圖形監(jiān)控系統(tǒng) 打印機(jī)EPRO寫入器盒式磁帶機(jī)條碼判讀機(jī)限位開關(guān)，一手動(dòng)開關(guān)編碼器*外部設(shè)備接口存儲(chǔ)器系統(tǒng)

17、用戶數(shù)程序程序據(jù)I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展接口卩單元f電磁閥1 *-繼電器*b指示燈輸入接口中央處理單元（CPU）輸出接口電源數(shù)字開關(guān)電源圖2.1 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）中央處理器中央處理器（CPU是PLC的核心部分，它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（I/O ）、通信端口等單元相連。通過制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)部的系統(tǒng) 程序完成各項(xiàng)任務(wù)。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器、調(diào)用 系統(tǒng)程序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行編輯或編譯并把相應(yīng)的操作數(shù)轉(zhuǎn)存到內(nèi)存中去、從存儲(chǔ) 器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行 PLC內(nèi)部故障的診斷等。（2）存儲(chǔ)器根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，把存儲(chǔ)器分為：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用來存

18、放系統(tǒng)程序的存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作 系統(tǒng)，主要包括檢查程序、編譯程序和監(jiān)控程序，是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到 ROh里，用戶不能修改其內(nèi)容。用戶程序存儲(chǔ)器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲(chǔ)容量也不一樣。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用以存放 PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不 斷變化，所以這種存儲(chǔ)器必須可讀寫。（3）輸入/輸出（I/O ）單元輸入/輸出（I/O ）單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備向PLC提供的開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過處理后，變成 CPU能夠識(shí)別的信號(hào)。輸出單元 將CPU勺信號(hào)經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備的。（

19、4）電源部分不同型號(hào)的PLC有不同的供電方式，所以PLC電源的輸入電壓既有12V和24V 直流，又有110V和220V交流。PLC內(nèi)部使用的電源是整體的供給中心，它的優(yōu)劣 直接影響到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分 PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。（5）通信端口PLC的CPU模塊上至少有一個(gè)通信端口。通過這個(gè)通信端口，PLC可以直接和編程器或上位機(jī)相連。（6）編程器幾乎每個(gè)PLC廠家都有自己的編程器。用戶通過編程器來編寫控制程序，并 通過編程器接口將自己的控制程序輸入到PLC它還可以在線檢測(cè)程序的運(yùn)行情況。軟件部分主要包括對(duì)PLC進(jìn)行I/O點(diǎn)地址、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等 的分配，PLC

20、控制程序的設(shè)計(jì)（梯形圖、語(yǔ)句表、流程圖等），還有一些技術(shù)文件2.3 PLC工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，整個(gè)PLC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。PLC的掃描工作過程如圖2.2所示。用戶輸入設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映界寄存器n讀程序執(zhí)行輸岀鎖存器輸岀端子1）輸入采樣階段在PLC上電自檢后進(jìn)入輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備的輸入狀態(tài)和模擬量數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的鎖存器單元內(nèi)。2）用戶程序執(zhí)行階段

21、在用戶程序執(zhí)行階段，CPU從第一條指令開始按指令步序號(hào)作周期性循環(huán)掃 描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到遇到結(jié) 束。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)RA怖儲(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

22、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。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用 I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O模塊取值， 輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。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P

23、LC的真正輸出。在輸入采樣、輸出刷新的這兩個(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。2.4 PLC主要生產(chǎn)廠家從20世紀(jì)70年代初開始，在30多年的時(shí)間里，PLC的生產(chǎn)已發(fā)展成一個(gè)巨大 的產(chǎn)業(yè)，曾出現(xiàn)PLC生產(chǎn)廠家眾多、PLC品種繁多，而且與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相比, PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的，在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用，在軟件方面，各廠家的PLC編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一致，形成了互不兼容

24、的現(xiàn)狀?？v觀生產(chǎn)PLC的眾多廠家中較有影響力的、在我國(guó)市場(chǎng)占有較大份額的公司 及其產(chǎn)品主要情況如下：1）美國(guó)A-B公司。主推PLC-5系列大型PLC，其CPU模塊主要有PLC-5/10、 5/11、5/12、5/15、5/20、5/25、5/30、5/40、5/60、5/250 等。小型 PLC主要是 SLC-500。2）德國(guó)西門子（SIEMENS公司。主要優(yōu)勢(shì)在大型機(jī) S5-115U S5-135U S5-155U; 其中機(jī)型S-100U也是很好的產(chǎn)品。歷史上 SIEMENS勺產(chǎn)品素以優(yōu)良的品質(zhì)和高昂 的價(jià)格著稱，為了改變其形象，占領(lǐng)新的市場(chǎng)份額，近年來該公司相繼推出了小 型機(jī)S7-200和

25、S7-300，已經(jīng)給該公司帶來了新的聲譽(yù)。3） 美國(guó)的GE FANU公司。其有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品是 90系列PLC 90-70、90-30、 90-20和分布式I/O系統(tǒng)Genius I/O 等。4）日本OMRO公司。其產(chǎn)品主要有3個(gè)系列：屬于Micro機(jī)種的SP系列一SP10 SP16 SP2Q 低檔機(jī) P 系列C20P C28P C40P C60P和 C20板式機(jī)； 較P系列處理速度提高一個(gè)量級(jí)，有的還與上位機(jī)有通信聯(lián)網(wǎng)能力的H系列機(jī)，如 C20H C28H C40H C60H C200H C1000H C2000H 到了 20 世紀(jì) 90 年代初期，OMRO公司又推出了全新的模塊式CMQ機(jī)。5)

26、 日本三菱電機(jī)株式會(huì)社(MITSUBISHI。主要是F系列和A系列兩個(gè)系列。F系列是整體式結(jié)構(gòu)的小型機(jī)，較新的產(chǎn)品有 F1、F2、FXO FXON FX2 FX2C 其中主推FX2 A系列是模塊組合式中大型PLC又分3個(gè)小系列，主要包括A1NA2N( S1)A3N A1S( S1)、A2S (S1)、A2AS( S1)、A( S1)、A3A3 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用研究3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及步驟3.1.1影響PLC控制系統(tǒng)的因素PLC控制系統(tǒng)通常由PLC和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。PLC包括中央處理器、主機(jī) 箱、擴(kuò)展機(jī)箱及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)與外部設(shè)備；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括繼電器、接觸器、各 種開關(guān)、極限位置

27、、安全保護(hù)、傳感器、儀表、接線盒、接線端子、電動(dòng)機(jī)、電 源線、地線、信號(hào)線等。它們當(dāng)中任何一個(gè)出現(xiàn)故障都會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。因 此，分析其對(duì)系統(tǒng)可靠性影響的程度，是進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、提高控制系統(tǒng)工作可 靠性的重要依據(jù)。就PLC本身而言其工作可靠性是非常高的。以三菱的 F1, F2, FX系列為例。 據(jù)稱其平均無故障工作時(shí)間可達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。有資料表明,在PLC控制系統(tǒng)故障中 PLC的故障僅占系統(tǒng)故障的5%, PLC控制系統(tǒng)的故障主要發(fā)生在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 中，通常占系統(tǒng)故障的95%；與PLC相接的輸入、輸出設(shè)備的可靠性是影響PLC 控制系統(tǒng)可靠性的主要因素。3.1.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則對(duì)于一個(gè)

28、電控系統(tǒng)來說，可靠性設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是預(yù)測(cè)和預(yù)防系統(tǒng)所有可能 發(fā)生的故障，確定系統(tǒng)潛在的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，通過設(shè)計(jì)預(yù)防和設(shè)計(jì)改進(jìn)，有效地 消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的可靠性要求?？煽啃栽O(shè)計(jì)的方法通常包 括：制定和貫徹可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、元器件、零部件的正確選擇與使用、降額設(shè)計(jì)、 冗余設(shè)計(jì)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)（健壯設(shè)計(jì)）等內(nèi)容。PLC作為一種高可靠性的控制裝置，在其所組成的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的可靠性 主要取決于與它的輸入、輸出端相連接，處于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)元件、輸出執(zhí) 行元件的可靠性。因此，采用高質(zhì)量的元器件，對(duì)故障率較高的元器件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān) 控和故障診斷,充分利用PLC內(nèi)

29、部豐富的軟元件代替某些元器件或者屏蔽輸入的 誤信號(hào),對(duì)關(guān)鍵部位采用冗余設(shè)計(jì)以確保工作可靠等，都是提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的有效措施5。（1）盡量使用成熟技術(shù)和高質(zhì)量元器件，防范和化解故障風(fēng)險(xiǎn)所謂“成熟技術(shù)”，是指所選用的PLC和類似的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)歷過一定的生產(chǎn) 實(shí)踐考驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員對(duì)需使用的技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)或有掌握它的能力。一般來說，設(shè)計(jì)一 PLC控制系統(tǒng)研究個(gè)PLC控制系統(tǒng),使用的成熟技術(shù)要占75%以上。因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)一旦投入運(yùn)行，就 很難有機(jī)會(huì)反復(fù)修改。在設(shè)計(jì)的硬件電路和軟件程序中，如果存在某種欠缺，可能一直隱藏在系統(tǒng)中 不為人知。當(dāng)遇到使其發(fā)生破壞作用的條件時(shí)，后果就非常嚴(yán)重了。只有選擇高 質(zhì)量的

30、元器件，才能使系統(tǒng)達(dá)到高的可靠性要求。元器件的可靠性分為固有可靠 性和使用可靠性。固有可靠性主要靠元器件的設(shè)計(jì)和制造來保證，使用可靠性則靠設(shè)計(jì)者正確的選擇和使用來保證。因此，必須重視正確選擇和使用元器件，優(yōu)先 選用經(jīng)實(shí)踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應(yīng)渠道可靠的標(biāo)準(zhǔn)元器件。（2）設(shè)計(jì)故障檢測(cè)程序，提高系統(tǒng)工作可靠性控制系統(tǒng)工作循環(huán)各工步的運(yùn)行一般都有嚴(yán)格的時(shí)間規(guī)定，以這些時(shí)間為參數(shù)，在要檢測(cè)的工步動(dòng)作開始的同時(shí)，起動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)。定時(shí)器的 設(shè)定值，為該工步動(dòng)作所需要的最大可能時(shí)間。若動(dòng)作在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，發(fā)出一 個(gè)完成信號(hào)，使定時(shí)器清零，表明監(jiān)控對(duì)象工作正常；否則,發(fā)出報(bào)

31、警信號(hào)，停止正常 工作循環(huán)程序。在PLC控制系統(tǒng)工作正常時(shí)，各輸入、輸出信號(hào)和中間記憶裝置 之間存在確定的邏輯關(guān)系，一旦出現(xiàn)異常邏輯關(guān)系，必定是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。因 此，可以預(yù)先編寫一些常見故障的異常邏輯程序加到用戶程序中。（3）利用PLC內(nèi)部定時(shí)器,屏蔽輸入的誤信號(hào)PLC經(jīng)常用于控制生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)。有些機(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度均勻，運(yùn)動(dòng)行程與 時(shí)間關(guān)系確切。以自動(dòng)循環(huán)控制中某行程開關(guān)為例，在每一個(gè)循環(huán)中，它總是在同一時(shí)刻動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)。由于現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，實(shí)際操作中可能因?yàn)檎駝?dòng)等原因 產(chǎn)生信號(hào)，使系統(tǒng)誤動(dòng)作。如果編程時(shí)，用兩個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，限定PLC只在該開關(guān)正 常發(fā)信號(hào)的時(shí)間內(nèi)采樣，屏蔽掉其他時(shí)間內(nèi)

32、可能發(fā)出的誤信號(hào)，就可提高PLC輸 入信號(hào)的可靠性。（4）PLC內(nèi)部定時(shí)器與外部元器件結(jié)合,對(duì)某些關(guān)鍵部位進(jìn)行雙重保護(hù) 為了提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，對(duì)關(guān)鍵的故障或關(guān)鍵的部位要在硬件和軟件上設(shè)置雙重保護(hù)。以某自動(dòng)焊接機(jī)的燃燒供氣系統(tǒng)控制為例，燃?xì)猓ㄒ胰不虮椋?的關(guān)火順序（先關(guān)燃?xì)?，后關(guān)氧氣）不能顛倒，否則可能回火,引起爆炸。通常氧氣延 時(shí)關(guān)斷的時(shí)間由外接的時(shí)間繼電器 K來調(diào)定。但是，如果該時(shí)間繼電器本身故障 或操作失誤導(dǎo)致氧氣關(guān)斷延時(shí)太少，就可能顛倒關(guān)氣順序。為確保燃燒供氣系統(tǒng) 安全可靠，可設(shè)定一個(gè)PLC內(nèi)部定時(shí)器TO作氧氣延時(shí)關(guān)斷的雙重保護(hù)。正常時(shí)， 氧氣電磁閥由外部繼電器KT控制,若K

33、T發(fā)生故障或設(shè)定時(shí)間太短,TO會(huì)自動(dòng)使 氧氣電磁閥延時(shí)關(guān)斷，起到雙重保護(hù)的作用。（5）合理配置PLC及其硬件和軟件資源冗余在設(shè)計(jì)中、大型PLC控制系統(tǒng)時(shí)，可能要米取多種方式的冗余，以確保系統(tǒng)運(yùn) 行可靠。如在核電站、有毒有害的化工生產(chǎn)環(huán)境，中央處理器的雙機(jī)熱備、冷備冗余,是最常見方式。另外，雙系統(tǒng)冗余即中央處理器和全部輸入/輸出、組網(wǎng)通信 完全冗余,有時(shí)也是必不可少的。對(duì)于設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)，硬件和軟件資源不能占用耗 盡，硬件上至少保留15%左右的冗余。在編制軟件時(shí)，同樣要注意估計(jì)用戶軟件對(duì) PLC和計(jì)算機(jī)資源的需要與用量。尤其是中間繼電器、中間數(shù)據(jù)，如計(jì)數(shù)器、定時(shí) 器的使用，要留有余地。因?yàn)槌绦蛟谡{(diào)

34、試運(yùn)行后，難免會(huì)提出修改、補(bǔ)充意見，有 時(shí)甚至重新編寫。在PLC本身可靠性很高的情況下，影響PLC控制系統(tǒng)可靠性的主要因素是與 PLC接口的輸入信號(hào)元件和輸出執(zhí)行元件。通過采用成熟技術(shù)和高質(zhì)量元器件，充分利用PLC內(nèi)部軟元件，設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷程序,屏蔽輸入 元件的誤信號(hào)，防止輸出元件誤動(dòng)作，對(duì)關(guān)鍵元器件實(shí)行軟、硬件雙重保護(hù)，合理 配置PLC及其硬件和軟件資源的冗余等措施，就可以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地運(yùn) 行。3.1.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（一）分析被控對(duì)象并提出控制要求詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制

35、要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù) 書。（二）確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、 轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其 它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（三）選擇PLCPLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇，不同型號(hào)的PLC， 其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng) 合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有 著重要意義。（四）分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路（1）分配I/O點(diǎn)

36、畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在 第2步中進(jìn)行。（2）設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。 到此為止 系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。（五）程序設(shè)計(jì)（1）程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì) PLC程序。程序要以滿足 系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序， 逐步完善系 統(tǒng)指定的功能。除此之外，程序通常還應(yīng)包括以下內(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，為啟動(dòng)作 必要的準(zhǔn)備，避免系

37、統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、 計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或 復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。2）檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基 本完成時(shí)再添加。3）保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以 考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。（2）程序模擬調(diào)試程序模擬調(diào)試的基本思想是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)， 為程序 的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模 擬法和軟件模擬法兩種形式。1）硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái) PLC

38、或一些輸入器件等） 模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到 PLC系統(tǒng)的輸入端，其 時(shí)效性較強(qiáng)。2）軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單 易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編 程器的監(jiān)控功能（六）硬件實(shí)施硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。主要內(nèi)容 有：1）設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖。2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。3）根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大 縮短。（七）聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過模擬

39、調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過程應(yīng)循 序漸進(jìn)，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行 調(diào)試。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不 需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。3.2 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例注塑機(jī)是一種能一次成型外型復(fù)雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質(zhì)地密致的 塑料制品的塑料生產(chǎn)設(shè)備，它是將粒狀或粉狀塑料加入機(jī)筒內(nèi)，并通過螺桿的旋 轉(zhuǎn)和機(jī)筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)， 然后機(jī)器進(jìn)行合模和注射座前移，使噴 嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通人壓力油，使

40、螺桿向前推進(jìn)，從而以很高 的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間和壓力保 持（又稱保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品，從而得到所需的成 品。30注塑機(jī)示意圖如下:合模亂 動(dòng)樓板竹料它主要由注射部分、合模部分、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。321注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PLC選型的方法隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善。PLC 的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同， 適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇 PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)起著重要的作用。二、機(jī)型選擇的原則機(jī)型選擇的基本原

41、則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、 維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述：（1）結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié) 構(gòu)的PLC;否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC。（2）功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用抵擋的PLCA/D對(duì)于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有 D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除 運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔機(jī)的 PLC。對(duì)于控制比較復(fù)雜、控制要求比較高的工程項(xiàng)目，如要實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模

42、及復(fù)雜程度的程度，選用中檔機(jī)或高檔機(jī)。 其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的 自動(dòng)化等。當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制對(duì)象分布在不同地域時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)部分的具體要求來選 擇PLC，以組成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。（3）機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把 PLC的I/O和CPU放 在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià) 格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的 PLC功能有限，只適合于控制要求比較簡(jiǎn)單的系 統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。（4）是否在線編程PLC的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過

43、程改變時(shí)，只需用編程器 重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。（5）PLC的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在 惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種 PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件， 用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可 靠工作：溫度工作溫度055 C儲(chǔ)存溫度-40 C+85 C溫度相對(duì)濕度5%95%（無凝結(jié)霜）振動(dòng)和沖擊滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源交流220V，允許變化范圍為-15%+15%，頻率為4753Hz,瞬間停電保持10ms

44、環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。三、PLC容量選擇PLC容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。 PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)， 在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%25%考慮裕量。對(duì)于開關(guān)量控制系 統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量乘以8;對(duì)于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲(chǔ)器字 數(shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、 計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。 各種指令占存儲(chǔ)器 的字?jǐn)?shù)可查閱PLC產(chǎn)品使

45、用手冊(cè)。I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格較高，若備 用的I/O的點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入和輸出信號(hào)的總 點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%15%考慮 備用量。四、I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，他的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程他 的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。他與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實(shí) 現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過I/O接口模塊將控制器的處理 結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備， 驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行

46、機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備 或生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的， 而PLC的CPU所處理信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn) 換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。 根 據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸 出模塊、模擬量輸入及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。標(biāo)準(zhǔn)的I/O模塊用于同傳感器和開關(guān)(如按鈕、限位開關(guān)等)及控制(開 / 關(guān))設(shè)備(如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型

47、的交流I/O 信號(hào)為24240V (AC)，直流I/O信號(hào)為010V (DC)。I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便的對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控 制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O所用的點(diǎn)數(shù)就可能有所不同，現(xiàn)具體分析如下：(1) 開關(guān)量輸入模塊輸入電壓的選擇輸入模塊的輸入電壓一般為 DC24V和AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí) 間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。 交流輸入方式的 觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。(2) 開關(guān)量輸出模塊的選擇繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓 和過電流的能力較強(qiáng)，但是

48、動(dòng)作速度較慢，壽命有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號(hào)變化不是很頻繁，選用繼電器型。選擇時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對(duì)延遲時(shí)間的要求、負(fù)載狀態(tài) 變化是否頻繁等，還應(yīng)注意同一輸出模塊對(duì)電阻性負(fù)載、 電感性負(fù)載和白熾燈的 驅(qū)動(dòng)能力的差異。輸出模塊的輸出電流額定值應(yīng)大于負(fù)載電流的最大值。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際選用的是 AC220V開關(guān)量輸入模塊和繼電器型輸出 模塊。以此為依據(jù)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用三菱公司的FX2N系列（見表3.1）可編程序 控制器。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器，完全符 合此設(shè)計(jì)的要求。表3.1 FX2N系列基本單元型號(hào)輸入 點(diǎn)數(shù)輸出 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模塊 可用點(diǎn)數(shù)

49、繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824 32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624 32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448 64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248 64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048 64五、確定I/O點(diǎn)及選擇PLC（一）可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)估計(jì)輸入設(shè)備一一用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào)（如按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)、接近 開關(guān)、傳感器等）。本系統(tǒng)中包括雙向選擇

50、開關(guān) 4個(gè)，按鈕開關(guān)5個(gè)，光柵開關(guān) 2個(gè)和接近開關(guān)5個(gè)。輸出設(shè)備一一由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件，如繼電器、接觸器、電磁 閥、指示燈等。該系統(tǒng)中有中間繼電器 5個(gè)，接觸器2個(gè)，電磁閥5個(gè)，指示燈 1個(gè)。本系統(tǒng)中實(shí)際需要輸入點(diǎn)17點(diǎn)，輸出點(diǎn)8點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，以及考 慮到今后對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充使用，要保留一定的裕量，因此我們選用的PLC型號(hào)為三菱公司的FXn系列，其選擇如下：基本單元：FX2N-48MR （輸入點(diǎn)24點(diǎn)，輸出點(diǎn)24點(diǎn)）功能模塊：FX2N- 4AD-TC模塊 1 個(gè)、FX2N- 4DA模塊 1 個(gè)、FX2N-422-BD通信口 1個(gè)在確定了控制對(duì)象的控制任務(wù)和選擇好 PLC

51、的機(jī)型后，即可安排輸入、輸出 的配置，并對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址編號(hào)。分配 I/O地址時(shí)要注意以下問題：（1）設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；（2）相鄰設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；（3）輸入/輸出I/O地址分開；（4）每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和 工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會(huì)增加系統(tǒng)成本；（5）充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信 號(hào)聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。（二） PLC的I/O分配表表4.2 PLC的I/O分配表序號(hào)名稱元件符號(hào)備注X0電機(jī)啟動(dòng)SB1啟動(dòng)按紐X1電機(jī)停止SB2停止按紐X2復(fù)位開關(guān)SB3輸X3

52、手動(dòng)模式選擇SA1手動(dòng)/自動(dòng)雙向選X4自動(dòng)模式選擇擇開關(guān)X5手動(dòng)開/合模:SA2開模/合模雙向選擇開關(guān)X6手動(dòng)射臺(tái)進(jìn)/退SA3射進(jìn)/射退選擇開 關(guān)入X7手動(dòng)注射:SB4X10手動(dòng)預(yù)塑P SB5X11手動(dòng)頂出SA4X12模間安全光柵SQ1光柵X13合模到接近開SQ2接近開關(guān)關(guān)X14射臺(tái)進(jìn)接近開r SQ3關(guān)X15射臺(tái)退接近開SQ4關(guān)X16預(yù)塑完接近開SQ5關(guān)X17開模到接近開SQ6關(guān)X20產(chǎn)品計(jì)件光柵SQ7光柵輸 出Y0電機(jī)開KM1接觸器Y1電機(jī)停KM2接觸器Y21開/合模:KA1中間繼電器Y3射臺(tái)進(jìn)/退KA2中間繼電器Y4注射KA3中間繼電器Y5預(yù)塑KA4中間繼電器Y6頂出KA5中間繼電器六、器

53、件選型（一）注塑機(jī)控制系統(tǒng)的接線圖油泵電機(jī)SB1SB2油泵電機(jī)彳/復(fù)位模式選擇SA1SA2合模整進(jìn)注射預(yù)塑頂出安全光柵合模到整進(jìn)到整退到預(yù)塑到開模到計(jì)件光柵SA3SA4SB3SB4SA5Q1Q2卜”SQ3Q4Q5卜：.竺Q7圖3-3注塑機(jī)控制系統(tǒng)的整體接線示意圖（二） PLC的I/O系統(tǒng)配置圖油泵電機(jī)啟 油泵電機(jī)停 復(fù)位模式選擇合模整進(jìn)注射預(yù)塑頂出 模間安全光柵 合模到 整進(jìn)到 整退到 預(yù)塑到 開模到 計(jì)件光柵SQ1SQSQX0COMXIX2Y0X3X4Y1X5X6Y2X7X10XIIX12Y4X13X14Y5X15X16Y6X17LED頂出運(yùn)行狀態(tài)指示KM1KA2三角形接星形接 開模 整進(jìn)2

54、4VKM2 KA1FX2N-48MR 丫3X20Y7 COM圖3-4 PLC的I/O系統(tǒng)配置圖A注射預(yù)塑322 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)工藝流程圖注塑機(jī)的工作過程為：按下電源開關(guān)液壓油泵啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，此 時(shí)可選擇手動(dòng)或自動(dòng)操作模式當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，當(dāng)確認(rèn)合模安全時(shí)合模電磁閥動(dòng)作， 合 模/開模油缸在油壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)杠動(dòng)作，使動(dòng)模板向上面與定模板快速地 閉合。合模完畢后，合模到接近開關(guān)動(dòng)作，整進(jìn) /整退氣缸在油壓力的作用下驅(qū) 動(dòng)拉桿動(dòng)作，使射臺(tái)向前移動(dòng)。射臺(tái)整進(jìn)到后，接近開關(guān)動(dòng)作，射膠電磁閥得電， 螺杠在液壓力的推動(dòng)下完成射膠并保壓一段時(shí)間。當(dāng)射膠時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，射 膠電磁閥斷電自復(fù)位，預(yù)塑電磁閥得電，預(yù)塑液壓馬達(dá)完成預(yù)塑的同時(shí)， 螺杠退 回原來的位置。預(yù)塑完后接近開關(guān)工作，整進(jìn)電磁閥斷電自復(fù)位，射臺(tái)在液壓的 作用下退回。射臺(tái)退回后，射臺(tái)退到位接近開關(guān)動(dòng)作，合模電磁閥斷電自復(fù)位，完成啟模動(dòng)作。啟模完后，頂出油缸動(dòng)作將制品頂出，落下的制品使計(jì)件光柵動(dòng) 作，圖3-5注塑機(jī)控制系統(tǒng)工藝流程圖當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，分別打開各個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，即可使各個(gè)電磁閥得電工作或 斷電自復(fù)位，使油缸在液壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)