電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的PLC控制程序設(shè)計

1、xxxxxxx 機電工程系機電工程系 畢業(yè)設(shè)計論文畢業(yè)設(shè)計論文 題題 目目 電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的電熱鍋爐供熱系統(tǒng)的 PLC 控制程序設(shè)計控制程序設(shè)計 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時間 緒論緒論 現(xiàn)在生產(chǎn)線控制的主流品種是以繼電器、接觸器為主的控制裝置。繼電器、接觸器 是一些電磁開關(guān)。由勵磁線圈、鐵心磁路、觸點等部件組成。通過繼電器接觸器等其 它控制元件的線路連接，可以實現(xiàn)一定的控制邏輯，從而實現(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

2、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 要有一個電器，一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就不能工作，這就大大降低了這種接線邏輯 的可靠性。其次是這樣的系統(tǒng)維修機改造很不容易，特別是技術(shù)改造，當試圖改造工 作設(shè)備的工作過程以改善設(shè)備各功能時，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)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用 了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。同時 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大 減小了控制設(shè)備的外部接線，是控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大大縮短了。同時維護也 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

3、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：鍋爐多功能供熱；PLC； 目目 錄錄 1 緒論 .2 1.1 PLC 的基本概念.5 1.2 PLC 的誕生.5 1.3 PLC 的特點.6 2 PLC 的介紹.7 2.1 PLC 的流派.7 2.2 PLC 的結(jié)構(gòu)和工作原理.8 3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域.11 3.1 開關(guān)量的邏輯控制.11 3.2 模擬量控制.11 .3.3 運動控制.12 3.4 過程控制.12 3.5 數(shù)據(jù)控制.12 4 PLC 的基本結(jié)構(gòu).12 4.1 中央處理單元.13 4.2 存儲器.13 4.3 I/

4、O 模塊.14 4.4 電源.15 4.5 底板或機架.16 4.6 PLC 系統(tǒng)的基本設(shè)備.16 5 PLC 的基本工作原理.16 5.1 掃描技術(shù).16 5.2 PLC 與繼電器控制與系統(tǒng)微機區(qū)別.18 5.3 基本指令系統(tǒng)特點.18 5.4 編程語言的形式.19 5.5 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則.20 5.6 PLC 程序的內(nèi)容和質(zhì)量評價指標 .21 5.7 PLC 程序的調(diào)試方法及步驟.22 5.8 PLC 的造型方法.23 5.9 經(jīng)濟性考慮.27 6 基于 PLC 的電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計.28 6.1 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計要求.29 6.2 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計方

5、案.30 6.3 電熱鍋爐供熱控制系統(tǒng)設(shè)計的程序部分的介紹.34 致 謝.37 參 考 文 獻 .38 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） ，是指以計算機技術(shù)為 基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采 用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計 數(shù)和算

6、術(shù)運算等操作的指令，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 一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。” 可編程控制器 作為一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)， 它專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè) 計制造。早期的可編程控制器稱作 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控 制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個 人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱P

7、LC。 1.2 PLC 的誕生的誕生 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺可編程控制器，型號為 PDP-14，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。 1.2.1PLC 的發(fā)展 第一代：從第一臺可編程控制器誕生到 70 年代初期。其特點是：CPU 由中小規(guī)模 集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器； 第二代：70 年代初期到 70 年代末期。其特點是：CPU 采用微處理器，存儲器采 用 EPROM ； 第三代：70 年代末期到 80 年代中期。其特點是：CPU 采用 8 位和 16 位微處理器， 有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲器采用 EPROM、EAROM、CMOSRAM 等

8、 ； 第四代：80 年代中期到 90 年代中期。PC 全面使用 8 位、16 位微處理芯片的位片 式芯片，處理速度也達到 1us/步 ； 第五代：90 年代中期至今。PC 使用 16 位和 32 位的微處理器芯片，有的已使用 RISC 芯片。 我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初 是在引進設(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 不斷擴大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組 合機床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計算機廠

9、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)也是我國比較著名的PLC 生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化 進程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 1.31.3 PLCPLC 的特點的特點 1.3.1 可靠性高，抗干擾能力強 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)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可 靠性。 。 1.3.2 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟?種規(guī)模的工

10、業(yè)控制場合。 1.3.3 使用方便 具體地講，PLC 有五個方面的方便： 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，到市場上定貨購買即可。 2、安裝方便： PLC 硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單， 而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。 3、編程方便： PLC 內(nèi)部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數(shù)器， 但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實實在在地存在著。 4、維修方便：這是因為： 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。 5、改用方便：

11、PLC 用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC 還 可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。 1.3.4 工作可靠 (1) 在硬件方面： PLC 的輸入輸出電路與內(nèi)部 CPU 是電隔離。其信息靠光耦 器件或電磁器件傳遞。而且， CPU 板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC 程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。 2、軟件方面： PLC 的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作， 避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的 冒險競爭，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 對應(yīng)急情況的及時響應(yīng)，使 PLC 能可靠地工作。 2 PLC 介介紹紹

12、2.1 PLC 的流派的流派 2.1.1美國流派 據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在世界上生產(chǎn) PLC 及其網(wǎng)絡(luò)的廠家有 200 多家，生產(chǎn)大約有 400 多個品種的 PLC 產(chǎn)品。其中美國是 PLC 生產(chǎn)大國，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、德州儀器（TI）公 司、西屋公司等。 2.1.2日本流派 日本有 6070 家 PLC 廠商，也生產(chǎn) 200 多個品種的 PLC 產(chǎn)品；日本的小型 PLC 最具特色，在小型機領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制， 日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐

13、美的小型機，所 以格外受用戶歡迎。日本有許多 PLC 制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、 東芝等，在世界小型 PLC 市場上，日本產(chǎn)品約占有 70的份額。 2.1.3歐洲流派 德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG 公司、法國的 TE 公司是歐洲著名的 PLC 制造 商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型 PLC 產(chǎn)品領(lǐng)域與美 國的 A-B 公司齊名。西門子 PLC 主要產(chǎn)品是 S5、S7 系列。S7 系列是在 S5 系列 PLC 基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價格比高，其中 S7-200 系列屬于微型 PLC、S7-300 系列屬于于中小型 PLC、S7-40

14、0 系列屬于于中高性能的大型 PLC。 2.22.2 PLCPLC 的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) PLC 實際上是一種工業(yè)控制計算機。它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機相似，主要由主機、 I/O 擴展機、外圍設(shè)備三部分組成，如圖 2-3 所示。 1主機主機 主機由 CPU（微處理器） 、存儲器、輸入輸出單元、電源等部分組成。 CPU 是 PLC 的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識別用戶按特定格式輸入的 指令，并按照指令完成預(yù)定的控制任務(wù)。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的 格式和語法錯誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。 PLC 的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲

15、器和用戶程序存儲器。 輸入輸出（IO）單元是 PLC 與輸入控制信號和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸 入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信 號轉(zhuǎn)換成 CPU 能接收和處理的數(shù)字信號。輸出單元接收經(jīng)過 CPU 處理過的輸出數(shù)字 信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸 圖圖 2-3 PLC 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 器、電磁閥和指示器件等。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量 I/O 單元、數(shù)字 量 I/O 單元兩大類。 電源單元的作用是把外部電源（220V 的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC 還 有各種外設(shè)接口電路，用于連接

16、編程器或其他圖形編程器、文本顯示器、觸摸屏、變 頻器等并能通過外設(shè)接口組成 PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡 通過 RS-485 接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。 2I/O 擴展機擴展機 每種 PLC 都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出點數(shù)，以便根據(jù)控制 要求靈活組合系統(tǒng)。PLC 擴展模塊內(nèi)不設(shè) CPU，僅對 I/O 通道進行擴展，不能脫離主 機獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。 3外部設(shè)備外部設(shè)備 外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、EPROM 寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。 其中編程器是 PLC 必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、

17、工作方式選擇開關(guān)和 外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并 用來監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 2.2.2 PLC 的工作原理的工作原理 1PLC 的等效電路 PLC 的工作酷似一個繼電器系統(tǒng)，其等效電路可分為三部分：輸入部分、內(nèi)部控 制電路和輸出部分，如圖 2-4 所示。 圖圖 2-42-4 PLCPLC 的等效電路的等效電路 輸入部分-這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子外接行 程開關(guān)、按鈕等的觸頭，內(nèi)連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號通過輸入端子 驅(qū)動，可提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內(nèi)部使用。 內(nèi)部控制電路-由用戶根據(jù)控制要求編制的

18、程序所組成，其作用是按用戶程序 的控制要求對輸入信號進行運算處理，判斷哪些信號需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出 給負載。 輸出部分-這部分的作用是驅(qū)動外部負載，所以輸出端子是 PLC 向外部負載輸 出信號的端子，其內(nèi)連輸出繼電器（Q）的一對常開觸點。輸出繼電器除提供一對常開 觸點驅(qū)動負載以外，還可以提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內(nèi)部使用。 2PLC 的周期工作方式 PLC 是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行 和輸出刷新三個階段。 輸入采樣階段-PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入狀態(tài)寄 存器中存儲，這一過程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改

19、變，而 且將在 PLC 執(zhí)行程序時被使用。 程序執(zhí)行階段-PLC 按順序?qū)Τ绦蜻M行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每 條指令，并分別從輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處 理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未執(zhí)行 完畢之前不會送到輸出端口上。 輸出刷新階段-在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC 將輸出映像寄存器中的內(nèi)容 送入輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅(qū)動外部負載。 PLC 重復(fù)執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，每重復(fù)一次的時間稱為一 個掃描周期。PLC 的一個掃描周期一般為 40100ms 之間。 2.2.3 PLC 的分類的

20、分類 1按結(jié)構(gòu)形式分： 整體式：將電源、CPU、I/O 部件都集中在一個機箱內(nèi)。 模塊式：將 PLC 各部分分成若干個單獨的模塊。 2按 I/O 點數(shù)分： 小型 PLC：I/O 點數(shù)在 256 點以下，其中小于 64 為超小型或微型 PLC。 中型 PLC：I/O 點數(shù)在 2562048 點之間。 大型 PLC：I/O 點數(shù)在 2048 點以上，其中超過 8192 點為超大型 PLC。 3按功能分： 低檔機：具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能。 中檔機：比低檔機多了模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送比較等功能。 高檔機：比中檔機多了矩陣運算等特殊功能函數(shù)運算、通信聯(lián)網(wǎng)等

21、功能。 3 3 PLCPLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 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、機械制造、 汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下 幾類。 3.1. 開關(guān)量的邏輯控制開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如 注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 3.2 模擬量控制模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，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

22、程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog） 和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3.3 運動控制運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(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)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。 如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC 廠 家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 3.4 過程控制過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬

23、量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， 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、鍋爐控制等場合有非常廣泛應(yīng)用。 3.5 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，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

24、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)。 4 4 PLCPLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相 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、底板或機架，這些 模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 4.14.1 中央處理單元中央處理單元(CPU

25、)(CPU) 4.1.1 CPU 的構(gòu)成 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài) 總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程 序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還 是應(yīng)有足夠的理解。 4.1.2 CPU 的工作機制 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)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄 存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 是 PLC

26、的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC 至少有一個 CPU，它按 照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、 存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，同時，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誤 等。進入運行后，從用戶程序存儲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)的控制信號或 將算數(shù)運算的結(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

27、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) 運行，直到停止運行。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 4.24.2 存儲器存儲器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序 做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、 ROM 組成。廠家使用的，內(nèi)容不可 更改，斷電不消失。 用戶存儲器：分為用戶程序

28、存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器 （RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽 命一般為 35 年。 4.34.3 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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。 輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 4.3.1 輸入接口 光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。 4.3.2 發(fā)光二級管 在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化 規(guī)律相同的光信號。 4

29、.3.3 光電三級管 在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性 工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。 4.3.4 輸出接口 PLC 的繼電器三種類型： 繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載 晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負載 晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負載 4.3.5 輸出接口電路工作過程： 當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點 閉合，提供負載導(dǎo)通的電流和電壓。當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流 過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通 過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種

30、信號使負載動作或不動作。 4.3.6 輸入接口電路工作過程： 當開關(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。當開關(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。也就是通 過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC 內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。 4.3.7 常用的 I/O 分類： 開關(guān)量輸入/出（DI/O）：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC， 按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量輸入/出（AI/O）：按信號類型分，有電流型（ 4-20mA,0-20mA） 、電 壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12b

31、it,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架槽數(shù)限制。 4.44.4 電源電源 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 。同時，有的還為輸入 電路提供 24V 的工作電源。在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好 的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也 十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將

32、PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC） ，直流電源（常用的為 24VDC） 。 4.5 底板或機架底板或機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系， 使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一 個整體。 4.6 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備系統(tǒng)的其它設(shè)備 4.6.1 編程設(shè)備： 編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對 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) 場控制運行。編程器分為兩種，一種是手

33、持編程器，方便。我們實驗室使用的就是 手持編程器。二種是通過 PLC 的 RS232 口。與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過 GX-DEVELOPER 軟件向 PLC 內(nèi)部輸入程序。 4.6.2 人機界面： 最簡單的人機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，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。 4.6.3 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進的工業(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 器的觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PL

34、C 與上位計算機以及其 他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(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)進行聯(lián)網(wǎng)。 5 5 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 5.1 掃描技術(shù)掃描技術(shù) PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán) ”的工作方式 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和 輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。

35、5.1.1 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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必 須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 5.1.2 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形 圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路， 并按先左后右、先上

36、后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù) 邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新 該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的 特殊功能指令。 5.1.3 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(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)動相應(yīng) 的外設(shè)。這時，才是 PLC 的真正輸出。 掃描周期的長短由三條決定。 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

37、的現(xiàn)象，即輸入 /輸 出響應(yīng)延遲。 5.25.2 PLCPLC 與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別 5.2.1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 前者工作方式是 “串行”，后者工作方式是 “并行”。 前者用“軟件”，后者用“硬件”。 5.2.2 PLC 與微機區(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。 5.35.3 基本指令系統(tǒng)特點基本指令系統(tǒng)特點 PLC 的編程語言與

38、一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語 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。 其編程語言都具有以下特點： 5.3.1 圖形式指令結(jié)構(gòu)： 程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的 軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運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行組合，并填入適當?shù)膮?shù)。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠 家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。 5.3.2 明確的變量常數(shù)： 圖形符相當于操作碼，規(guī)定了運算功能，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

39、值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號決 定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊。 5.3.3 簡化的程序結(jié)構(gòu)： PLC 的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，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)試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 5.3.4 簡化應(yīng)用軟件生成過程： 使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使 用編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統(tǒng)軟件自動完成，整個編輯過程都在 人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計能力。 5.3.5 強化調(diào)試手段： 無論是匯編程序，還是高級語言程序調(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P

40、LC 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)試操作都很簡單。 5.45.4 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， 因為它直觀易懂，但需要一臺個人計算機及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于 實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。 5.4.1 編程指令： 指令是 PLC 被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令 只是一些二進制代碼，這點 PLC 與普通的計算機是完全相同的。同時PLC 也有 編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以

41、用戶看到的 PLC 指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文 字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號即梯形圖，它 類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。 5.4.2 指令系統(tǒng)： 一個 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、性能好的 PLC，其指令系統(tǒng)必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC 的指令系統(tǒng) 5.4.3 程序： PLC 指令的有序集合， PLC 運行它，可進行相應(yīng)的工作，當然，這里的程序是 指 PLC 的用

42、戶程序。用戶程序一般由用戶設(shè)計， PLC 的廠家或代銷商不提供。用 語句表達的程序不大直觀，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。 5.4.4 梯形圖： 梯形圖是通過連線把 PLC 指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達 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)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組， 這個指令組一般總是從裝載（ LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含 LD 指令） ，以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為數(shù)據(jù)控制、 流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令

43、，以進行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令 組的。 5.55.5 PLCPLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品 質(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 5.5.1 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計 前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外 資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合， 擬

44、定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。 5.5.2 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原 則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？?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行，而且在非正 常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等） ，也能正常工作。 5.5.3 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個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)濟效益和社會 效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此， 在滿足控制要求的前提下，一方

45、面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注 意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且 要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 5.5.4 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮 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 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。 5.65.6 PLCPLC 程序的內(nèi)容和質(zhì)量評價指標程序的內(nèi)容和質(zhì)量評價指標 5.6.1 PLC 程序的內(nèi)容 PLC 應(yīng)用程序應(yīng)最大限度地滿足被控對象的控制要求，在

46、構(gòu)思程序主體的框架 后，要以它為主線，逐一編寫實現(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 下幾個方面的內(nèi)容： 1、初始化程序 在 PLC 上電后，一般都要做一些初始化的操作。其作用是為 啟動作必要的準備，并避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序的主要內(nèi)容為：將某些數(shù) 據(jù)區(qū)、計數(shù)器進行清零；使某些數(shù)據(jù)區(qū)恢復(fù)所需數(shù)據(jù)；對某些輸出量置位或復(fù)位； 顯示某些初始狀態(tài)等等。 2、檢測、故障診斷、顯示程序 應(yīng)用程序一般都設(shè)有檢測、故障診斷和顯示程 序等內(nèi)容。這些內(nèi)容可以在程序設(shè)計基本完成時再進行添加。它們也可以是相對獨 立的程序段。

47、3、保護、連鎖程序 各種應(yīng)用程序中，保護和連鎖是不可缺少的部分。它可以 杜絕由于非法操作而引起的控制邏輯混亂，保證系統(tǒng)的運行更安全、可靠。因此要 認真考慮保護和連鎖的問題。通常在PLC 外部也要設(shè)置連鎖和保護措施。 5.6.2 PLC 程序的質(zhì)量 對同一個控制要求，即使選用同一個機型的PLC，用不同設(shè)計方法所編寫的 程序，其結(jié)構(gòu)也可能不同。盡管幾種程序都可以實現(xiàn)同一控制功能，但是程序的質(zhì) 量卻可能差別很大。程序的質(zhì)量可以由以下幾個方面來衡量： 1、程序的正確性 應(yīng)用程序的好壞，最根本的一條就是正確。所謂正確的程序 必須能經(jīng)得起系統(tǒng)運行實踐的考驗，離開這一條對程序所做的評價都是沒有意義的。 2、

48、程序的可靠性好 好的應(yīng)用程序可以保證系統(tǒng)在正常和非正常（短時掉電再 復(fù)電、 3、參數(shù)的易調(diào)整性好 PLC 控制的優(yōu)越性之一就是靈活性好，容易通過修改程 序或參數(shù)而改變系統(tǒng)的某些功能。 4、程序要簡練 編寫的程序應(yīng)盡可能簡練，減少程序的語句，一般可以減少程 序掃描時間，提高 PLC 對輸入信號的響應(yīng)速度。 5、程序的可讀性好 程序不僅僅給設(shè)計者自己看，系統(tǒng)的維護人員也要讀。另 外，為了有利于交流，也要求程序有一定的可讀性。 5.75.7 PLCPLC 程序的調(diào)試方法及步驟程序的調(diào)試方法及步驟 PLC 程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個調(diào)試過程，在此之前首先對 PLC 外部接線作仔細檢查，這

49、一個環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準確無誤。也可以 用事先編寫好的試驗程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了 安全考慮，最好將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的 程序送入用戶存儲器進行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整 體的控制功能為止。 5.7.1 程序的模擬調(diào)試 將設(shè)計好的程序?qū)懭?PLC 后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。 用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬， 各輸出量的通斷狀態(tài)用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC 實 際的負載(如接觸器、電磁閥等 )?？梢愿鶕?jù)功能表圖，

50、在適當?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕 來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試 程序的主要任務(wù)是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實 現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒?步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 5.7.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試 完成上述的工作后，將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機總調(diào)試，在調(diào)試過程中 將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC 的 外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計中的問題，應(yīng)對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調(diào)試 達不到指標要求，則對相應(yīng)硬

51、件和軟件部分作適當調(diào)整，通常只需要修改程序就可 能達到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時間的考驗，系統(tǒng)就可以投入實際 的運行了。 5.8 PLC 的選型方法的選型方法 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC 工程設(shè)計選 型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集 成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選 型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬 件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能 表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此

52、，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳 細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作， 然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC 的功能、外 部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 5.8.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行 調(diào)整。 5.8.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存 儲

53、器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計 階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程 序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容 量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大 體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為 內(nèi)存的總字數(shù)（ 16 位為一個字） ，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 5.8.3 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度 等特性的選擇。 1、運算功

54、能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC 的運算功能 還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大 型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目 前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同 位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計 選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯 碼和編碼等運算。 2、控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控 制要求確定。 PLC 主

55、要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回 路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制 功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID 控制單元、高速計 數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 3、通信功能 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 1）PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 2）1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 3）PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)； 4）專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 P

56、LC 通信網(wǎng)絡(luò)） 。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的 （如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 4、編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只 為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用 和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責(zé)現(xiàn) 場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或 數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新

57、收到的程序運行。這種方式成本較 高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC 中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（ SFC） 、梯形圖（ LD） 、功能模塊圖 （FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL） 、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。選用的 編程語言應(yīng)遵守其標準（ IEC） ，同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 5、診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬 件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC 內(nèi)部的性能和功能 進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出

58、等部件信息交換功能 進行診斷是外診斷。 6、處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號 持續(xù)時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前， PLC 接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.20.4Ls，因此能適應(yīng)控 制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 0.5ms/K；大中型 PLC 的掃描時間不大于 0.2ms/K。 5.8.4 機型的選擇 1、PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型

59、兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝 兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出 發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)； 模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 2、輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號 電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮 選用的輸出模塊類型，通常

60、繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、 響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場 合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出 等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng) 用成本。 考慮是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 3、電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計 和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220VAC 電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。 重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶