PLC病床呼叫系統(tǒng)-

1、機械工程系 機械工程系機械工程及自動化專業(yè)07-101班設計者指導老師年月日(XXXXXX 概述 (3設計任務和要求 (4設計方案說明 (4PLC控制器的選擇及編程元件的地址分配 (5PLC控制程序設計(1I/O接線圖設計 (7(2梯形圖設計 (8(3指令表 (14程序調(diào)試方式及過程說明 (18設計中的心得體會 (19參考文獻 (20 2 PLC概述2.1 PLC組成通過對繼電器控制特點的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。PLC 要想取代繼電器控制,首先要解決外部設備的直接輸入問題。由于當時主要集中在開關量控制,也就是開關量(觸點的開閉狀態(tài)如何直接接入PLC并被PLC所識別,對此就需要解決

2、以下幾個問題:有源接入,無源接入,絕緣問題,隔離問題和互相干擾問題。PLC就是一個計算機控制系統(tǒng),在其發(fā)展過程,人們曾將計算機直接用于工業(yè)控制,但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展:一是I/O(輸入/輸出問題,計算機不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設備連接現(xiàn)在了應用;二是計算機的I/O功能,開關邏輯處理不夠豐富和強大?，F(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個方面的問題,可以讓PLC和外部設備直接進行物理的連接。計算機的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運算的強大的運算功能,使其能夠完成復雜的控制功能,這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因。輸出問題主要是接點的驅動能力問題,或者說是帶負載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數(shù)的限

3、制,是保證PLC的輸出接點能否驅動接觸器、電磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問題至少要能直接驅動中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC 產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅動這些元器件,并提供了多種輸出方式且動作次數(shù)可保證萬次無故障的產(chǎn)品。PLC已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對其控制機制有了準確的理解,才能對其持續(xù)的開發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。I/O電路已經(jīng)保證了PLC與現(xiàn)場設備的直接連接,并在內(nèi)部寄存器存儲了這些狀態(tài)。但是,為了取代繼電器的控制,更重要的是如何組織和使用這些開關量,從而達到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過對繼電器的控制的電路的特點的介紹,已經(jīng)知道繼 (翻轉,控制的結果、邏輯動作順序也是由接點條件來控制的。這于

4、計算機順序執(zhí)行的工作的特點是矛盾的。主要體現(xiàn)在:一是亂序,只要條件滿足就執(zhí)行;而另一個是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計算機存儲程序的思想和高速的特點,采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式,使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替,如式2.1: Y(n=f(x(n-1,y(n-1 (式2.1式中,Y(n為某一時間段的輸出值;Y(n-1為上一時間段的輸出值;X(n-1為上一時間段某一時刻的輸入值;F為他們應滿足的控制關系。即某一時間段的輸出完全取決于上一時間某一時刻的輸入和上一時間段的輸出。至于上一時間段的輸出,在參加計算的時候,只是存儲在映像寄存器中的輸出結果,執(zhí)行運

5、算過程中并不修改端子的輸出值。真實的輸出已表現(xiàn)在端子的接點上,并要保持一個時間段,也就是采取集中輸出的方式,在計算的過程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會對先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時間段足夠短,并且PLC周而復始的運行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它。由于采用集中I/O的思想,其I/O狀態(tài)存儲在寄存器中,可以充分發(fā)揮計算機的強大邏輯家能力,以完成更復雜的控制功能。如圖2.1所示,PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別,只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進行I/O變換,并將這個變換物理實現(xiàn),應用與工業(yè)現(xiàn)場。(1輸入寄存器輸入寄存器可

6、按位進行尋址,每一位對應一個開關量,其值反映了開關量的狀態(tài),其值的改變由相互如開關量驅動,并保持一個掃描周期。CUP可以讀其值,但是不可以寫或進行修改。 環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值,在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出,即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。(3存儲器存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序,它是由廠家開發(fā)固化好了的,用戶不能修改,PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運

7、行所需要的資源,I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行,從而完成復雜的控制功能。(4CUP單元CUP單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序,以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作,是PLC的大腦。(5其他單元接口其他單元接口用語提供PLC與其他設備和模塊進行連接通信的物理條件 圖2.1 PLC的組成最初,可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller簡稱PLC。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。1987年2月,國際電工委員會(IEC 部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向擁護的指令,并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出,控制各種類

8、型的機械和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外部設備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。(1可靠性高。在I/O環(huán)節(jié),PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲,一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。(2控制功能強。PLC采用的CUP一般是具有較強位處理功能的為處理機,為了增強其復雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能,可以采用雙CPU的運行方式,使其功能得到極大的增強。(3編程方便易學。第一編程語言(梯形圖是一種圖形編程語言,與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似,理解方式也相同,非常適合現(xiàn)場人員學習。(4使用于惡劣的工作

9、環(huán)境。采用封裝的方式,適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。(5與外部設備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動端子排,提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。(6體積小、重量輕、功耗底。(7性價比高。(8模塊化結構,擴展能力強。根據(jù)現(xiàn)場的需要進行不同功能的擴展和組裝,一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。(9維修方便,功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改,因此功能的改變非常靈活。(1存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量,它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB2MB。 接的I/O器件就越多,控制規(guī)模就越大。它是衡量

10、PLC性能的重要指標之一。(3掃描速度掃面速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢,是一個重要的性能指標,體現(xiàn)了計算機控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度。從自動控制的觀點來看,決定了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。(4指令的多少它是衡量PLC能力強弱的標志,決定了PLC的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復雜控制的能力。(5內(nèi)部寄存器的配置和容量它直接對用戶編制程序提供支持,對PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。(6擴展能力擴展能力包括I/O點數(shù)的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內(nèi)容。(7特殊功能單元特殊功能單元種類多,也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功

11、能。不同的分類標準會造成不同的分類結果,PLC常用的分類方式有如下兩種。按其I/O點數(shù)一般分為微型(32點以下、小型(128點以下、中型(1024點以下、大型(2048點以下、超大型(從2048點以上可達8192點以上 5種。按結構可分為箱體式、模塊式和平板式3種。2.2 PLC工作原理CUP連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CUP的掃描周期包括 環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分,用戶程序不運行時,PLC也在掃描,只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。(1自診斷測試掃描過程

12、。為保證設備的可靠行,及時放映所出現(xiàn)的故障,PLC都具有自監(jiān)視功能。(2與網(wǎng)絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程,配有網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程,這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。(3用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下,每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的,即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。(4讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下,每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CUP在處理用戶程序時,使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的,運算的結

13、果也不直接送到實際輸出點,而是在內(nèi)存中設置了兩個映象寄存器:一個為輸入映象寄存器,另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值,運算結果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中,CUP把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器:在輸出掃描過程中CUP把輸出映像寄存器的值的輸出點。循環(huán)掃描有如下特點:(1掃描周期周而復始地進行,讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。(2輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設備驅動的,在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變,CUP采用集中輸入的控制思想,只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。(3對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不

14、同的執(zhí)行結果。 在讀輸入階段,CUP對各個輸入端子進行掃描,通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段,CUP按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描,根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序,同時將執(zhí)行結果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間,即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化,輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點:(1集中采用I/O,程序掃描期間輸入值固定不變,程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。這 圖2.2 PLC信號的傳遞過程種集中I/O的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)

15、一,使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。(2程序執(zhí)行時,存取映象寄存器要比讀寫I/O端點快的多,這樣可以加快程序執(zhí)行速度。(3I/O點必須按位存取,而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取,增加了程序的靈活性。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式,而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入/輸出,所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號滯 (1PLC輸入電路設置了濾波器,濾波器的常數(shù)越大,對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的,有的PLC濾波器時間常數(shù)可調(diào)。(2從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時間稱為輸出延遲,對于不同的輸出形式,其值大小不同。它也是由硬件決定的,對于不同信號的PLC可以通過查表

16、得到。(3程序執(zhí)行時間主要由程序長短來決定,對于一個實際的控制程序,編程人員須對此進行現(xiàn)場測算,使PLC的響應時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。在最有利的情況下,輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期在輸出得到響應的時間,稱為最小I/O響應時間。在最不利的情況下,輸入點的狀態(tài)恰好錯過了輸入的鎖入時刻,造成在下一個輸出鎖定才能被響應,這就需要兩個掃描周期時間,稱為最大I/O響應時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的,與編程方法無關。PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。(1系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序,它決定了PLC的功能,用戶不能

17、更改其內(nèi)容。(2用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應用程序。(3用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。2.3 PLC的編程語言PLC的硬件系統(tǒng)中,與PLC的編程應用關系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲器。計算機運行處理的是數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)存儲在存儲區(qū)中,找到待處理的數(shù)據(jù)一定要知道數(shù)據(jù)的存儲地址。PLC和其他的計算機一樣,為了使用方便,數(shù)據(jù)存儲器都作了分區(qū),為了每個存儲單元編排了地址,并且經(jīng)機內(nèi)系統(tǒng)程序為每個存儲單元賦予了不同的功能,形成了專用的存儲元件。這就是前面提到過的編程的“軟”元件。 象,所謂線圈得電不過是存儲單元置1,線圈失電,不過就是存儲單元置0,也正因為如此,我們稱之為“軟”元件。但是這

18、種“軟”繼電器也有個突出的好處,可以認為它們具有無數(shù)多對動合動斷觸點,因此每取用一次它的觸點,不過是讀一次它的存儲數(shù)據(jù)而已。任何語言都有編程的對象和基礎,重要介紹梯形圖語言和語句表語言,而功能圖是理解這兩種語言的基礎。如圖3所示為PLC內(nèi)部的結構功能示意圖。輸入繼電器是由外部輸入驅動的,梯形圖中只能使用其介入點狀態(tài)值,用戶不能改變輸入繼電器的狀態(tài)。輔助繼電器的種類和多少決定了PLC控制功能的強弱,相當于工作寄存器的多少和功能的強弱。實際的PLC中并沒有圖中的物理繼電器,用繼電器來表示PLC的內(nèi)部功能結構是為了使習慣于繼電器控制的工程技術人員更好的理解PLC的功能,更好的使用PLC,就像他在設計

19、繼電器控制電路一樣。梯形圖語言是一種圖形化的語言,是一種面向控制過程的“自然語言”。梯形圖編程語言形象、直觀、準確的描述了邏輯控制關系,容易被廣大的工程技術人員所掌握。PLC與被控對象所連接的只是I/O條件,而I/O之間的組合控制關系需要用軟件的方法來描述清楚,梯形圖是一種描述方法,當然還有語句等表示其他的語言。語言的支持取決于廠家開發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲器中,PLC就能夠直接解釋并實現(xiàn)I/O間的控制關系。當控制關系發(fā)生改變時,只要修改梯形圖程序,重新輸入到PLC的存儲器即可,從而快捷的改變生產(chǎn)工。 圖2.3 PLC內(nèi)部的結構功能示意圖PLC是通過程序對系統(tǒng)進行控制的,作

20、為一種專用計算機,為了適應其應用領域,一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種,如梯形圖、語句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語言是一種圖形語言,具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點;語句表編程語言類似計算機的匯編語言,用助記符來表示各種指令的功能,是PLC用戶程序的基礎元素。一般而言,梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件,根據(jù)結果決定邏輯輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的容易理解的片,這些片通常被稱為“梯級”或網(wǎng)絡。程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡,按照從做到右、從上到下的順序進行。一旦CUP執(zhí)行到程序的結尾,就又從上到下執(zhí)行程序。在每一個網(wǎng)絡中,指令以列為基礎被執(zhí)行,從

21、上而下、從左到右依次執(zhí)行,直到本網(wǎng)絡的最后一個線圈列。因此為了充分利用存儲器容量,使掃描時間盡可能短,利用梯形圖編程時應限制觸點之間的距離,并使網(wǎng)絡左上邊這部分空白最少。其中,串聯(lián)觸點較多的支路要寫在上面,并聯(lián)支路應寫在左邊,線圈放于觸點的右邊。如圖2.4所示是用PLC控制的梯形圖程序,可完成與繼電器控制的電動 制的基礎,可以把經(jīng)過實踐證明設計是成功的繼電器電路圖進行轉換,從而設計出具有相同功能的PLC控制程序,充分發(fā)揮PLC的功能完善、可靠性高、控制靈活的特點。當然,它們還是存在著本質(zhì)上的區(qū)別,主要表現(xiàn)如下所述。 圖2.4 梯形圖(1繼電器控制電路中使用的繼電器是物理的元器件,繼電器與其他控

22、制電器之間的連接必須通過硬件連接線來完成。PLC中的繼電器是內(nèi)部的寄存器位,稱為“軟繼電器”,它具有物理繼電器相似的功能。當它的“線圈”通電時,其所屬的常開觸點閉合,常閉觸點斷開;當它的線圈斷電時,其所屬的常開觸點和常閉觸點均恢復常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”,這種“軟接線”是通過編程來實現(xiàn)的,具有更改簡單、調(diào)試方便等特點。而繼電器控制電路圖是點線連接圖,相對來素施工困難、更改費力。(2PLC中的每一個繼電器都對應著一個內(nèi)部的寄存器,由于可以隨時不受限地讀取其內(nèi)容,所以,可以認為PLC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點供用戶使用。PLC梯形圖中的觸點代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實際開

23、關、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點條件等。而物理繼電器的觸點個數(shù)是有限的。(3PLC的輸入繼電器是由外部信號驅動的,在梯形圖中只能用其觸點,這在物理繼電器中是不可能的。線圈通常代表“邏輯”輸出結果,如燈、電機啟動器、中間繼電器、內(nèi)部輸出條件等。(4繼電器控制系統(tǒng)中是按照觸點的動作順序和是延遲逐個動作的,動作順序與電路圖的編寫順序無關。PLC按照掃描方式工作,首先采取輸入信號,然后對所有梯形圖進行計算,造成了宏觀與動作順序的無關,但是微觀 (5PLC梯形圖中的兩根母線以失去原有的意義,它只表示一個梯形的起始和終了,并無實際電流通過,假象的概念電流只能從左向右流。為了充分發(fā)揮CUP的邏輯運算功能,設置了大

24、量的稱為盒的附加命令,如定時器、計算器、格式轉換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學運算指令等,充分的發(fā)揮了計算機的強大計算功能,他們與內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種復雜控制功能。2.4 PLC的分類PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)有了多種形式,而且功能也不盡相同,分類時,一般按以下原則來考慮。一般而言,處理I/O點數(shù)越多,則控制關系就比較復雜,用戶要求的程序存儲器容量比較大,要求PLC指令及其他功能比較多,指令執(zhí)行的過程也比較快。按PLC的輸入、輸出點數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。(1小型機小型機PLC的功能一般以開關量控制為主,小型PLC輸入、輸出點數(shù)一般在256點以下,用戶程序存儲器容量在4K左右。

25、現(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點是價格低廉,體積小巧,適合于控制單臺設備和開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。(2中型機中型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2562048點之間,用戶程序存儲器容量達到8K字左右。中型PLC不僅具有開關量和模擬量的控制功能,還具有更強的數(shù)字計算能力,它的通信功能和模擬量處理功能更強大,中型機比小型機更豐富,中型機適用于更復雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場合。

26、(3大型機大型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上,用戶程序儲存器容量達到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機相當,它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的能力,還具有強大的網(wǎng)絡結構和通信聯(lián)網(wǎng)能力,有些PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示,能夠表示過程的動態(tài)流程,記錄各種曲線,PID調(diào)節(jié)參數(shù)等;它配備多種智能板,構成一臺多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián),和上位機相聯(lián),組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司

27、的SLC5/05等系列。根據(jù)PLC結構形式的不同,PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。(1整體式結構整體式結構的特點是將PLC的基本部件,如CUP板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標準的機殼內(nèi),構成一個整體,組成PLC的一個基本單元(主機或擴展單元。基本單元上設有擴展端口,通過擴展電纜與擴展單元相連,配有許多專用的特殊功能的模塊,如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等,以構成PLC不同的配置。整體式結構的PLC體積小,成本底,安裝方便。微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200。(2模塊式結構模塊式結構的PLC是由一些模塊單元構成,這些標準模塊如CUP模

28、塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等,將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的,外型尺寸是統(tǒng)一的,可根據(jù)需要靈活配置。目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。 多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多,維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便,因此較復雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。2.5 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似,主要原因是 PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術語,僅個別之處有不同。同時,信號的輸入/輸出形式及控制功能也基本上

29、是相同的,但是PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。(1邏輯控制繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯,利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián),及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯,其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高,一旦系統(tǒng)構成后,想改變或增加功能都很困難。另外,繼電器觸點數(shù)目有限,每個只有48個對觸點。因此,靈活性和擴展性很差。而PLC采用存儲器邏輯,其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中,要改變控制邏輯,只需改變程序即可,故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴展性都很好。(2工作方式電源接通時,繼電器控制電路中各個繼電器都同時處于受控狀態(tài),即該吸合的都應該吸合,不該吸合的都因受

30、某種條件限制不能吸合,它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中,各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中,屬于串行工作方式。(3可靠性和可維護性繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點,連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞,并有機械磨損,壽命短,因此可靠性和可維護性差。而PLC采用微電子技術,大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成,體積小、壽命長、可靠性高。PLC還配有自監(jiān)和監(jiān)督功能,能檢查出自身的故障,并隨時顯示給操作人員,還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況,為現(xiàn)場調(diào)試和維 繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制,工作頻率底,觸點的開閉動作一般在幾十ms數(shù)量級。另外,機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC是由

31、程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制,屬于無觸點控制,速度極快,一般一條用戶指令執(zhí)行時間在數(shù)量級,且不會出現(xiàn)抖動。(5定時控制繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行時間控制。一般來說,時間繼電器存在定時精度不高,定時范圍窄,且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響,調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導體集成電路做定時器,時基脈沖由晶體震蕩器發(fā)生,精度相當高,且定時時間不受環(huán)境的影響定時范圍一般從0.001s到若干天或更長。用戶和根據(jù)需要在程序中設定定時值,然后用軟件來控制定時時間。(6設計和施工使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程,其設計、施工、調(diào)試必須依次進行,周期長而且修改困難。工程越大著一點就越突出。而用PLC

32、完成一項控制工程,在系統(tǒng)設計完成以后,現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計(包括梯形圖的設計可以同時進行,周期短,且調(diào)試和修改都很方便。從以上幾個方面的比較可知,PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異,特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調(diào)試修改方便,而且體積小、功耗低、使用維護方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時,價格要高于繼電器系統(tǒng)。2.6 PLC控制系統(tǒng)的結構使用PLC可以構成多種形式的控制結構,下面介紹幾種常用的PLC控制系統(tǒng)。單機控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺PLC控制一個對象,控制系統(tǒng)要求的I/O點數(shù)和存儲器容量都比較小,沒有PLC的通 類型。在單機控制系統(tǒng)中由于控制對象比較

33、確定,因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確,I/O點數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 圖2.5 簡單的單機控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強大的PLC監(jiān)視、控制多個設備,形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中,各個設備之間的聯(lián)絡,連鎖關系、運行順序等統(tǒng)一由中央PLC來完成,如圖2.6示。顯然,集中控制系統(tǒng)比單機控制系統(tǒng)經(jīng)濟的多。但是當其中一個控制對象的控制程序需要改變時,必須停止運行中央PLC,其他的控制對象也必須停止運行。當各個控制對象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠時,需要大量的電纜線,造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應控制系統(tǒng)的改變,采用集中控制系統(tǒng)時,必須注意選擇I/O點數(shù)和存儲器容量

34、時要留有足夠的余量,以便滿足增加控制對象的要求。 分散控制系統(tǒng)的構成如圖2.7所示,每一個控制對象設置一臺PLC,各臺PLC可以通過信號傳遞進行內(nèi)部連鎖、響應或發(fā)令等,或者由上位機通過數(shù)據(jù)通信總線進行通訊。分散控制系統(tǒng)常用于多臺機械生產(chǎn)線的控制,各個生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個控制對象都由自己的PLC進行控制,當其中一個PLC停止運行時不需要停止運行其他的PLC。隨著PLC性能的不斷提高,由PLC擔當?shù)蛯涌刂迫蝿?通過網(wǎng)絡連接, PLC與過程控制相結合的分散控制系統(tǒng)將是計算機控制的重要發(fā)展方向。與集中控制系統(tǒng)相比,分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強。具有相同I/O 點數(shù)時,雖然分散控制系統(tǒng)中多用了

35、一臺或幾臺PLC,導致價格偏高,但是從維護、試運轉或增設控制對象等方面來看,其靈活性要大的多,總的成本核算是合理的。 圖2.7 分散控制系統(tǒng)PLC簡介PLC是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計,它采用可編程序的存儲器,用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物,它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點,充分利 可編程序控制器的基本結構及工作原理PLC種類繁多,

36、但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制,其實質(zhì)是按一定算法進行輸入輸出變換,并將這個變換予以物理實現(xiàn),應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計,采用了典型的計算機結構,它主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。PLC的結構框圖如圖1.1所示。 可編程序控制器的發(fā)展前景PLC中國市場預期以12.4%的年復合增長率(CAGR增長,市場份額預計從2006年的接近7.5億美元增長到2011年的13億美元。一些新興行業(yè)的運用以及新能源產(chǎn)生、儲存和基礎設施建設的需要,無疑給PLC帶來了巨大的機遇,特別是在OEM、樓宇自控等低迷的行業(yè)中,將會有很大的起色。課題簡

37、述本課程設計主要用于醫(yī)院病務區(qū)的病人有緊急或自己不方便的事件時呼叫護士站尋求幫助,護士根據(jù)站內(nèi)指示燈及響鈴獲取求助信息的來源,并能及時的給其提供幫助。護士在站內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號時及時將站內(nèi)燈及響鈴復位,在處理完后再在病床前的開關將病床及病房的燈及鈴復位。設計任務及要求病床呼叫系統(tǒng)控制要求:1、共有3個病房,每間病房2個床位。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕,以利病人不適時緊急呼叫。2、設每一層樓有一護士站,每一護士站均有該層樓病人緊急呼叫與處理完畢的重置按鈕。3、每一病床床頭均有一緊急指示燈,一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時,該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍,同

38、時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示 5、一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后,須先按下護士處理按鈕以取消閃爍情況,再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故,若事故處理妥當后,病房緊急閃爍指示燈和病床上的緊急指示燈才能被重置。設計方案說明1設計原則最大限度的滿足機械電氣設備或生產(chǎn)過程的控制要求;在滿足控制要求的情況下,力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟;保證控制系統(tǒng)的安全可靠;考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進,在選擇PLC容量時,應當留有余地。2設計內(nèi)容擬定控制系統(tǒng)設計的技術要求;選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行元件;選定PLC型號;編制PLC的輸入/輸出端子接線圖;根據(jù)系統(tǒng)設計的要求編寫軟件規(guī)格說明

39、書,然后在用相應的編程語言進行程序設計;設計操作臺、電氣柜及非標準電器元件;編寫設計說明書和使用說明書。3設計步驟深入了解和分析被控制對象的工藝條件及控制要求;選擇適合的的PLC類型;分配I/O點;設計控制系統(tǒng)梯形圖;輸入并調(diào)試程序。PLC控制器的選擇及編程元件的地址分配 I/O接線圖設計 AN I0.1AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5= M0.0NETWORK 2LD M0.0TON T101, +50NETWORK 3LD T101S M0.6, 1NETWORK 4LD M0.6AN I0.1= Q0.0NETWORK 5LD M0.6O M0.7A

40、N I0.1AN I0.3= Q0.2NETWORK 6LDN Q0.0ON Q0.1R M0.6, 1NETWORK 7LD M0.0AN I1.4= Q1.1NETWORK 8LDN Q1.1R M0.0, 1 /網(wǎng)絡注釋/LD I0.2ON M0.1AN I0.3AN M0.0AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5= M0.1NETWORK 10LD M0.1TON T102, +50NETWORK 11LD T102S M0.7, 1NETWORK 12LD M0.7AN I0.3= Q0.1NETWORK 13LD M0.7O M0.6AN I0.3AN I0.1=

41、 Q0.2NETWORK 14LDN Q0.1ON Q0.0R M0.7, 1NETWORK 15LD M0.1AN I1.5 LDN Q1.2R M0.1, 1NETWORK 17 /Net 3 /網(wǎng)絡注釋/LD I0.4ON M0.2AN I0.5AN M0.0AN M0.1AN M0.3AN M0.4AN M0.5= M0.2NETWORK 18LD M0.2TON T103, +50NETWORK 19LD T103S M1.0, 1NETWORK 20LD M1.0AN I0.5= Q0.3NETWORK 21LD M1.0O M1.1AN I0.5AN I0.7= Q0.5NETW

42、ORK 22LDN Q0.3ON Q0.4R M1.0, 1 AN I1.6= Q1.3NETWORK 24LDN Q1.3R M0.2, 1NETWORK 25 /Net 4 /網(wǎng)絡注釋/LD I0.6ON M0.3AN I0.7AN M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.4AN M0.5= M0.3NETWORK 26LD M0.3TON T104, +50NETWORK 27LD T104S M1.1, 1NETWORK 28LD M1.1AN I0.7= Q0.4NETWORK 29LD M1.1O M1.0AN I0.7AN I1.1= Q0.5 R M1.1, 1NETW

43、ORK 31LD M0.3AN I1.7= Q1.4NETWORK 32LDN Q1.4R M0.3, 1NETWORK 33 /Net 5 /網(wǎng)絡注釋/LD I1.0ON M0.0AN I1.1AN M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.5= M0.4NETWORK 34LD M0.4TON T105, +50NETWORK 35LD T105S M1.2, 1NETWORK 36LD M1.2AN I1.1= Q0.6NETWORK 37LD M1.2O M1.3 NETWORK 38LDN Q0.6ON Q0.7R M1.2, 1NETWORK 39LD M0.4AN I2.0= Q1.5NETWORK 40LDN Q1.5R M0.4, 1NETWORK 41 /Net 6 /網(wǎng)