可編程邏輯控制器簡介

1、第1章 可編程邏輯控制器簡介知識點可編程邏輯控制器（PLC）功能邏輯控制的發(fā)展PLC的特點及應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)今主流PLC介紹本章導(dǎo)讀可編程控制器（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)字運算的電子系統(tǒng)。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(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。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(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

2、越大的作用。1.1 PLC的概述在PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）發(fā)展的過程中，由于時期不同、功能相異，PLC還曾被稱為可編程矩陣控制器PMC（Programmable Matrix Controller）、可編程順序控制器PSC（Programmable Sequence Controller），本書將沿用PLC的稱謂。1.1.1 PLC的概念“PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型

3、的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴充功能的原則設(shè)計。”上述是國際電工委員會于1985年1月對PLC所作的權(quán)威性的定義。對于PLC的定義，其補充說明如下。以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主，或包括控制過程參量在內(nèi)的邏輯控制、機電運動控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。1.1.2 PLC的功能可編程控制器是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動化設(shè)備，按照預(yù)先輸入的程序控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)，并按照一定規(guī)律進行動作。其主要功能體現(xiàn)在以下幾方面：1順序邏輯控制順序邏輯控制在PLC應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛，可以取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯

4、控制和順序控制。它既可以用于單機控制或多機控制，又可用于自動化生產(chǎn)線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進行相應(yīng)的操作。2運動控制在機械加工行業(yè)，PLC與計算機數(shù)控集成在一起，用以完成機床的運動控制。很多PLC制造廠家已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模板。在多數(shù)情況下，PLC將描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個軸移動時，位置控制模板將保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以確保運動平滑。目前已用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨削等應(yīng)用中。3定時控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時器，并設(shè)置了

5、定時器指令。一般每個定時器可實現(xiàn)0.1999.9s或0.0199.99s的定時控制，也可按一定方式進行定時時間的擴展。定時精度高，定時設(shè)定方便、靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，可用于準(zhǔn)確地實時控制。4計數(shù)控制PLC提供了多種計數(shù)器，如普通計數(shù)器、可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等，可以用來完成不同用途的計數(shù)控制。當(dāng)計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值等于計數(shù)器的設(shè)定值，或在某一數(shù)值范圍時，發(fā)出控制命令。計數(shù)器的計數(shù)值可以在運行中被讀出，也可以在運行中進行修改。5步進控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，并完成步進控制功能。在一道工序完成之后，自動進行下一道工序；一個工作周期結(jié)束后，自動進入下一個工作周期。

6、有些PLC還專門設(shè)有步進控制指令，使得步進控制更為方便。6數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如F2系列、C系列、S5系列PLC等可完成數(shù)據(jù)運算（如加、減、乘、除、乘方、開方等）、邏輯運算（如與、或、異或、求反等）、移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。7模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量（或稱模擬量）。過去，由于PLC善于邏輯運算控制，對于這些模擬量主要依靠儀表（如果回路數(shù)較少）或分布式控制系統(tǒng)DCS（如果回路數(shù)較多）來控制。目前，不但大、中型PLC具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC（如C系列P型機）也

7、具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。8通信及聯(lián)網(wǎng)目前大多數(shù)PLC都具有了通信能力，能夠在PLC與計算機之間同時進行同位鏈接及上位鏈接。通過這些通信技術(shù)，使PLC更容易構(gòu)成工廠自動化系統(tǒng)。也可與打印機、監(jiān)視器等外部設(shè)備相連，記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)。1.2 邏輯控制的發(fā)展1.2.1 繼電器邏輯控制在人們的日常生活和生產(chǎn)活動中，利用開關(guān)來實現(xiàn)在電路中“開”和“關(guān)”各種用電器及生產(chǎn)設(shè)備，或改變它們的工作方式，這種控制方式是極其普遍的。但對于加工生產(chǎn)線這樣大規(guī)模的電路，其電動機等設(shè)備少則幾十臺，多則數(shù)以百計，同時這種電路中的各種用電器往往要按照某種規(guī)律來安排其“開”和“關(guān)”的順序，因此若在這種場合下

8、仍由人來操作一個接一個的開關(guān)，顯然難于實現(xiàn)。此時繼電器邏輯控制電路就派上了用場。1繼電器邏輯控制電路的概念繼電器邏輯控制電路是根據(jù)外界輸入的特定信號和某種要求，自動地接通和斷開電路，斷續(xù)地或連續(xù)地改變電路參數(shù)或運行狀態(tài)，實現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、調(diào)節(jié)和保護的一種自動控制電路。從電路結(jié)構(gòu)上看，繼電器邏輯控制電路一般都具有兩個基本組成部分，即決策部分和執(zhí)行部分。決策部分負責(zé)檢測外界輸入的信號，通過轉(zhuǎn)換、放大、判斷、按照預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)則進行邏輯運算，作出相應(yīng)的控制決策，指揮執(zhí)行部分動作，以實現(xiàn)控制的最終目的。就控制角度而言，這里決策部分起了關(guān)鍵的作用。而決策部分所體現(xiàn)的控制規(guī)則，實際是通過

9、繼電器邏輯控制電路各部分預(yù)先按控制規(guī)則要求的固定聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)的。也就是說，其控制規(guī)則是以硬件的固定聯(lián)結(jié)來實現(xiàn)的。這也是繼電器邏輯控制電路不同于PLC的主要特征。2繼電器邏輯控制電路的主要組成部分如上所述，繼電器邏輯控制電路一般是由決策部分和執(zhí)行部分組成的，而決策部分（即邏輯運算部分）又可分為邏輯輸入部分和邏輯記憶部分。（1）邏輯輸入部分邏輯輸入部分主要由主令電器和檢測器件組成。 主令電器主令電器一般包括手動按鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)換器、凸輪控制器等，其主要功能是完成開機、關(guān)機、切換、應(yīng)急停機或調(diào)試等控制操作。主令電器給出的控制信號稱為主令信號。主令電器中最常用的還是按鈕，按鈕又分為常開按鈕和常閉按鈕。常開

10、按鈕在不按下時觸點分開，在按下時觸點合上。常閉按鈕在不按下時觸點閉合，在按下時觸點分開。將常開觸點和常閉觸點裝在一起的則是復(fù)合按鈕。 檢測器件檢測器件通常包括行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力繼電器、速度繼電器、熱繼電器、過電流繼電器等器件，其主要功能是檢測運動機件的行程或位置、壓力、速度、熱量、電流等物理量在自動控制過程中的狀態(tài)，以此作為繼電器邏輯控制電路按照控制規(guī)則進行決策的主要依據(jù)。檢測器件還可以包括時間繼電器。這是一種特殊的檢測器件，主要用于檢測某過程執(zhí)行的時間，以此作為繼電器邏輯控制電路按照控制規(guī)則進行決策的又一特殊的依據(jù)。檢測器件給出的控制信號稱為現(xiàn)場檢測信號，簡稱檢測信號。行程開關(guān)是將運動

11、部件的行程位置轉(zhuǎn)換為輸入信號的檢測器件。其工作原理與按鈕類似，當(dāng)加工機械的運動部件運動到相應(yīng)位置，碰撞壓力行程開關(guān)時，則輸出開關(guān)信號。與按鈕不同的是，它是靠機械的外加力量使觸點輸出信號的，而按鈕完全是靠手工完成的。由此可知，按鈕反映的是人的意志，而行程開關(guān)反映的是控制過程中的狀況。微動開關(guān)也是一種行程開關(guān)。接近開關(guān)是一種非接觸式的、電子式的運動部件行程位置檢測裝置。其作用與行程開關(guān)相同，但它實現(xiàn)了無觸點化。除了用于替代行程開關(guān)外，接近開關(guān)還可以作為高速脈沖發(fā)生器、高速計數(shù)器等。主令信號和檢測信號即構(gòu)成控制線路的輸入信號。（2）邏輯記憶部分邏輯記憶部分主要由繼電器組成，用來記憶邏輯輸入信號的變化

12、以及各邏輯輸入信號經(jīng)過某種邏輯運算后所得信號的變化。繼電器是一種依據(jù)某種形式的輸入信號而動作，從而輸出開關(guān)信號的自動控制（如電壓、電流）和非電量（如轉(zhuǎn)速、溫度、時間）。繼電器的種類很多，最常見的是電磁繼電器，此外還有干簧繼電器、熱繼電器和時間繼電器等。 電磁繼電器圖1-1 電磁繼電器電磁繼電器是一種最常見、用途最廣泛的繼電器，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由線圈、鐵心、銜鐵（即動鐵心）、返回彈簧及動觸頭、靜觸頭等構(gòu)成。當(dāng)線圈兩端加上一定量的電壓或線圈中通以一定量的電流時，鐵心磁化，銜鐵（即動鐵心）就會在磁力的作用下克服返回彈簧的拉力吸向靜觸頭，從而導(dǎo)致銜鐵上的動觸頭閉合或斷開。線圈未通電時處

13、于斷開狀態(tài)的一對動、靜觸頭稱為常開觸點，反之則稱為常閉觸點。線圈斷電后，銜鐵在返回彈簧的拉力下回到原位，使常開觸點斷開、常閉觸點閉合。當(dāng)一個動觸頭同時與一個靜觸頭閉合而與另一個靜觸頭斷開時，就稱它們?yōu)檗D(zhuǎn)換觸點。一個電磁繼電器可以有一對或數(shù)對常開觸點或常閉觸點（也可以二者兼有），也可以有一組或數(shù)組轉(zhuǎn)換觸點。一個繼電器的線圈及其觸頭，可以用同一字母及序號數(shù)碼來標(biāo)注，如J、J1、J2等。電磁繼電器的功能與接觸器迥然不同，它主要用于在控制電路中依據(jù)輸入信號的狀態(tài)（如行程開關(guān)觸點的分合、電流的大小、電壓的高低、時間的長短等）對應(yīng)輸出開關(guān)量的控制信號，而接觸器只是輸出執(zhí)行功率信號。電磁繼電器有一些顯著優(yōu)點

14、：² 可以用小信號、弱信號來操動大信號、強信號，也就是說，它不僅具有信號轉(zhuǎn)換和傳遞的功能，而且還有驅(qū)動的功能。² 可以實行遠距離控制。² 由于它可以采用多對接點，故可以方便地實現(xiàn)對多個對象的集中控制、連鎖控制、多點控制。² 其操動快速、準(zhǔn)確。電磁繼電器的種類很多，常見的就有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器和時間繼電器等。電流繼電器和電壓繼電器的區(qū)別主要在于線圈。電流繼電器的線圈是與負載串聯(lián)連接的，它是以負載電流為輸入信號，因此其線圈導(dǎo)線粗、匝數(shù)少；而電壓繼電器的線圈是與負載并聯(lián)連接的，它是以負載電壓為輸入信號，因此其線圈導(dǎo)線細、匝數(shù)多。中間繼電器實際上

15、就是一種特殊的電壓繼電器，只不過它的主要目的不是反映電壓，而是擴展觸點的數(shù)量和容量。時間繼電器的輸入信號是非電量時間，這是與前3種都不相同的。電磁繼電器按照加在線圈上的是直流電還是交流電而分為直流和交流繼電器。 干簧繼電器干簧繼電器又稱舌簧繼電器，這種繼電器分為線圈驅(qū)動和永磁驅(qū)動兩種，其結(jié)構(gòu)如圖1-2（a）和圖1-2（b）所示。當(dāng)干簧繼電器的線圈通電時，產(chǎn)生磁場，由導(dǎo)磁材料做成的干簧片被磁化而相吸，使被控電路接通。線圈斷電后，干簧片失磁，在自身彈力作用下分開，使被控電路切斷。而永磁干簧繼電器在永久磁鐵靠近干簧片時使其磁化而相吸，使被控電路接通。磁鐵離開時，干簧片靠自身的彈力分開，使被控電路切斷

16、。干簧繼電器一般只有一對干簧片常開觸點。 （a）線圈型 （b）永磁型圖1-2 干簧繼電器圖1-3 熱繼電器 熱繼電器熱繼電器是反映熱量的繼電器，其工作原理如圖1-3所示。熱繼電器的核心是雙金屬片，它是由兩種熱膨脹系數(shù)顯著不同的金屬片復(fù)合在一起壓軋而成的。當(dāng)熱繼電器通電時，加熱裝置亦通電加熱，由于雙金屬片上層a片的熱膨脹系數(shù)大于下層b片的熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高到一定程度時，雙金屬片就會向下彎曲，使常閉觸點斷開，常開觸點閉合。該繼電器主要用于保護電動機或其他負載，避免其過載或斷相以致嚴(yán)重過熱而燒毀設(shè)備。其主要缺點是：發(fā)熱原件間接加熱雙金屬片，熱耦合程度較差，雙金屬片的變形不能正確反映所保護對象的熱

17、特性，易產(chǎn)生較大誤差。 時間繼電器在獲得有效輸入信號后，延遲一段時間再動作的繼電器叫做時間繼電器。時間繼電器與電磁繼電器的結(jié)構(gòu)類似，它采用不同的方法，使線圈在通電或斷電的瞬間銜鐵不能立即吸合或釋放。按照所采用的不同方法（如短路銅套渦流式、氣囊式、電動機式或電子延時電路式等），時間繼電器劃分為電磁式、空氣阻尼式、電動機式及半導(dǎo)體式等。如圖1-4所示為各種繼電器的圖形符號。 （a）繼電器線圈 （b）繼電器常開觸點 （c）繼電器常閉觸點 （d）熱繼電器熱量元件 （e）熱繼電器常開觸點 （f）熱繼電器常閉觸點 （g）時間繼電器線圈 （h）延時閉合的時間繼電器常開觸點 （i）延時釋放的時間繼電器常開觸點

18、 （j）延時釋放的時間繼電器常閉觸點（k）延時閉合的時間繼電器常閉觸點圖1-4 繼電器圖形符號（3）執(zhí)行部分執(zhí)行部分主要由執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)可分為有記憶功能和無記憶功能兩種。有記憶功能的執(zhí)行機構(gòu)有各種容量的接觸器、繼電器等。無記憶功能的執(zhí)行機構(gòu)有電磁閥、電磁鐵、微電機、燈光負載、音量負載等。執(zhí)行機構(gòu)的主要功能是直接控制生產(chǎn)裝置執(zhí)行移動、轉(zhuǎn)動、升降、正反轉(zhuǎn)、開閉、分合等，以完成相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)。在執(zhí)行機構(gòu)中，由于要驅(qū)動大的負載，往往還需使用接觸器。接觸器是在繼電器控制電路中用來接通或切斷電路中負載的一種控制電路，故繼電器控制電路往往又被稱為繼電接觸控制電路。接觸器有交流接觸器與直流接觸器之分。

19、接觸器和繼電器的工作原理大致一樣，區(qū)別在于接觸器多是用來接通或切斷控制電路中主要回路較大電流負載，因而其主觸點容量較大（且一般有多對）；而繼電器多是用來接通或切斷繼電器邏輯控制電路中控制回路較小電流或電壓信號，因而其觸點容量較小（一般也可有多對）。交流接觸器通常的結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。它通常以3對主觸點通斷大負載電流，再配置2對輔助觸點用于控制。由于交流接觸器主觸點在切斷較大負載電流時通常要產(chǎn)生較強的電弧，極易燒壞觸點，嚴(yán)重影響交流接觸器的使用壽命，故在交流接觸器主觸點處通常都要加裝滅弧罩。接觸器的圖形符號如圖1-6所示。圖1-5 交流繼電器 （a）接觸器線圈 （b）接觸器常開主觸點 （c）接觸

20、器常閉主觸點 （d）接觸器常開輔助觸點（e）接觸器常閉輔助觸點圖1-6 接觸器圖形符號3基本繼電器邏輯控制線路（1）啟動、停止、自鎖電路圖1-7 啟動、停止、自鎖電路啟動、停止、自鎖電路如圖1-7所示，是繼電接觸控制系統(tǒng)中最常見的電路。當(dāng)操作人員按下按鈕SB1時，由于按鈕SB2的常閉觸點是閉合的，故線路向繼電器K線圈通電，因而繼電器K吸合，致使其常開觸點K閉合。即使此時SB1常開觸點斷開，由于繼電器常開觸點K閉合，仍繼續(xù)對線圈供電，維持繼電器吸合狀態(tài)，這就叫做“自鎖”（有的教材也稱“自?！保?。當(dāng)操作人員按下停止按鈕SB2時，其常閉觸點斷開，切斷了線圈供電通路，繼電器K釋放，其常開觸點K斷開。啟

21、動、停止、自鎖電路實際上是典型的“與”、“或”、“非”邏輯組合電路，若以A、B1、B2分別表示K、SB1、SB2的狀態(tài)，其邏輯代數(shù)式可表達為A=（B1+A）·（1-1）（2）行程控制在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需對大量的加工件、刀具、物料、運料小車等進行運動位置或行程的控制。如圖1-8所示為行程控制的一個實例。某機床刀架在初始狀態(tài)下停在軌道最左邊的極限位置上，使限位開關(guān)00411常開觸點接通而常閉觸點斷開。當(dāng)按下啟動按鈕00410時，其常開觸點接通，加之行程開關(guān)00412未被壓下，其常閉觸點處于接通狀態(tài)，控制刀架快進的00451繼電器線圈通電，控制刀架快進。當(dāng)?shù)都芸爝M到行程開關(guān)00412的位置

22、時，擋塊壓下行程開關(guān)00412，其常閉觸點斷開，使快進控制電路給00451線圈供電的通路斷開，00451繼電器釋放，刀架快進停止。而此時由于擋塊壓下00412行程開關(guān)，其常開觸點亦接通，加之行程開關(guān)00413未被壓下，其常閉觸點處于接通狀態(tài)，使控制刀架進行工作進給1（簡稱工進1）的00452繼電器線圈通電，因而控制刀架按工進1的速度進給。當(dāng)?shù)都苓M到行程開關(guān)00413的位置時，刀架將停止工進1的動作，而啟動00453繼電器，開始工進2的行程；而當(dāng)?shù)都苓M到行程開關(guān)00414的位置時，刀架將停止工進2的動作，而啟動00454繼電器，開始快退的行程；當(dāng)?shù)都芡说叫谐涕_關(guān)00411的位置時，刀架將停止快退

23、。至此，系統(tǒng)完成了一次完整的工作循環(huán)。最后兩個行程的工作原理，讀者可試著自行分析。按照上述行程控制電路，可以列出其邏輯代數(shù)式如下。00451=（00411·00410+00451）·（1-2）00452=（00412+00452）·（1-3）00453=（00413+00453）·（1-4）00454=（00414+00454）·（1-5）（3）定時控制電路繼電器接觸控制線路中是用時間繼電器（如空氣式、電動式、晶體管式時間繼電器）作為檢測并控制時間量的關(guān)鍵器件。通常定時控制電路有兩種：延時吸合電路和延時釋放電路。而按照計時的起始信號來分，又分為

24、得電延時和失電延時兩種電路。某機床電動機要求在按下按鈕SB1后正轉(zhuǎn)25s，然后停止5s，再反轉(zhuǎn)30s，最后再停止10s，這樣完成一個循環(huán)；以后自動完成這樣一個接一個的循環(huán)。如圖1-9所示即是完成這種要求的一個定時控制線路。從圖1-9中可以看出，當(dāng)按下按鈕SB1時，由于時間繼電器KT1的延時釋放的常閉觸點還處于閉合狀態(tài)，線路向繼電器K1和時間繼電器KT1同時供電，K1使機床電動機正轉(zhuǎn)，同時時間繼電器KT1也開始計時（在按鈕SB1釋放期間，K1的常開觸點起自鎖作用）。當(dāng)時間繼電器KT1計時到25s時，其延時釋放的常閉觸點KT1斷開，致使繼電器K1和時間繼電器KT1均失電而斷開。而此時由于時間繼電器

25、KT1的延時閉合的常開觸點KT1閉合，使得KT2時間繼電器得電而開始計時5s。以后的過程讀者可以參照圖1-9自行分析，不過需要注意的是，當(dāng)反轉(zhuǎn)停止并延時10s后，由于時間繼電器KT4的延時閉合的常開觸點KT4閉合，使得繼電器K1和時間繼電器KT1又得電，開始下一個循環(huán)。 圖1-8 行程控制實例 圖1-9 定時控制實例4繼電接觸式控制系統(tǒng)的設(shè)計在繼電接觸式控制系統(tǒng)的設(shè)計中，為了保證系統(tǒng)的使用效能和正確的動作程序，目前最常用的是采用經(jīng)驗的方法，即將常用的、典型的控制電路組合成符合要求的控制電路。采用此種方法設(shè)計時應(yīng)確定如下內(nèi)容：（1）自動工作循環(huán)的分析在確定控制方案之前，首先應(yīng)列出控制系統(tǒng)自動工作

26、循環(huán)的簡圖和說明、主令電器及行程開關(guān)等的布置與作用簡圖或說明、執(zhí)行機構(gòu)的通斷狀態(tài)與對應(yīng)動作的關(guān)系、自動工作循環(huán)中的循環(huán)周期表等，以對以后的設(shè)計提供必要的具體要求和條件，這也是整個設(shè)計過程中的需求分析過程。（2）聯(lián)鎖條件及電氣保護的確定在設(shè)計過程中要特別注意聯(lián)鎖條件及電氣保護的分析與確定，其中尤其要注意以下幾點。² 聯(lián)鎖關(guān)系：一般是指一個動作、效能與其他的動作、效能的關(guān)聯(lián)關(guān)系。也就是說，當(dāng)一個動作、效能具備后，才能進行其他的動作、效能。例如，當(dāng)高爐上料料斗在最低端裝滿料后，才能上行；同樣，當(dāng)其在最頂端卸完料后，才能下行。² 禁止關(guān)系：一個動作發(fā)生后禁止另一個動作的發(fā)生。例如，

27、前述高爐上料料斗在達到最低端或最頂端的位置時，必須禁止其繼續(xù)下行或繼續(xù)上行的動作。² 互鎖關(guān)系：一般是指一個動作、效能與其他的動作、效能間互相禁止的關(guān)系。例如，同一電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)肯定不能同時進行，必須先等其中一種動作完全停止，才能啟動進行另一個動作。² 恰當(dāng)?shù)夭捎糜洃泦卧?。在繼電接觸控制系統(tǒng)的控制過程中，若由某一事件是否發(fā)生來決定下一步的工作，則一般要引用一些記憶單元記憶事件的現(xiàn)實狀態(tài)。這種控制系統(tǒng)通常是順序控制系統(tǒng)。（3）輸入信號時間長短的處理在繼電接觸控制系統(tǒng)的控制過程中，常開觸點和常閉觸點輸入信號的長短經(jīng)常需要加以改造。通常遇到的問題是常開觸點輸入信號太短或常閉觸

28、點輸入信號太長。對于常開觸點輸入信號太短的問題，通常采用記憶單元來延長；而對于常閉觸點輸入信號太長的問題，通常采用一個信號與這個長信號相“與”的方法解決。另一種常用方法是用延時繼電器。1.2.2 可編程邏輯控制1可編程控制器概述對于國際電工委員會（IEC）于1985年1月對可編程控制器做的定義，還可以補充說明為：可編程控制器是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主或包括控制過程參量在內(nèi)的邏輯控制、機電運動控制或過程控制等工業(yè)控制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。更先進的可編程控制器還可利用其通信功能聯(lián)于網(wǎng)絡(luò)中或與其他裝置構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。限于篇幅，在本書中將著重討論PLC主要的也是應(yīng)用最廣泛的功能

29、，即邏輯控制功能，對其余功能只作簡略介紹。但需提醒讀者，不要因此以偏蓋全，以為本書已包含了PLC的全部內(nèi)容。2可編程控制器的特點（1）通信性和靈活性強，應(yīng)用廣泛可編程控制器不同于一般以硬件固定連接方式來體現(xiàn)控制機理的控制系統(tǒng)，其控制規(guī)則可根據(jù)不同的需求方便地以更新軟件來實現(xiàn)，故其適應(yīng)性極強，尤其適用于控制規(guī)則需要不斷更新的場合，如機械制造、電力、冶金、建材、煤炭、化工、石化、醫(yī)療、紡織、食品等，既可應(yīng)用于單機裝置中，又可以應(yīng)用于生產(chǎn)線中。（2）可靠性高，抗干擾的能力極強可編程控制器在硬件、軟件設(shè)計上均充分考慮了抗強烈干擾和對故障進行診斷與容錯的各種措施，如屏蔽、隔離、濾波、電壓調(diào)整、對故障的在

30、線診斷、對程序及數(shù)據(jù)的后備電池保護、WTD保護等，使其可靠性較之一般工業(yè)控制裝置高出很多。大多數(shù)PLC產(chǎn)品的平均無故障間隔時間MTBF都可達數(shù)十萬小時。有一個例子可以有力地說明PLC抗干擾能力的強大：PLC出廠試驗中有一項抗干擾試驗，是要承受幅值為1000V、上升時間為1ns、脈寬為1s的干擾脈沖沖擊。就這一特點而言，也使PLC贏得了眾多的用戶。（3）產(chǎn)品系列化、規(guī)?；?、功能完備、性能優(yōu)良可編程控制器發(fā)展到目前的這種局面，已經(jīng)擁有繁多的品牌，小、中、大系列齊全，各種功能的裝置和模塊相當(dāng)齊備，且性能異常優(yōu)良，用戶只需根據(jù)自己需要，選擇這些產(chǎn)品予以安裝并連上外部接線就可以方便地構(gòu)成自己的系統(tǒng)。就功

31、能來說，PLC除了滿足強大的邏輯控制功能外，還有不少的產(chǎn)品具有運動控制、PID過程控制、數(shù)控、數(shù)據(jù)處理以及通信等各種功能，遠遠超越了純開關(guān)量控制的概念。（4）編制程序簡單、容易由于可編程控制器控制程序充分照顧到了現(xiàn)在工程技術(shù)人員的習(xí)慣，既可用面向生產(chǎn)過程現(xiàn)場的簡單指令語句形式編程，又可以用大家普遍熟悉的梯形圖編程。對于復(fù)雜系統(tǒng)，有的可編程控制器還可以使用簡單易懂的功能圖表編程和模塊化的程序結(jié)構(gòu)（如主控程序結(jié)構(gòu)）等。使得編程和改變程序均很方便、靈活。（5）設(shè)計、安裝、調(diào)試周期短，擴充容易如前所述，由于PLC硬軟件產(chǎn)品齊全，故用戶組建系統(tǒng)時，設(shè)計、安裝、調(diào)試都很容易，與一般控制系統(tǒng)相比，大大縮短了

32、周期。由于PLC產(chǎn)品開發(fā)有大量擴展單元或不同規(guī)模不同功能的模塊，故用戶擴充自己系統(tǒng)的規(guī)?；驍U充功能都異常方便。（6）體積小、重量輕，維護方便PLC體積小、重量輕自不待說。PLC由于有自診斷功能，能及時將故障點顯示給維修人員，故排除故障相當(dāng)順利、簡單。加之PLC組裝、聯(lián)接簡單、維修時采用更換整個單元或模塊，故特別方便。3可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域近年來，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，功能更強大、規(guī)模不斷擴大而價格日趨低廉的元器件不斷涌現(xiàn)，促使PLC產(chǎn)品亦隨之功能大增而成本下降。目前PLC的應(yīng)用已經(jīng)遠遠超越了早期僅用于開關(guān)量控制的局面，現(xiàn)將其應(yīng)用領(lǐng)域簡述于下。（1）開關(guān)量邏輯控制這是PLC最廣泛的

33、應(yīng)用。已逐步取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制裝置，被用于單機或多機控制系統(tǒng)以及自動生產(chǎn)線上。PLC控制開關(guān)量的能力是很強的，所控制的入、出點數(shù)有時多達幾萬點。由于可以聯(lián)網(wǎng)，所以點數(shù)幾乎不受限制。所控制的如組合的、時序的、要考慮延時的、需要進行高速計數(shù)等的邏輯問題都可以解決。（2）運動控制目前很多廠商已經(jīng)開發(fā)出大量運動控制模塊。且功能是給步進電動機或伺服電動機等提供單軸或多軸的位置控制，并在控制中滿足適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以保證運動的平滑水準(zhǔn)。（3）過程控制當(dāng)前PLC產(chǎn)品中，還有一大類是針對生產(chǎn)過程參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等的檢測和控制而設(shè)計的。常用的有模擬量I/O模塊，通過這些模塊，不僅可以實現(xiàn)A

34、/D和D/A轉(zhuǎn)換，還可以進一步構(gòu)成閉環(huán)，實現(xiàn)PID一類的生產(chǎn)過程調(diào)節(jié)。而針對PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，又有專門的模塊，可以更方便地實施。這些產(chǎn)品，往往還引入了智能控制。（4）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC已具有數(shù)據(jù)傳送、排序、查表搜索、位操作以及邏輯運算、函數(shù)運算、矩陣運算等多種數(shù)據(jù)采集、分析、處理的功能。目前還有不少公司，將PLC的數(shù)據(jù)處理功能與計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè)備的功能緊密結(jié)合在一起，開發(fā)了用于CNC的PLC產(chǎn)品。（5）通信隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和計算機集散控制系統(tǒng)的逐步普及，PLC的網(wǎng)絡(luò)化通信產(chǎn)品也在大量被推出。這些產(chǎn)品解決了PLC之間、PLC與其擴展部分之間、PLC與上級計算機之間或其他網(wǎng)絡(luò)間的通信問題。

35、更有一些公司，還為其PLC系統(tǒng)開發(fā)了專門的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品包括有典型的如A-B公司的高速數(shù)據(jù)通道DH和DH+、SIEMENS公司的SINEC局域網(wǎng)等。通過這些產(chǎn)品，可將PLC、計算機、各種外設(shè)組成局域環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)還可以套非環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)與環(huán)網(wǎng)還可以橋接。網(wǎng)間的結(jié)點可直接或間接地通信、交換信息。聯(lián)網(wǎng)、通信，適應(yīng)了當(dāng)今諸如計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）及智能化工廠等先進技術(shù)發(fā)展的需要。它使工業(yè)控制從點（Point）到線（Line）再到面（Aero），使現(xiàn)場設(shè)備的控制、生產(chǎn)線的控制和工廠管理層的管理及決策連成一體，甚至實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理，以創(chuàng)造更高的境界。需要注意的是，并非所有PLC都具

36、有上述全部功能，越小型的PLC，其功能相應(yīng)也越少。1.3 主流PLC簡介下面介紹一些常見的主流PLC，用戶在今后選擇PLC產(chǎn)品組成自己的系統(tǒng)時可以此為參考。在選擇PLC時，往往著眼于以下幾個方面。（1）重要技術(shù)參數(shù)及I/O規(guī)模如CPU主頻大小、運算速度的快慢，又如內(nèi)存容量和擴展存儲等容量大小，再如I/O總數(shù)的多少以及通信傳輸速率等。（2）功能除根據(jù)需要選擇軸定位功能、PID過程控制功能、高速計數(shù)功能、CNC功能、操作員監(jiān)控功能、通信功能等外，還應(yīng)充分了解系統(tǒng)本身的中斷功能、自診斷與容錯功能、有無熱備份功能等情況。（3）結(jié)構(gòu)首先，應(yīng)弄清楚選用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是整體式（單元式）還是模塊式的；其次，應(yīng)根據(jù)

37、需要考慮用不用本地擴展I/O及遠程I/O等結(jié)構(gòu)；再進一步，則應(yīng)考慮用不用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（4）編程語言及編程終端大多數(shù)產(chǎn)品都提供了語句表（即指令程序）和梯形圖編程軟件，一些較好的產(chǎn)品還額外提供了順序功能圖SFC以及諸如主控程序（MCP）一類的模塊化編程軟件工具，甚至提供了C語言等高級語言的編程軟件工具。就編程終端（編程器）而言，通常是使用各公司配套的專用編程器，這種方式性價比較差。有鑒于此，一些卓有遠見的公司現(xiàn)在已開始提供可用于普通個人計算機的編程軟件，使得用戶不必購買編程器，而只需購買軟件即可實現(xiàn)編程操作。（5）產(chǎn)地和公司包括公司的技術(shù)實力及其售后對用戶的技術(shù)支持，這點也很重要。目前很多公司只注重

38、商務(wù)，而對技術(shù)培訓(xùn)、售后維護、新技術(shù)的升級等漠不關(guān)心，這種公司顯然是應(yīng)當(dāng)竭力回避的。PLC的主要產(chǎn)地在美國、歐洲（又以德國和法國為主）和日本3個地區(qū)。目前形形色色的PLC產(chǎn)品在千種以上。在美國，主要的生產(chǎn)商有A-B（Allen-Bradley）、莫迪康（MODICON）、GE FANUC、德州儀器（TI：Texas Instrument）、西屋（Westing House）、霍尼威爾（Honeywell）等。其中，A-B、MODICON、GE FANUC在中國市場占有較大份額。在歐洲，主要的生產(chǎn)商有德國的西門子（SIEMENS）、金鐘-默勒（Kiockner-Moeller）、Gmbh、BBC，法國的TE（Telemecanique）、Alsthom等。在中國市場上比較知名的，可能只有SIEMENS和TE。在日本，主要的生產(chǎn)商有三菱電機（MITSUBISHI）、歐姆龍（OMRON）、富士電機（Fuji Electric）、東芝（TOSHIBA）、光洋（KOYO）、松下電工（MEW）、日立（HITACHI）、夏普（SHARP）、和泉（I