免費(fèi)-基于PLC的密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)-自動(dòng)

免費(fèi)--基于PLC的密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)-自動(dòng)

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：自動(dòng)化論文畢業(yè)論文，免費(fèi)畢業(yè)論文--基于PLC的密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)-自動(dòng)論文樣本，在線游覽或下載，海量論文供你參考：

文摘本文介紹了密碼鎖的基本原理以及工作流

文摘本文介紹了密碼鎖的基本原理以及工作流程，然后以一次解鎖過(guò)程為例，把解鎖過(guò)程分為幾個(gè)程序塊，然后分別對(duì)程序塊進(jìn)行編程。具體說(shuō)明了可編程序控制器在密碼鎖中的作用。程序涉及到了密碼鎖工作的絕大部分過(guò)程。利用PLC控制的密碼鎖提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證密碼鎖能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞密碼鎖；可編程序控制器；梯形圖隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變得尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見不鮮，同時(shí)，機(jī)械鎖一般配有金屬鑰匙，帶起來(lái)太重，萬(wàn)一弄丟了，鎖可能也就沒用了。電子鎖保密性高，密碼泄露了，換個(gè)密碼，鎖照樣能用；使用靈活性好，萬(wàn)一忘記密碼，可以通過(guò)功能鍵，給用戶提示密碼；安全系數(shù)高，能夠防止不法分子多次試探密碼；性價(jià)比好，因此，密碼鎖受到了廣大用戶的青睞。出于安全、方便等方面的需要，許多智能鎖（如指紋辯識(shí)、IC卡辯識(shí)）已相繼問世，但這些產(chǎn)品的特點(diǎn)是針對(duì)特定指紋或有效卡，只能適用于保密要求高且僅供個(gè)別人使用的箱、柜、房間等，而且卡片式IC卡還有易丟失等特點(diǎn)，加上其成本一般比較高，一定程度上限制了這類產(chǎn)品的普及和推廣。本數(shù)字密碼鎖成本則相對(duì)較小。遠(yuǎn)古時(shí)代，鎖最初的樣式只是用于捆綁物品的繩子和繩結(jié)，以表示主人對(duì)物品的占有。在古希臘著名的傳說(shuō)里，馬其頓國(guó)王的王子亞歷山大侵入阿拉伯半島，占領(lǐng)了格爾迪奧恩。在城市的街道中心有的神殿中擺放有一輛古老的戰(zhàn)車，戰(zhàn)車上是著名的“格爾迪奧斯繩結(jié)”，根據(jù)傳說(shuō)解開繩結(jié)的人就是亞洲的統(tǒng)治者。亞歷山大都無(wú)法解開它。最后，他拔出了寶劍，用亞歷山大的方式，一劍將繩結(jié)砍為兩斷。很難說(shuō)亞歷山大的方式是不是真正地打開了繩結(jié)，但是今天的偷車賊們，在面對(duì)堅(jiān)固的方向盤鎖無(wú)從下手，干脆用鋸子把方向盤鋸開，他們會(huì)不會(huì)想到，他們的祖師爺，居然會(huì)是烜赫一時(shí)的亞歷山大？不過(guò)鎖具的發(fā)源，卻并不是從亞歷山大的王國(guó)開始。世界各國(guó)的專家們，普遍認(rèn)為鎖具的發(fā)源中心有兩個(gè)：一是兩河流域及埃及，最后傳到希臘、羅馬甚至整個(gè)西歐，直至英倫三島，再到美國(guó)；另一個(gè)中心就是中國(guó)，北上傳入朝鮮，東進(jìn)傳入日本，南下傳至越南等地。這一切變化，都發(fā)生在人類有了房間和房門以后。最初限定房門的只是粗陋的木栓——它逐漸演變成了更為結(jié)實(shí)的金屬鎖栓，為了能把它們插在鎖里固定住，機(jī)構(gòu)中便使用了發(fā)條和簧片——這些裝置的結(jié)構(gòu)位置加以改變，各種制式的鎖具便誕生了出來(lái)，為了打開它們，我們需要特定的鑰匙。早期的各種機(jī)械鎖定裝置是基于各種力學(xué)原理的基礎(chǔ)之上創(chuàng)造出來(lái)的。鑰匙的功能就是使鎖內(nèi)的鎖定機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變動(dòng)，在開鎖(解碼)的過(guò)程中，只有當(dāng)鑰匙編碼和鎖編碼經(jīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)鑒別確認(rèn)一致匹配時(shí)，才能通過(guò)傳動(dòng)機(jī)件使鎖栓、鎖舌動(dòng)作，釋放鎖扣，順利解碼。機(jī)械鎖具的安全性能，依靠?jī)蓷l機(jī)械原理，一是依靠鎖內(nèi)固定的障礙物，阻止假鑰匙進(jìn)入并旋轉(zhuǎn)，第二則利用一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)的限位物，安裝在鎖內(nèi)，由鑰匙決定它是否在之前預(yù)定開啟的位置上，其數(shù)量越多，則編碼越復(fù)雜，安全性能也相應(yīng)提高。機(jī)械鎖里這些原理，已經(jīng)誕生了上千年，仍被不斷地改進(jìn)著，鎖鑰機(jī)械結(jié)構(gòu)編碼的發(fā)展，直至今天，仍在伴隨著我們的生活。雖然越來(lái)越多的電子元器件被用于新的鎖具，但是機(jī)械門鎖在設(shè)計(jì)上一定會(huì)繼續(xù)下去。盡管電子設(shè)備的成本在今天已經(jīng)被大大降低，但是隨著材料工藝的發(fā)展，電子鎖要完全取代機(jī)械鎖，還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)日。電子鎖是采取電子電路控制，以電磁鐵或者衛(wèi)星電機(jī)和鎖體作為執(zhí)行裝置的機(jī)電一體化鎖具，相比傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具，電子所不使用金屬鑰匙，保密性、精度都有很大提高。電子鎖的發(fā)明思路，源自古代發(fā)明的自動(dòng)機(jī)械，例如古希臘數(shù)學(xué)家赫倫的液壓自動(dòng)門，中國(guó)古代諸葛亮的木牛流馬，它們以重力或蒸汽壓力驅(qū)動(dòng)，最廣泛的用途乃是用在古代墓道的地下機(jī)關(guān)。電子工業(yè)的誕生，使得以微小電量驅(qū)動(dòng)機(jī)械成為可能，于是有了電子鎖一日千里的躍進(jìn)。據(jù)有關(guān)資料介紹，電子鎖的研究從30年代就開始了，在某些特殊場(chǎng)所早就有所應(yīng)用。研究這種鎖的初衷，是提高鎖的安全性，因?yàn)殡娮渔i的密鑰量（密碼量）極大，可以和機(jī)械鎖配合，避免因鑰匙被仿制而出現(xiàn)的問題。在安全性極高的前提下，它的另一個(gè)特點(diǎn)——無(wú)需鑰匙卻被越來(lái)越多的人所欣賞。因?yàn)槿藗償y帶的鑰匙很多已成為累贅，而電子鎖只需記住一組密碼，無(wú)需攜帶金屬鑰匙，免除了人們的煩惱。電子鎖的種類繁多，從大的方面講可能有數(shù)十種，例如數(shù)碼鎖、指紋鎖、卡片鎖、磁卡鎖、生物鎖等等。但能談上的上實(shí)用一些或者大眾化一些的還是按鍵式電子密碼鎖。這是一種操作方式類似于按鍵電話機(jī)的電子鎖，通過(guò)鍵盤上的數(shù)碼按鍵一次輸入一組密碼，如果密碼與內(nèi)部已約定的密碼相同，則輸出一個(gè)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)電磁鐵或者小馬達(dá)將門閂打開，完成一個(gè)開鎖過(guò)程。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，隨著電子鎖專用集成電路的出現(xiàn)，電子鎖的體積縮小，可靠性提高，廉價(jià)產(chǎn)品開始出現(xiàn)。實(shí)用性已經(jīng)具備，可以說(shuō)已經(jīng)有了沖擊機(jī)械鎖市場(chǎng)的條件。1密碼鎖介紹1.1密碼鎖功能分析這部分闡述了密碼鎖的各種動(dòng)作功能和控制要求，給出了完整的密碼鎖操作規(guī)程，并介紹了密碼鎖運(yùn)行系統(tǒng)種所包括的人工操作步驟。1.1.1.密碼鎖基本功能在進(jìn)行上、下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定密碼鎖本身所具備的功能及在進(jìn)行某種操作后所具有的狀態(tài)。在實(shí)際生活中，我們用到密碼鎖的地方很多，有密碼箱。保險(xiǎn)柜等等。本文是設(shè)計(jì)密碼鎖在自動(dòng)門上的應(yīng)用，我們?cè)陂T上裝上密碼按鍵，也就是從0到9這十個(gè)數(shù)字。在PLC中它分別表示SB0-SB9這十個(gè)按鈕，鍵盤上還有確認(rèn)鍵，密碼修改鍵，還有個(gè)按鈕在門中，用門把手來(lái)控制是否啟動(dòng)密碼鎖。它的基本控制過(guò)程為1、當(dāng)輸入密碼40812453后，再按確認(rèn)鍵，門上綠色指示燈亮，表示密碼正確，這時(shí)將門把手向下扭動(dòng)，即可打開門。2、當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤超過(guò)三次時(shí)，紅燈閃爍，同時(shí)發(fā)出警報(bào)聲3、當(dāng)再次鎖上門時(shí)，可根據(jù)需要看是否啟動(dòng)密碼鎖，如果需要，則將把手向上扭動(dòng),密碼鎖啟動(dòng)，否則不啟動(dòng)密碼鎖4、如果密碼泄露，可啟動(dòng)密碼2。密碼為198728，啟動(dòng)密碼2后。密碼1失效，在正常情況下,也可以選擇啟動(dòng)密碼1或密碼2。5、在密碼確認(rèn)前，如果失誤將密碼安錯(cuò)，可按修改鍵，重新輸入密碼。密碼鎖的工作流程圖如圖1所示。圖1密碼鎖工作流程圖1.2PLC的選型原則當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)完成后，選擇PLC就成為最重要的事情。一方面要選擇多大容量的PLC,另一方面是選擇什么公司的PLC及外設(shè)。對(duì)第一個(gè)問題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果他們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際電數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220V的負(fù)載負(fù)載使用。則直流24V的負(fù)載只能使用其他的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出的PLC了。對(duì)第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：（1）功能方面所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)某些特殊要求

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊

，就要知道所選用的PLC是否有能力控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（2）價(jià)格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是必須考慮的因數(shù)。PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。1.3PLC的概述1.3.1PLC的產(chǎn)生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(lái)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)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.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.20世紀(jì)60年代末期，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，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(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，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來(lái)是：（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)（3）可靠性高于繼電器控制裝置（4）體積小于繼電器控制盤（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)（6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)（7）輸入可以是交流150V以上（8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最?。?0）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過(guò)程的需要）十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。1.3.2PLC的定義美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。1.3.3PLC的發(fā)展趨勢(shì)PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價(jià)格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，相當(dāng)與一本精裝本書的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來(lái)大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。（2）向大容量、高速度方向發(fā)展大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強(qiáng)了過(guò)程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲(chǔ)容量大大增加。（3）智能型I/O模塊的發(fā)展智能型I/O模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的時(shí)間很少，有利于提高PLC的掃描速度。（4）基于PC的編程軟件取代編程器隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái)越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。編程軟件可以對(duì)PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。（5）PLC編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。在硬件方面，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程能夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。（6）PLC通信的易用化PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中控制。（7）組態(tài)軟件與PLC的軟件化個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。（8）PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線I/O與PLC可以組成功能強(qiáng)大的、廉價(jià)的DCS系統(tǒng)。（9）開發(fā)新型特殊功能模塊I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大處理能力。(10)CPU的處理速度進(jìn)一步加快目前，PLC的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的CPU也不過(guò)80486，將來(lái)會(huì)全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。1.3.4PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面：1）隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于PLC的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。2）濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。3）對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘（WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán)），立即報(bào)警，以保證CPU可靠運(yùn)行。5）利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。6）對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。8）以集成電路為基本

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)P

元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。（4）功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。（5）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。（7）易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。1.3.5PLC的主要功能（1）條件控制功能條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時(shí)/記數(shù)控制功能定時(shí)/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。（3）數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。（4）步進(jìn)控制功能步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。（5）A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能是指通過(guò)A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。（6）運(yùn)動(dòng)控制功能運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)控制。（7）過(guò)程控制功能過(guò)程控制功能是指通過(guò)PLC的PID控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。（8）擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高PLC的控制功能。（9）遠(yuǎn)程I/O功能遠(yuǎn)程I/O功能是指通過(guò)I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。（10）通信聯(lián)網(wǎng)功能通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過(guò)PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。（11）監(jiān)控功能監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。2PLC概述2.1PLC組成2.1.1PLC的輸入通過(guò)對(duì)繼電器控制特點(diǎn)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(shè)備的直接輸入問題。由于當(dāng)時(shí)主要集中在開關(guān)量控制，也就是開關(guān)量（觸點(diǎn)的開閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識(shí)別，對(duì)此就需要解決以下幾個(gè)問題：有源接入，無(wú)源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。PLC就是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過(guò)程，人們?cè)鴮⒂?jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)不能直接和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計(jì)算機(jī)的I/O功能，開關(guān)邏輯處理不夠豐富和強(qiáng)大。現(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個(gè)方面的問題，可以讓PLC和外部設(shè)備直接進(jìn)行物理的連接。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運(yùn)算的強(qiáng)大的運(yùn)算功能，使其能夠完成復(fù)雜的控制功能，這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因。2.1.2PLC的輸出輸出問題主要是接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力問題，或者說(shuō)是帶負(fù)載能力和輸出方式的問題。輸出動(dòng)作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點(diǎn)能否驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅(qū)動(dòng)這些元器件,并提供了多種輸出方式且動(dòng)作次數(shù)可保證萬(wàn)次無(wú)故障的產(chǎn)品。2.1.3PLC的控制機(jī)制PLC已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對(duì)其控制機(jī)制有了準(zhǔn)確的理解，才能對(duì)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(chǎng)設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)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(guān)量，從而達(dá)到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過(guò)對(duì)繼電器的控制的電路的特點(diǎn)的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點(diǎn)在于各個(gè)控制單元是否動(dòng)作是由其接點(diǎn)條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時(shí)刻，可有多個(gè)不同的控制單元繼電器的動(dòng)作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏輯動(dòng)作順序也是由接點(diǎn)條件來(lái)控制的。這于計(jì)算機(jī)順序執(zhí)行的工作的特點(diǎn)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(gè)是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的思想和高速的特點(diǎn)，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(shuō)就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式：Y(n)=f(x(n-1),y(n-1))式中，Y（n）為某一時(shí)間段的輸出值；Y（n-1）為上一時(shí)間段的輸出值；X（n-1）為上一時(shí)間段某一時(shí)刻的輸入值；F為他們應(yīng)滿足的控制關(guān)系。即某一時(shí)間段的輸出完全取決于上一時(shí)間某一時(shí)刻的輸入和上一時(shí)間段的輸出。至于上一時(shí)間段的輸出，在參加計(jì)算的時(shí)候，只是存儲(chǔ)在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運(yùn)算過(guò)程中并不修改端子的輸出值。真實(shí)的輸出已表現(xiàn)在端子的接點(diǎn)上，并要保持一個(gè)時(shí)間段，也就是采取集中輸出的方式，在計(jì)算的過(guò)程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會(huì)對(duì)先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時(shí)間段足夠短，并且PLC周而復(fù)始的運(yùn)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(chǔ)在寄存器中，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大邏輯家能力，以完成更復(fù)雜的控制功能。如圖1所示，PLC與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I/O變換，并將這個(gè)變換物

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。（1）輸入寄存器輸入寄存器可按為進(jìn)行尋址，每一為對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量

理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。（1）輸入寄存器輸入寄存器可按為進(jìn)行尋址，每一為對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。CUP可以讀其值，但是不可以寫或進(jìn)行修改。（2）輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值，表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值，在程序執(zhí)行過(guò)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(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。（3）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。（4）CUP單元CUP單元控制著I/O寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)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(yǔ)提供PLC與其他設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件圖2PLC的組成2.1.4PLC的定義最初，可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLC。只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開關(guān)量的邏輯控制。1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(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)和算術(shù)操作等面向擁護(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。2.1.5PLC的特點(diǎn)（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(chǔ)，一般PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)以上。（2）控制功能強(qiáng)。PLC采用的CUP一般是具有較強(qiáng)位處理功能的為處理機(jī)，為了增強(qiáng)其復(fù)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(yùn)行方式，使其功能得到極大的增強(qiáng)。（3）編程方便易學(xué)。第一編程語(yǔ)言（梯形圖）是一種圖形編程語(yǔ)言，與多年來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)人員學(xué)習(xí)。（4）使用于惡劣的工作環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場(chǎng)合。（5）與外部設(shè)備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動(dòng)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(jià)比高。（8）模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號(hào)的PLC可用于控制從幾個(gè)I/O點(diǎn)到幾百個(gè)I/O點(diǎn)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。2.1.6PLC的性能指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型PLC的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2KB~~2MB。（2）I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標(biāo)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(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動(dòng)控制的觀點(diǎn)來(lái)看，決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。（4）指令的多少她是衡量PLC能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。（5）內(nèi)部寄存器的配置和容量它直接對(duì)用戶編制程序提供支持，對(duì)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(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和PLC功能的擴(kuò)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(shuō)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)等功能。2.1.7PLC的分類不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類結(jié)果，PLC常用的分類方式有如下兩種。按其I/O點(diǎn)數(shù)一般分為微型（32點(diǎn)以下）、小型（128點(diǎn)以下）、中型（1024點(diǎn)以下）、大型（2048點(diǎn)以下）、超大型（從2048點(diǎn)以上可達(dá)8192點(diǎn)以上）5種。按結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式3種。2.2PLC工作原理2.2.1循環(huán)掃描CUP連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CUP的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CUP自診斷測(cè)試及寫輸出等等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識(shí)周而復(fù)始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)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(gè)周期中可以完成以下5個(gè)掃描過(guò)程。（1）自診斷測(cè)試掃描過(guò)程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。（2）與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過(guò)程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過(guò)程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過(guò)程，這一過(guò)程用于PLC之間及PLC與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。（3）用戶程序掃描過(guò)程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期內(nèi)都包含該掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短會(huì)影響過(guò)程所用的時(shí)間。（4）讀輸入、寫輸出掃描過(guò)程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都包含這個(gè)掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。CUP在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映象寄存器：一個(gè)為輸入映象寄存器，另一個(gè)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(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過(guò)程中，CUP把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過(guò)程中CUP把輸出映像寄存器的值的輸出點(diǎn)。循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：（1）掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)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(lái)控制程序的執(zhí)行。（3）對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。（4）各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點(diǎn)。在讀輸入階段，CUP對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CUP按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)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(shí)將執(zhí)行結(jié)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(huì)改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)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(diǎn)：（1）集中采用I/O，程序掃描期間輸入

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。這種集中圖3PLC信號(hào)的傳遞過(guò)程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)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。這種集中圖3PLC信號(hào)的傳遞過(guò)程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)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。（2）程序執(zhí)行時(shí)，存取映象寄存器要比讀寫I/O端點(diǎn)快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。（3）I/O點(diǎn)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。2.2.2I/O響應(yīng)時(shí)間由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在沒個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長(zhǎng)，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。響應(yīng)時(shí)間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時(shí)間部分決定。（1）PLC輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時(shí)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(shí)間稱為輸出延遲，對(duì)于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對(duì)于不同信號(hào)的PLC可以通過(guò)查表得到。（3）程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來(lái)決定，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人員須對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，使PLC的響應(yīng)時(shí)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(guò)一個(gè)掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時(shí)間，稱為最小I/O響應(yīng)時(shí)間。在最不利的情況下，輸入點(diǎn)的狀態(tài)恰好錯(cuò)過(guò)了輸入的鎖入時(shí)刻，造成在下一個(gè)輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個(gè)掃描周期時(shí)間，稱為最大I/O響應(yīng)時(shí)間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無(wú)關(guān)。2.2.3PLC中的存儲(chǔ)器PLC中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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，用戶不能更改其內(nèi)容。（2）用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。（3）用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。2.3PLC的編程語(yǔ)言PLC的硬件系統(tǒng)中，與PLC的編程應(yīng)用關(guān)系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)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(chǔ)地址。PLC和其他的計(jì)算機(jī)一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都作了分區(qū)，為了每個(gè)存儲(chǔ)單元編排了地址，并且經(jīng)機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序?yàn)槊總€(gè)存儲(chǔ)單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲(chǔ)元件。這就是前面提到過(guò)的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名，認(rèn)為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點(diǎn)，并且線圈得電，觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)然這個(gè)線圈和觸點(diǎn)只是假象，所謂線圈得電不過(guò)是存儲(chǔ)單元置1，線圈失電，不過(guò)就是存儲(chǔ)單元置0，也正因?yàn)槿绱?，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個(gè)突出的好處，可以認(rèn)為它們具有無(wú)數(shù)多對(duì)動(dòng)合動(dòng)斷觸點(diǎn)，因此每取用一次它的觸點(diǎn)，不過(guò)是讀一次它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而已。2.3.1PLC的編程結(jié)構(gòu)功能圖任何語(yǔ)言都有編程的對(duì)象和基礎(chǔ)，重要介紹梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言，而功能圖是理解這兩種語(yǔ)言的基礎(chǔ)。如圖3所示為PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖。輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動(dòng)的，梯形圖中只能使用其介入點(diǎn)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?zèng)Q定了PLC控制功能的強(qiáng)弱，相當(dāng)于工作寄存器的多少和功能的強(qiáng)弱。實(shí)際的PLC中并沒有圖中的物理繼電器，用繼電器來(lái)表示PLC的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)是為了使習(xí)慣于繼電器控制的工程技術(shù)人員更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在設(shè)計(jì)繼電器控制電路一樣。梯形圖語(yǔ)言是一種圖形化的語(yǔ)言，是一種面向控制過(guò)程的“自然語(yǔ)言”。梯形圖編程語(yǔ)言形象、直觀、準(zhǔn)確的描述了邏輯控制關(guān)系，容易被廣大的工程技術(shù)人員所掌握。PLC與被控對(duì)象所連接的只是I/O條件，而I/O之間的組合控制關(guān)系需要用軟件的方法來(lái)描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當(dāng)然還有語(yǔ)句等表示其他的語(yǔ)言。語(yǔ)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(chǔ)器中，PLC就能夠直接解釋并實(shí)現(xiàn)I/O間的控制關(guān)系。當(dāng)控制關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，只要修改梯形圖程序，重新輸入到PLC的存儲(chǔ)器即可。圖4PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖2.3.2梯形圖編程語(yǔ)言PLC是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語(yǔ)言。PLC的編程語(yǔ)言有多種，如梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語(yǔ)句表編程語(yǔ)言類似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來(lái)表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素。一般而言，梯形圖程序讓PLC仿真來(lái)自電源的電流通過(guò)一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)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(jí)”或網(wǎng)絡(luò)。程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡(luò)，按照從做到右、從上到下的順序進(jìn)行。一旦CUP執(zhí)行到程序的結(jié)尾，就又從上到下執(zhí)行程序。在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，指令以列為基礎(chǔ)被執(zhí)行，從上而下、從左到右依次執(zhí)行，直到本網(wǎng)絡(luò)的最后一個(gè)線圈列。因此為了充分利用存儲(chǔ)器容量，使掃描時(shí)間盡可能短，利用梯形圖編程時(shí)應(yīng)限制觸點(diǎn)之間的距離，并使網(wǎng)絡(luò)左上邊這部分空白最少。其中，串聯(lián)觸點(diǎn)較多的支路要寫在上面，并聯(lián)支路應(yīng)寫在左邊，線圈放于觸點(diǎn)的右邊。如圖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(dòng)機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。梯形圖和繼電器控制電路圖很相似，這是可以用PLC控制取代繼電器控制的基礎(chǔ)，可以把經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明設(shè)計(jì)是成功的繼電器電路圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計(jì)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(diǎn)。當(dāng)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5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，繼電器與其他控制電器之間的連接必須通過(guò)硬件連接線來(lái)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(dāng)它的“線圈”通電時(shí)，其所屬的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；當(dāng)它的線圈斷電時(shí)，其所屬的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均恢復(fù)常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有更改簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等特點(diǎn)。而繼電器控制電路圖是點(diǎn)線連接圖，相對(duì)來(lái)素施工困難、更改費(fèi)力。（2）PLC中的每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著一個(gè)內(nèi)部的寄存器，由于可以隨時(shí)不受限地讀取其內(nèi)容，所以，可以認(rèn)為PLC的繼電器有無(wú)數(shù)個(gè)常開、常閉觸點(diǎn)供用戶使用。PLC梯形圖中的觸點(diǎn)代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實(shí)際開關(guān)、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點(diǎn)條件等。而物理繼電器的觸點(diǎn)個(gè)數(shù)是有限的。（3）PLC的輸入繼電器是由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，在梯形圖中只能用其觸點(diǎn)，這在物理繼電器中是不可能的。線圈通常代表“邏輯”輸出結(jié)果，如燈、電機(jī)啟動(dòng)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(diǎn)的動(dòng)作順序和是延遲逐個(gè)動(dòng)作的，動(dòng)作順序與電路圖的編寫順序無(wú)關(guān)。PLC按照掃描方式工作，首先采取輸入信號(hào)，然后對(duì)所有梯形圖進(jìn)行計(jì)算，造成了宏觀與動(dòng)作順序的無(wú)關(guān)，但是微觀上在一個(gè)時(shí)間段上的是實(shí)際執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致而不是無(wú)關(guān)的。（5）PLC梯形圖中的兩根母線以失去原有的意義，它只表示一個(gè)梯形的起始和終了，并無(wú)實(shí)際電流通過(guò)，假象的概念電流只能從左向右流。為了充分發(fā)揮CUP

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：的邏輯運(yùn)算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，如定時(shí)器、計(jì)算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，充分的發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算

的邏輯運(yùn)算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，如定時(shí)器、計(jì)算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，充分的發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能，他們與內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種復(fù)雜控制功能。2.4PLC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(shí)，一般按以下原則來(lái)考慮2.4.1按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類一般而言，處理I/O點(diǎn)數(shù)越多，則控制關(guān)系就比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)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(guò)程也比較快。按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。（1）小型機(jī)小型機(jī)PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K左右?，F(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(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)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(jī)中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256~~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過(guò)程控制系統(tǒng)場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。（3）大型機(jī)大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序儲(chǔ)存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(guò)程的動(dòng)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(gòu)成一臺(tái)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)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公司的SLC5/05等系列。2.4.2按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過(guò)擴(kuò)展電纜與擴(kuò)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(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200（2）模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CUP模塊、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(gè)模塊功能是獨(dú)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。整體式PLC每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)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(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。2.5PLC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(hào)和術(shù)語(yǔ)，僅個(gè)別之處有不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也基本上是相同的，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(gè)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(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有4——8個(gè)對(duì)觸點(diǎn)。因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)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(kuò)展性都很好。（2）工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制電路中各個(gè)繼電器都同時(shí)處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)該吸合，不該吸合的都因受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(guò)程中，屬于串行工作方式。（3）可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，體積小、壽命長(zhǎng)、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(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。（4）控制速度繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率底，觸點(diǎn)的開閉動(dòng)作一般在幾十MS數(shù)量級(jí)。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，屬于無(wú)觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時(shí)間在數(shù)量級(jí)，且不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)。（5）定時(shí)控制繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體震蕩器發(fā)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響定時(shí)范圍一般從0.001S到若干天或更長(zhǎng)。用戶和根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，然后用軟件來(lái)控制定時(shí)時(shí)間。（6）設(shè)計(jì)和施工使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長(zhǎng)而且修改困難。工程越大著一點(diǎn)就越突出。而用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和控制邏輯的設(shè)計(jì)（包括梯形圖的設(shè)計(jì)）可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。從以上幾個(gè)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(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)。2.6PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用PLC可以構(gòu)成多種形式的控制結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種常用的PLC控制系統(tǒng)。2.6.1單機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)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(tái)PLC控制一個(gè)對(duì)象，控制系統(tǒng)要求的I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量都比較小，沒有PLC的通訊問題，采樣條件和執(zhí)行結(jié)構(gòu)都比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了。如圖5所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)，圖中PLC可以選用任何一種類型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對(duì)象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量等參數(shù)的余量

2013-07-1501:12

導(dǎo)讀：適中即可等參數(shù)的余量適中即可。圖6簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)2.6.2集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的控

適中即可等參數(shù)的余量適中即可。圖6簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)2.6.2集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，連鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由中央PLC來(lái)完成，如圖6示顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的多。但是當(dāng)其中一個(gè)控制對(duì)象的控制程序需要改變時(shí)，必須停止運(yùn)行中央PLC，其他的控制對(duì)象也必須停止運(yùn)行。當(dāng)各個(gè)控制對(duì)象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時(shí)，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意選擇I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量時(shí)要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對(duì)象的要求。圖7集中控制系統(tǒng)2.6.3分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖7所示，每一個(gè)控制對(duì)象設(shè)置一臺(tái)PLC，各臺(tái)PLC可以通過(guò)信號(hào)傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。分散控制系統(tǒng)常用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各個(gè)生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個(gè)控制對(duì)象都由自己的PLC進(jìn)行控制，當(dāng)其中一個(gè)PLC停止運(yùn)行時(shí)不需要停止運(yùn)行其他的PLC。隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔(dān)當(dāng)?shù)蛯涌刂迫蝿?wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與過(guò)程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)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(qiáng)。具有相同I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺(tái)或幾臺(tái)PLC，導(dǎo)致價(jià)格偏高，但是從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對(duì)象等方面來(lái)看，其靈活性要大的多，總的成本核算是合理的。圖8分散控制系統(tǒng)2.7三菱PLC的優(yōu)點(diǎn)菱電公司的AnSH和FX2N型PLC在工業(yè)控制中是市場(chǎng)占有率較高的PLC，以其可靠應(yīng)用的品質(zhì)、較高的性價(jià)比和抗干擾性能強(qiáng)而著稱，這兩款PLC的應(yīng)用使得系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性得到了保證。2）與其他產(chǎn)品相比，三菱PLC指令簡(jiǎn)潔，給用戶編程，維護(hù)都帶來(lái)極大方便，降低了生產(chǎn)成本，可較大縮短開發(fā)周期。3）CC－Link現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸速率較高，數(shù)據(jù)傳輸可靠性好，保證了本系統(tǒng)大量仿真數(shù)據(jù)的可靠傳輸，使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性得到了保證。同時(shí)，CC－Link的應(yīng)用大量減少現(xiàn)場(chǎng)布線，使得系統(tǒng)的可維護(hù)性得到了提高。4）系統(tǒng)采用真正的分布式概念，使得仿真平臺(tái)相互之間的相關(guān)性減少，便于了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析和應(yīng)用。5）系統(tǒng)由現(xiàn)地手動(dòng)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制兩種方式，增加了系統(tǒng)的靈活性。3PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）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(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：(1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并于機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。(2)在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：（1）用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。（4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序餓設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。3.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過(guò)程分析控制要求。（2）根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC系統(tǒng)。（4）分配PLC餓I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖。（5）進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制太的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。3.4編寫梯形圖的注意事項(xiàng)（1）輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、記數(shù)器等器件的觸點(diǎn)可以多次重復(fù)使用，無(wú)需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少觸點(diǎn)的使用次數(shù)。（2）梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時(shí)候都被執(zhí)行的程序段，可以通過(guò)特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個(gè)沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點(diǎn)來(lái)連接。（3）在程序中，不允許同一編號(hào)的線圈兩次輸出。（4）不允許出現(xiàn)橋式電路。程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大右小”。3.5程序設(shè)計(jì)的步驟（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程土，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查輸入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。（6）待控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。若未滿足要求，再?gòu)男滦薷某绦蚧驒z查接線，直到滿足為止。（7）編寫技術(shù)文件。（8）交付使用。4密碼鎖PLC程序設(shè)計(jì)4.1密碼門的外形圖表1鍵盤圖密碼鎖的外形結(jié)構(gòu)如圖所示，將PLC鑲嵌與門中，門上L1，L2為指示，鍵盤上有14個(gè)按鈕，分別為密碼輸入鍵10個(gè)，確定鍵，修改鍵，密碼1，密碼2啟動(dòng)按鈕，圖表2門框整體圖4.2設(shè)計(jì)任務(wù)的確定密碼鎖的外形結(jié)構(gòu)如圖所示，將PLC鑲嵌與門中，門上L1，L2為指示，鍵盤上有14個(gè)按鈕，分別為密碼輸入鍵10個(gè)，確定鍵，修改鍵，密碼1，密碼2啟動(dòng)按鈕，4.3程序設(shè)計(jì)部分這部分內(nèi)容是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主體部分。所要完成的任務(wù)是仿真系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，即在上