可編程控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)

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1、可編程控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)摘要該畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹了可編程控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括PLC的定義、特點(diǎn)、分類、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件知識(shí)及PLC控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。并且，根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，采用三菱公司的FXON系列的PLC實(shí)現(xiàn)控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)通過了可編程控制器來實(shí)現(xiàn)洗滌過程，省時(shí)省力，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代家電用品的個(gè)性。 關(guān)鍵詞：全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC FXON系列前言 可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的功能性強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處

2、理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。該設(shè)計(jì)采用三菱公司的FXON系列可編程控制器。三菱公司的各系列有被已在國內(nèi)廣泛使用的FX系列代替的趨勢。我們?cè)谶@里有必要詳細(xì)介紹三菱的FX系列可編程控制器的性能指標(biāo)，硬件組成和指令。PLC的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個(gè)控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC型號(hào)，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)為全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制，主要介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，控制系統(tǒng)的PLC的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與

3、調(diào)試，控制系統(tǒng)PLC程序。最后，對(duì)于在設(shè)計(jì)過程中給予極大鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)，再次表示衷心的感謝。由于在設(shè)計(jì)過程中存在許多不足，希望老師和同學(xué)指正。目錄摘要1前言2第一章 緒論51.1 概論51.1.1 PLC的定義51.2 PLC的特點(diǎn)51.2.1 可靠性高61.2.2 易操作性71.2.3 靈活性81.2.4 機(jī)電一體化91.3 PLC 的分類91.3.1按結(jié)構(gòu)分類91.3.2按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類101.3.3按功能分類11 1.3.4按編程語言分類11 1.4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)11 1.4.1編程語言11 1.4.2儲(chǔ)蓄容量12 1.4.3輸入/輸出點(diǎn)數(shù)13 1.4.4掃描速度13

4、 1.4.5指令種類和數(shù)量14 1.4.6內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量14 1.4.7智能模塊的種類和數(shù)量14 1.4.8環(huán)境條件14 1.4.9可擴(kuò)展性14 1.4.10 可靠性15 1.4.11易操作性16 1.4.12經(jīng)濟(jì)性16第二章 PLC的結(jié)構(gòu)17 2.1PLC的基本結(jié)構(gòu)17 2.2整體式的結(jié)構(gòu)PLC17 2.3模塊式結(jié)構(gòu)的PLC17 2.4PLC各組成部分介紹18 2.5基本指令19第三章 PLC的工作原理21 3.1循環(huán)掃描技術(shù)213.2PLC的輸入/輸出的響應(yīng)時(shí)間22 第四章 PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟254.1設(shè)計(jì)原理254.2設(shè)計(jì)步驟25第五章 PLC的硬件知識(shí)255.1P

5、LC模塊介紹255.2FX2N PLC的硬件系統(tǒng)構(gòu)成34第六章 課程設(shè)計(jì)PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)366.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求366.2全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置366.3全自洗衣機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試396.4全自動(dòng)洗衣機(jī)控制PLC程序416.5設(shè)計(jì)小結(jié)48第七章 結(jié)束語49第一章 緒論 首先介紹一下可編程控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括PLC的產(chǎn)生和發(fā)展、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理及PLC控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。 1.1概述可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以

6、微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。1.1.1 PLC的定義PLC自問世以來，盡管時(shí)間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委員會(huì)(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定義：“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)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程控制器，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)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷盎嘘P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制

7、系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充基其功能的原則設(shè)計(jì)的?！笨傊?，可編程控制器是一臺(tái)專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它是將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、繼電器技術(shù)和通信技術(shù)相融合而發(fā)展起來的一種新型的控制裝置。在具體國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中，由于它不是針對(duì)某一具體的工業(yè)應(yīng)用，因此它的硬件應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行配置，其軟件則根據(jù)控制要求進(jìn)行編寫。1.2 PLC的特點(diǎn)PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器或通用計(jì)算機(jī)所無法比擬的特點(diǎn)。1.2.1可靠性高對(duì)可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性?？删幊炭刂破鞯目煽啃愿撸憩F(xiàn)在下列方面。 與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，可編程控制器可靠性提高

8、的主要原因如下： 可編程控制器不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，它接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間短，因此，可靠性得到提高。 可編程控制器采用一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，如冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷、信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF（可達(dá)1000000h），比繼電器邏輯控制系統(tǒng)提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。降低了MTTR，是可靠性得到提高。 可編程控制器有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此，降低了對(duì)操作和維修人員的技能要求，操作和維修人員容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性因此提高。 與通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較，可編程控制器可靠性提高的主要原因如下：

9、可編程控制器是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的標(biāo)準(zhǔn)編程語言，編程的出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境而設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高，因此，可編程控制器可靠性較通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高。 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)采用一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元器件，采用先進(jìn)的工藝制造流水線，對(duì)干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，采用電源的掉電保護(hù)、存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)，采用看門狗、其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計(jì)等。在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且對(duì)選用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡

10、化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)硬的抗振動(dòng)沖擊性能；無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成大量的開關(guān)動(dòng)作，就不會(huì)出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸電電弧等問題；所有的輸入/輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效的進(jìn)行隔離；PLC模塊式的結(jié)構(gòu)，可以再其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時(shí)間。 可編程控制器的軟件設(shè)計(jì)采用一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護(hù)和恢復(fù)、報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等。在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時(shí)器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)行處理器的延遲，保證在程序出現(xiàn)錯(cuò)誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程

11、序錯(cuò)誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時(shí)，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時(shí)，后電池盒正常工作時(shí)一樣，進(jìn)行對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。一份用戶選用可編程控制器原因的調(diào)查報(bào)告指出，在各種選用可編程控制器的原因中，有93%的用戶是因?yàn)榭删幊炭刂破鞯目煽啃愿叨x用的，因此可靠性高是首要原因；其次，才是性能和維修方面的原因?？梢姡煽啃愿邥r(shí)可編程控制器的主要特點(diǎn)。 1.2.2易操作性 可編程控制器的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面。操作方便?？删幊炭刂破鞯牟僮靼ǔ绦蜉斎氲牟僮骱统绦蚋牡牟僮?。大多數(shù)的可編程控制器采用編程器進(jìn)

12、行程序輸入和更改操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，多數(shù)可編程控制器的編程器采用個(gè)人計(jì)算機(jī)，提供了屏幕顯示功能，因此，程序的輸入能直接顯示。更改程序的操作也可根據(jù)所需地址編號(hào)、變量或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后可在線或立現(xiàn)更改，更改的信息可在液晶或CRT屏幕顯示。所以，可編程控制器具有操作方便的特點(diǎn)。編程簡單?？删幊炭刂破饔卸喾N標(biāo)準(zhǔn)編程語言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖編程語言與電氣原理圖相似，因此，更容易掌握和理解。采用語句表編程語言編程時(shí)，由于編程語言是功能的所學(xué)，便于記憶，并且與梯形圖一一對(duì)應(yīng)，所以，有利于編程人員編程操作。順序功能表圖編程語言以過程流程進(jìn)展為主線，非

13、常適合設(shè)計(jì)人員與工藝專業(yè)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)思想的溝通。功能塊圖編程語言和結(jié)構(gòu)化文本編程語言的編程方法的應(yīng)用正在普及，由于他們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用。維修方便?？删幊炭刂破魉哂械淖栽\斷功能對(duì)維修人員技能的要求降低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯示和故障信號(hào)燈的提示燈信息，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了MTTR.為了便于維修工作的開展，有些可編程控制器制造廠商提供維修用的專用儀表或設(shè)備，提供故障樹等維修用資料，有些廠商還提供維修用智能卡件或插件板，使維修工作變得

14、十分方便。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用備品、備件簡化等，也使維修工作變得方便?？删幊炭刂破鞯拿姘搴徒Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)業(yè)考慮了維修的方便性。例如，將需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，將信號(hào)燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，大大縮短了維修時(shí)間。1.2.3靈活性可編程控制器的靈活性表現(xiàn)在下列三方面。編程的靈活性?？删幊炭刂破鞑捎玫臉?biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、語句表、功能表圖、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編輯語言等。使用者只要掌握其中一種編程語言就可進(jìn)行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。采用軟連接方法，生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備

15、更換后，可不必改變可編程控制器的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。種種改變成的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使可編程控制器能大量地替代繼電器書按需控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造控制（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）和計(jì)算機(jī)集成流程工業(yè)系統(tǒng)（CIPS）中，可編程控制器正成為主要的控制設(shè)備，并得到了廣泛應(yīng)用。擴(kuò)展的靈活性。可編程控制器的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。它不僅可以通過增加輸入/輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展

16、單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺(tái)可編程控制器的通信來擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)（DCS）或其他上位機(jī)的通信來擴(kuò)展其功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶。操作的靈活性。操作靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量和安裝施工工作量的減少。操作變得十分方便和靈活，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制中所需要一些操作得到簡化，不通生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺(tái)或控制屏等。1.2.4機(jī)電一體化為使工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，對(duì)過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求。可編程控制器正是這已要求的產(chǎn)物，它是專為工業(yè)過程控制而設(shè)

17、計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)的結(jié)合，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合和集成一起，因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。1.3 PLC的分類可編程控制器產(chǎn)品的種類很多，一般可從它的結(jié)構(gòu)形式、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)以及功能范圍進(jìn)行分類。1.3.1 按結(jié)構(gòu)分類 可編程控制器是專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，為了便于現(xiàn)場安裝和接線，其結(jié)構(gòu)形式與一般計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別。主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)形式。整體式結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)型可編程控制器把中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、輸入/輸出擴(kuò)展接口單元、外部設(shè)備接口單元和電源單元等集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，

18、輸入/輸出端及電源進(jìn)出接線端分別設(shè)置在機(jī)箱的上下兩側(cè)。機(jī)箱的面板上有相應(yīng)的發(fā)光二極管LED顯示輸入/輸出、電源及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，面板上還留有輸入/輸出擴(kuò)展接口的插座、外部設(shè)備接口的插座和EPROM存儲(chǔ)器的插座等。整體結(jié)構(gòu)的可編程控制器具有輸入/輸出點(diǎn)數(shù)少、體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于單體設(shè)備的開關(guān)量控制和機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用等場合。模塊式結(jié)構(gòu)。模塊結(jié)構(gòu)型可編程控制器把中央處理單元和存儲(chǔ)器做成獨(dú)立的組件模塊，把輸入/輸出等單元做成各自相對(duì)獨(dú)立的模塊，然后組裝在一個(gè)帶有電源單位的機(jī)架或背板上。在機(jī)架或背板上有若干個(gè)模塊插槽或插座和連接這些插槽或插座的內(nèi)部系統(tǒng)總線。一些產(chǎn)品的機(jī)架或背板上還安裝了與輸入/

19、輸出擴(kuò)展機(jī)連接的接口插座等。各種模塊的一側(cè)安裝與內(nèi)部系統(tǒng)總線連接用的插頭，用于與機(jī)架或背板連接；另一側(cè)有與輸入/輸出擴(kuò)展機(jī)、外部設(shè)備相連的接口插座或現(xiàn)場控制信號(hào)相連的輸入/輸出接線端，模塊上的各種狀態(tài)指示燈也設(shè)置在這一側(cè)。模塊式結(jié)構(gòu)的可編程控制器具有輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可自由配置，模塊組合靈活等特點(diǎn)，適用于復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合。1.3.2按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類為了適應(yīng)不同生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，可編程控制器能處理的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是不同的。按其處理的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可分為超小型、小型、中型、大型、超大型五種類型。表1-1列出了各種類型可編程控制器的類型和特點(diǎn)。表1-1：類型輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)信號(hào)類

20、型用戶程序容量結(jié)構(gòu)形式超小型64開關(guān)量1KB整體型小型512開關(guān)量8KB整體型中型1024開關(guān)量、模擬量16KB模塊型大型4096有特殊I/0單元32KB模塊型超大型4096功能強(qiáng)，與DCS相當(dāng)32KB模塊型但是有的書籍又有下列說法：小型PLC連接開關(guān)量I/O模塊、模擬量I/O模塊以及其它各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)一下的PLC稱為小型PLC。其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，它可以據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。中型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在128512點(diǎn)之間的PLC稱為中型PLC。它除了具有小型機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的功能外，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能

21、、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。大型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)大于512的PLC稱為大型PLC。它具有強(qiáng)大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。另外大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。1.3.3按功能分類根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程中控制系統(tǒng)復(fù)雜程度的要求不同，可編程控制器的功能各不相同，大致分為抵擋、中檔、高檔三個(gè)檔次。表12列出了它們的主要功能。表12：類型功能抵擋開關(guān)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)中檔開關(guān)量和模擬量控制、數(shù)字運(yùn)算、中斷控制、通信高檔開關(guān)量和模擬量控制、矩陣運(yùn)算、數(shù)據(jù)管理、通信聯(lián)網(wǎng)1.3.4按編

22、程語言分類根據(jù)可使用的編程語言，可編程控制器可分為傳統(tǒng)可編程控制器、標(biāo)準(zhǔn)編程語言可編程控制器和基于PC的軟邏輯可編程控制器等。此外，也可根據(jù)其發(fā)展和應(yīng)用，分為可編程控制器、可編程自動(dòng)化控制器、可編程安全控制器等。1.4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)1.41編程語言編程語言是可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)化和操作性的重要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)可編程控制器編程語言有梯形圖、指令表、順序功能表圖、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本等。不同可編程控制器產(chǎn)品可能擁有其中一種、兩種或多種編程語言。早起可編程控制器產(chǎn)品的編程語言并不統(tǒng)一，各制造商根據(jù)各自產(chǎn)品開發(fā)專用編程語言，使程序的移植很困難。為此，IEC 611313制定了標(biāo)準(zhǔn)編程語言，為便于制造商

23、產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)的一致，PLCopen制定了三個(gè)一致性等級(jí)。即基本級(jí)、可重復(fù)使用級(jí)、和全兼容級(jí)?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)品符合基本級(jí)表示該產(chǎn)品能解決小系統(tǒng)的可移植性，符合可重復(fù)使用級(jí)和全兼容級(jí)的產(chǎn)品能夠解決功能塊程序的可移植性。梯形圖編程語言是在原電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器線路基礎(chǔ)上演變而來，它與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，為廣大電氣工程師所熟知，是可編程控制器主要的編程語言。指令表編程語言是一種用與匯編語言類似的助記符號(hào)進(jìn)行編程的編程語言，它用一系列可編程控制器操作指令組成的助記符號(hào)來描述控制邏輯關(guān)系。功能塊圖編程語言是近年來用于DCS等控制系統(tǒng)組態(tài)的編程語言。由于它采用圖形化方式表示功能塊之間的連接關(guān)

24、系，具有直觀清晰、易于操作和更改等特點(diǎn)，受到過程控制工程界的重視，并成為可編程控制器一種重要的編程語言。結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用高級(jí)語言編制應(yīng)用程序，特別適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)的描述，但對(duì)編程人員的技能要求較高。順序功能表圖編程語言是近30年來才開發(fā)的編程語言，它采用步描述控制系統(tǒng)的各個(gè)操作狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于每個(gè)活動(dòng)步，相連接的命令或動(dòng)作被執(zhí)行。這種編程語言對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)有情緒的描述，程序執(zhí)行時(shí)間段，受到用戶的歡迎。1.4.2存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序和系統(tǒng)參數(shù)等。其容量是由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的。程序存儲(chǔ)器容量大小決定了用戶所能編寫程序的長度。一般中小型PLC的存儲(chǔ)器容量在16GB以下，大

25、型的PLC可達(dá)到2MB左右?？删幊炭刂破鞯拇鎯?chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成。系統(tǒng)程序是制造廠商根據(jù)生產(chǎn)的可編程控制器所需達(dá)到的功能而編寫，并被固化在作為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的PROM或EPROM中，因此，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的容量大小是確定的。用戶程序是用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求而編寫的，因此，用戶程序存儲(chǔ)器的容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量與實(shí)際過程控制的要求有關(guān)，其容量是不固定的?？删幊炭刂破髦圃鞆S商根據(jù)其產(chǎn)品的功能、處理的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)等性能配置用戶程序存儲(chǔ)器的容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量。為此，用戶必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用應(yīng)用情況選擇有相應(yīng)用戶程序存儲(chǔ)器容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量的可編程控制器產(chǎn)品

26、。在選擇可編程控制器時(shí)，可編程控制器的存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和。1.4.3輸入/輸出點(diǎn)數(shù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對(duì)應(yīng)于PLC的輸入/輸出端的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，說明需要控制的器件和設(shè)備就越多。可編程控制器輸入/輸出單元的種類和點(diǎn)數(shù)多少?zèng)Q定其應(yīng)用規(guī)模的大小。不同種類可編程控制器適用范圍不同。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中輸入/輸出信號(hào)點(diǎn)數(shù)和信號(hào)類型等選擇不同種類的可編程控制器或相應(yīng)的輸入/輸出模塊。通常，開關(guān)量輸入/輸出單元采用最大的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)表示，模擬量輸入/輸出單元采用最大輸入/輸出通道數(shù)表示。對(duì)特殊的應(yīng)用，如需要高速計(jì)數(shù)功能、軸定位控制功能等

27、時(shí)，需要有特殊的輸入模塊或輸出模塊。1.4.4掃描速度掃描速度與產(chǎn)品選用的CPU性能、系統(tǒng)程序的質(zhì)量、用戶程序的長短和所用指令等有關(guān)。在系統(tǒng)程序支持下，可編程控制器主要任務(wù)是循環(huán)掃描六大任務(wù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的公共操作、系統(tǒng)與外界的信息交換和用戶程序執(zhí)行等任務(wù)。每次循環(huán)所用的掃描時(shí)間（掃描時(shí)間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行指令所用的時(shí)間）主要有掃描這些任務(wù)所需時(shí)間決定。第一部分、第二部分任務(wù)所需時(shí)間基本固定，不同產(chǎn)品類型決定其運(yùn)行時(shí)間的長短。第三部分任務(wù)是用戶程序執(zhí)行，它執(zhí)行的時(shí)間隨用戶編程應(yīng)用程序的不同而變化。有兩種表示可編

28、程控制器掃描速度的方法：一種方法是可編程控制器掃描1KB用戶程序所需的時(shí)間，其單位是ms/KB或s/KB；另一種方法是執(zhí)行常用邏輯類指令的平均時(shí)間，其單位是ms或s。根據(jù)可編程控制器產(chǎn)品的掃描時(shí)間和用戶程序，可大致估算程序的掃描周期，其值應(yīng)小于系統(tǒng)WDP的設(shè)定值。1.4.5指令種類和數(shù)量指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。1.4.6內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量內(nèi)部寄存器主要包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來完成計(jì)時(shí)、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。1.4.7智能模塊的種類和數(shù)量智能

29、模塊是指完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。智能模塊種類和數(shù)量越多，說明PLC的功能就越強(qiáng)大。1.4.8環(huán)境條件可編程控制器是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)，但在選用可編程控制器時(shí)還應(yīng)考察下列三個(gè)方面的使用指標(biāo)。工作環(huán)境。包括工作環(huán)境的溫度、濕度、環(huán)境中塵埃的要求等。電源要求。包括電源電壓、頻率、電壓紋波系數(shù)、電壓瞬間跌落、容量等?？垢蓴_性能。包括耐壓強(qiáng)度、抗電磁干擾強(qiáng)度、抗震動(dòng)強(qiáng)度等。1.4.9可擴(kuò)展性可編程控制器產(chǎn)品本身的發(fā)展建立在可擴(kuò)展性基礎(chǔ)上。用戶選擇可編程控制器時(shí)要考慮的可擴(kuò)展性包括下列內(nèi)容。輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展。輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的可擴(kuò)展性指是否還可連接輸入/輸出擴(kuò)展機(jī)架或母版，是

30、否可在原有機(jī)架或母版上再安裝輸入/輸出模板等?？删幊炭刂破鞯目刂迫萘看笮≈饕憩F(xiàn)在它能處理多少輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，而影響輸入/輸出點(diǎn)數(shù)增加的因素是機(jī)器的結(jié)構(gòu)和程序的掃描速度等，用戶在選擇機(jī)型是應(yīng)充分考慮輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的可擴(kuò)展性。存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展?？删幊炭刂破鞔鎯?chǔ)器容量的大小與用戶應(yīng)用程序的復(fù)雜程度和用戶編程技巧有關(guān)。當(dāng)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展后，如果用戶程序容量不能擴(kuò)展，則可能會(huì)因用戶程序容量不足而受到影響。因此，用戶選擇機(jī)型時(shí)要考慮存儲(chǔ)器容量的可擴(kuò)展性。控制區(qū)域的擴(kuò)展。可編程控制器的控制區(qū)域擴(kuò)展主要表現(xiàn)為通信聯(lián)網(wǎng)功能，當(dāng)可編程控制器的控制區(qū)域擴(kuò)展時(shí)，可通過通信網(wǎng)絡(luò)組成分別式控制系統(tǒng)，因此，用戶在選型時(shí)

31、應(yīng)考慮可編程控制器產(chǎn)品是否有通信功能，通信功能的強(qiáng)弱等。控制功能的擴(kuò)展。可編程控制器的功能在訂貨時(shí)已經(jīng)確定，但一些制造廠商也可通過提供不同的軟件使用戶得到不同的軟功能?？刂乒δ艿臄U(kuò)展也包括是否能提供相關(guān)智能控制功能模塊等，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求合理選用。冗余功能的擴(kuò)展。在重要應(yīng)用場合，可編程控制器應(yīng)考慮冗余配置。包括電源冗余、CPU冗余、輸入/輸出冗余和通信系統(tǒng)冗余等。一些可編程控制器可以進(jìn)行各種冗余配置，一些產(chǎn)品則沒有冗余功能的擴(kuò)展，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求合理選用。安全功能擴(kuò)展。隨著對(duì)安全要求的不斷提升，對(duì)可編程控制器的安全性和可編程控制器系統(tǒng)的安全性能提出越來越高的要求，可編程控制器的

32、安全功能擴(kuò)展包括對(duì)安全可編程控制器的選用和擴(kuò)展。1.4.10可靠性可靠性是可編程控制器能夠長盛不衰的主要原因。由于它的可靠性而選用的比例最高，而且是第一位的原因。這是由于可編程控制器是為工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，因而產(chǎn)品的可靠性必然是放在首位考慮的因素。可靠性指標(biāo)用可靠度、平均壽命、平均無故障時(shí)間、有效率等來評(píng)估。對(duì)于可維修的系統(tǒng)或設(shè)備，除了可靠性指標(biāo)外，還有可維護(hù)性指標(biāo)，通常用平均維修時(shí)間等指標(biāo)來 可維修性?？删幊炭刂破髟谔岣呖煽啃院涂删S修性方面采取了很多措施。例如，采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路芯片，減少焊點(diǎn)；采用低功耗CMOS元件器，降低功耗和發(fā)熱；采用表面安裝技術(shù)，增大元件和電路板的接

33、觸面積；優(yōu)化電路設(shè)計(jì)；采用高可靠性元器件和自動(dòng)化流水線作業(yè)；接線端座采用插拔式結(jié)構(gòu)，便于減少維修時(shí)間；采用模塊式結(jié)構(gòu)，減小故障影響范圍；采用自診斷、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)等。正是由于采用了可靠性設(shè)計(jì)，使可編程控制器的可靠性和可維修性大大提高。14.11易操作性可編程控制器的易操作性表現(xiàn)為易操作、易編程和易維修。易操作使操作人員能及時(shí)得到生產(chǎn)過程的信息，及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和控制；易編程使設(shè)計(jì)人員能方便地把設(shè)計(jì)思想編程用戶應(yīng)用程序，程序的輸入和更改十分簡單，并能在不影響生產(chǎn)過程運(yùn)行的條件下進(jìn)行在線更改，以適應(yīng)生產(chǎn)過程控制的要求；易維修使維修人員能從可編程控制器提供的信息中及時(shí)找到故障原

34、因和部位，能方便地更換故障的部件和模塊。易操作性還表現(xiàn)在編制的程序能為自控設(shè)計(jì)人員、工藝技術(shù)人員、安裝人員和操作人員所理解，以便及時(shí)得到溝通，縮短設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試時(shí)間。可編程控制器在易操作性方面采取了不少措施。例如，提供多種編程語言，供用戶使用；編程語言與計(jì)算機(jī)匯編語言比較，更易學(xué)習(xí)、掌握和理解；不少制造廠商提供的產(chǎn)品可以進(jìn)行在線編程，便于程序更改；為了對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視和進(jìn)行模擬操作，還提供各種指令和監(jiān)視顯示；為了使操作人員能及時(shí)了解故障部位，各個(gè)模塊設(shè)置相應(yīng)的故障信號(hào)燈；此外，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)架、方便地通信功能等也使可編程控制器的易操作性得到提高。1.4.12經(jīng)濟(jì)性任何一個(gè)產(chǎn)品都與經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。一個(gè)

35、好的可編程控制器產(chǎn)品，應(yīng)該是它的性能滿足工業(yè)生產(chǎn)過程控制應(yīng)用要求的條件下有較高的性能價(jià)格比。即在選擇可編程控制器產(chǎn)品時(shí)，首先應(yīng)使產(chǎn)品滿足生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求，在此前提下，應(yīng)選擇價(jià)格較低的產(chǎn)品。當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)性還與初期投資和今后的維修費(fèi)用有關(guān)。有時(shí)，產(chǎn)品的初期投資不高，但因可靠性較差或產(chǎn)品質(zhì)量較差，使投產(chǎn)后的維修費(fèi)用居高不下。在選擇可編程控制器產(chǎn)品時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分比較，合理選用。在考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，可用投資回收率來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。第二章 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)

36、構(gòu)兩類。2.2 整體式結(jié)構(gòu)的PLC整體式結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在一起。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。 圖21整體式結(jié)構(gòu)2.3模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線想到聯(lián)系。基本結(jié)構(gòu)框圖如22所示。 圖22 模塊式結(jié)構(gòu)2.3 PLC各組成部分介紹中央處理器 中央處理器（CPU）是PLC的核心部分，相當(dāng)于PLC的“大腦”。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

37、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、檢驗(yàn)用戶程序、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。存儲(chǔ)器根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，我們把存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)城西存儲(chǔ)器：用來存入軟件的存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。用戶程序存儲(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。輸入/輸出單元輸入/輸出單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元

38、接收現(xiàn)場設(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的信號(hào)經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備的。電源部分不同型號(hào)的PLC有同的供電方式，所以PLC電源的輸入電壓即有12V和24V直流，又有110V和220V交流。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。它還可以在線監(jiān)測程序的運(yùn)行情況。在出現(xiàn)故障時(shí)，通過編程器可能很方便地找出錯(cuò)誤。特殊功能單元主要包括模擬量輸入/輸出單元、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、中斷輸入模塊和PID調(diào)解模塊等。隨著PLC的進(jìn)一步發(fā)展，特殊功能單元的應(yīng)用也越來越

39、多。2.5基本指令2.5.1 LD/LDI指令：LD和LDI指令是連接在母線接線的觸點(diǎn)，表示操作開始。LD是常開觸點(diǎn)，LDI是常閉觸點(diǎn)。2.5.2 AND/ANI指令：AND和ANI指令時(shí)串聯(lián)連接的觸點(diǎn)，AND是常開觸點(diǎn)，ANI是常閉觸點(diǎn)。2.5.3 OR/ORI指令：OR和ORI指令是并聯(lián)連接的觸點(diǎn)，執(zhí)行邏輯“或”的功能。OR是常開觸點(diǎn)，ORI是常閉觸點(diǎn)。2.5.4 OUT指令：OUT指令執(zhí)行邏輯輸出功能，條件成立時(shí)為ON，條件不成立時(shí)是OFF。2.5.5 ANB/ORB指令：ANB完成支路間的串聯(lián)的功能，用于執(zhí)行支路之間“于”操作；ORB完成支路間的并聯(lián)的功能，用于執(zhí)行支路之間“或”操作。

40、2.5.6 比較指令：CMP（Compare）的功能指令編號(hào)為FNC10，16位運(yùn)算占7個(gè)程序步，32位運(yùn)算占13個(gè)程序步。2.5.7傳送指令：MOV的功能號(hào)為FNC12，它是將源操作數(shù)的內(nèi)容傳送目標(biāo)操作數(shù)。2.5.8四則邏輯運(yùn)算指令二進(jìn)制加法指令A(yù)DDADD的功能號(hào)為FNC20，它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相加，然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中。二進(jìn)制減指令SUBSUB的功能號(hào)為FNC21。它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相減，然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中。二進(jìn)制乘法指令MULMUL的功能號(hào)為FNC22，它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相乘，然后

41、運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作為地址的軟元件中。二進(jìn)制除法指令DIVDIV的功能號(hào)為FNC22.它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相除，然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)D中，余數(shù)傳送到D+1中。第三章 PLC的工作原理可編程控制器是專門的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。其工作原理建在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理基礎(chǔ)上，但根據(jù)其工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用條件，為便于現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的使用和維護(hù)，它配置了大量接口組件，采用特定監(jiān)控軟件，專用變成器件等。因此，從外形看，可編程控制器不同于計(jì)算機(jī)，它的操作方法、編程語言、工作過程也與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有區(qū)別。PLC的工作原理與繼電器構(gòu)成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控

42、制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作。也可以說繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個(gè)階段才能完成控制過程。3.1循環(huán)掃描技術(shù)PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為3個(gè)階段，輸入階段（將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備）。掃描過程如圖31所示。輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段 一個(gè)掃描周期 圖31 掃描過程3.1.1

43、輸入階段在這個(gè)階段中，PLC讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元。3.1.2執(zhí)行程序階段在這個(gè)階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個(gè)程序執(zhí)行中，輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。3.1.3輸出階段在這個(gè)階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)，開始控制外部設(shè)備。3.2 PLC的輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間I/O響應(yīng)時(shí)

44、間是指某一輸入信號(hào)從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需要的時(shí)間因?yàn)镻LC的循環(huán)掃描工作方式，所以受到輸入信號(hào)的時(shí)刻不同，響應(yīng)時(shí)間的長短也不同。下面就給出了最短和最長響應(yīng)時(shí)間。最短響應(yīng)時(shí)間：一個(gè)掃描周期剛結(jié)束就受到輸入信號(hào)，即受到這個(gè)輸入信號(hào)與開始下一個(gè)掃描周期同時(shí)，這樣的響應(yīng)時(shí)間最短?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時(shí)，所以最短響應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)掃描周期。最短響應(yīng)時(shí)間如圖32所示。程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出輸入一個(gè)掃描周期| 最 長 響 應(yīng) 時(shí) 間 |圖32最長響應(yīng)時(shí)間 最長響應(yīng)時(shí)間：在一個(gè)掃描更完成輸入讀取后才接到輸入信號(hào)，這樣這個(gè)輸入信號(hào)在該掃

45、描周期將不會(huì)發(fā)生改變，要等到下個(gè)掃描周期才能得到響應(yīng)。這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長如圖33所示。程序執(zhí)行階段輸出階段輸入程序程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段一個(gè)掃描周期輸入輸出| 最 長 響 應(yīng) 時(shí) 間|圖33最長響應(yīng)時(shí)間 第四章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)步驟 4.1設(shè)計(jì)原理PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好的實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則： 根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出來的控制系統(tǒng)能最大限度滿足控制要求。 在滿足控制要求的前提下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。 考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到PLC

46、系統(tǒng)硬件費(fèi)用。 在考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到PLC的可擴(kuò)展性。 控制系統(tǒng)使用和維護(hù)方便、安全可靠。4.2設(shè)計(jì)步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖41所示，具體操作如下：控制要求分析在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，必須對(duì)工藝流程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對(duì)象和控制要求，這樣才能真正明白自己要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。確定I/O設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合理的輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（接觸器、繼電器等）并根據(jù)選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。選擇合適的PLC確定PLC的點(diǎn)數(shù)后，就根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來進(jìn)行PLC的選擇。

47、選擇包括機(jī)型。存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。PLC程序設(shè)計(jì)本階段就是根據(jù)控制對(duì)象和控制要求對(duì)PLC進(jìn)行編程。首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號(hào)和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的關(guān)系，然后畫出程序流程圖，最后再進(jìn)行程序編制。I/O點(diǎn)數(shù)分配點(diǎn)數(shù)分配就是PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫出I/O接線原理圖。模擬調(diào)試程序編制好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將PLC與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問題，然后經(jīng)過修正后使其滿足控制要求。整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與設(shè)計(jì)有關(guān)文檔，包括設(shè)計(jì)說明書、I/O接線原理圖、程序清單和使用說明書等。開始設(shè)計(jì)控制要求分析確定I/O設(shè)備選擇合適的PLCI/O點(diǎn)數(shù)分配PLC程序設(shè)計(jì)模擬調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計(jì)結(jié)束 圖41設(shè)計(jì)步驟示意圖第五章 PLC的硬件知識(shí)本章主要介紹PLC的各種硬件模塊，以及PLC硬件系統(tǒng)配置的相關(guān)知識(shí)。通過本章的介紹，可以了解PLC的硬件知識(shí)，并知道如何在實(shí)際中應(yīng)用這些模塊。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用的是三菱系統(tǒng)，因此，只介紹三菱FX2N的相關(guān)知識(shí)。