可編程控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)

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，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、硬件知識及PLC控制系統(tǒng)等相關(guān)知識。并且，根據(jù)全自動洗衣機(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)簡單的全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。全自動洗衣機(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。我們在這里有必要詳細(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實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC型號，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)為全自動洗衣機(jī)的PLC控制，主要介紹了全自動洗衣機(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)與調(diào)試，控制系統(tǒng)PLC程序。最后，對于在設(shè)計(jì)過程中給予極大鼓勵和幫助的老師、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儲蓄容量12 1.4.3輸入/輸出點(diǎn)數(shù)13 1.4.4掃描速度13 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255.1PLC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全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)366.1全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求366.2全自動洗衣機(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，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。 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(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删幊炭刂破魇且慌_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的主要原因如下： 可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，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。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： 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，對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，采用電源的掉電保護(hù)、存儲器內(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、簡化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)硬的抗振動沖擊性能；無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成大量的開關(guān)動作，就不會出現(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)錯誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯誤而出現(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)行對用戶程序及動態(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)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、變量或接點(diǎn)號等直接進(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。可編程控制器有多種標(biāo)準(zhǔn)編程語言可供使用。對電氣技術(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。可編程控制器所具有的自診斷功能對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)展單元擴(kuò)大容量和功能，也可以通過多臺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?？删幊炭刂破髡沁@已要求的產(chǎn)物，它是專為工業(yè)過程控制而設(shè)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)，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/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)信號類型用戶程序容量結(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、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)成三級通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。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，為便于制造商產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)的一致，PLCopen制定了三個(gè)一致性等級。即基本級、可重復(fù)使用級、和全兼容級。可編程控制器的產(chǎn)品符合基本級表示該產(chǎn)品能解決小系統(tǒng)的可移植性，符合可重復(fù)使用級和全兼容級的產(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)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)，對應(yīng)于每個(gè)活動步，相連接的命令或動作被執(zhí)行。這種編程語言對于復(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存儲器容量存儲器用來存儲程序和系統(tǒng)參數(shù)等。其容量是由用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器組成的。程序存儲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的存儲器容量在16GB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右?？删幊炭刂破鞯拇鎯ζ饔上到y(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器組成。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)程序存儲器的PROM或EPROM中，因此，系統(tǒng)程序存儲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，用戶程序存儲器的容量和數(shù)據(jù)存儲器的容量與實(shí)際過程控制的要求有關(guān)，其容量是不固定的。可編程控制器制造廠商根據(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器的容量和數(shù)據(jù)存儲器的容量。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)用戶程序存儲器容量和數(shù)據(jù)存儲器容量的可編程控制器產(chǎn)品。在選擇可編程控制器時(shí)，可編程控制器的存儲容量通常指用戶程序存儲器容量和數(shù)據(jù)存儲器容量之和。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?？删幊炭刂破鬏斎?輸出單元的種類和點(diǎn)數(shù)多少決定其應(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/輸出信號點(diǎn)數(shù)和信號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、數(shù)據(jù)存儲還有其他一些功能。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。抗干擾性能。包括耐壓強(qiáng)度、抗電磁干擾強(qiáng)度、抗震動強(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。存儲器容量的擴(kuò)展?？删幊炭刂破鞔鎯ζ魅萘康拇笮∨c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)要考慮存儲器容量的可擴(kuò)展性?？刂茀^(qū)域的擴(kuò)展?？删幊炭刂破鞯目刂茀^(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)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。隨著對安全要求的不斷提升，對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，可編程控制器的安全功能擴(kuò)展包括對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?？煽啃灾笜?biāo)用可靠度、平均壽命、平均無故障時(shí)間、有效率等來評估。對于可維修的系統(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)?；虺笠?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觸面積；優(yōu)化電路設(shè)計(jì)；采用高可靠性元器件和自動化流水線作業(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?？删幊炭刂破髟谝撞僮餍苑矫娌扇×瞬簧俅胧?。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)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產(chǎn)品進(jìn)行評估。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)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?；窘Y(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)總線與用戶存儲器、輸入/輸出（I/O）、通信端口等單元相連。通過制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲器內(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)到存儲器、檢驗(yàn)用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行PLC內(nèi)部故障的診斷等。存儲器根據(jù)存儲器存儲內(nèi)容的不同，我們把存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)城西存儲器：用來存入軟件的存儲器。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。用戶程序存儲器：用以存放PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的存儲器。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。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。輸入單元接收現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供的開關(guān)量信號，經(jīng)過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備的。電源部分不同型號的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。2.5.6 比較指令：CMP（Compare）的功能指令編號為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)才會動作。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輸入階段在這個(gè)階段中，PLC讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。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)的輸入存儲單元讀入信號的狀態(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，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)間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號的改變所需要的時(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，即受到這個(gè)輸入信號與開始下一個(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，這樣這個(gè)輸入信號在該掃描周期將不會發(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，必須對工藝流程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對象和控制要求，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。選擇包括機(jī)型。存儲器容量、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)控制對象和控制要求對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。通過本章的介紹，可以了解PLC的硬件知識，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。