畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于三菱FX0N系列PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院摘要該畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹了可編程序控制器（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fx0n系列的plc實(shí)現(xiàn)控制，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)通過了可編程序控制器來實(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 fx0n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，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)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

2、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fx0n系列可編程控制器。三菱公司的各系列有被已在國(guó)內(nèi)廣泛使用的fx系列代替的趨勢(shì)。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)與調(diào)試，控制系統(tǒng)plc

3、程序。最后，對(duì)于在該設(shè)計(jì)過程中給予極大鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由于在設(shè)計(jì)過程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。目錄摘要1前言2第一章 緒論 5 1.1概論5 1.1.1 plc的定義51.2 plc的特點(diǎn)5 1.2.1可靠性高6 1.2.2易操作性 7 1.2.3靈活性8 1.2.4機(jī)電一體化91.3 plc的分類9 1.3.1按結(jié)構(gòu)分類 9 1.3.2按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類 10 1.3.3按功能分類11 1.3.4按編程語言分類111.4 plc的主要技術(shù)指標(biāo)11 1.4.1編程語言 11 1.4.2存儲(chǔ)器容量12 1.4.3輸入/輸出點(diǎn)數(shù)13 1.4.4掃描速度13 1

4、.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141.4.9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)172.1 plc的基本結(jié)構(gòu)172.2整體式的結(jié)構(gòu)plc17 2.3模塊式結(jié)構(gòu)的plc17 2.4 plc各組成部分介紹18 2.5基本指令19第三章 plc的工作原理213.1循環(huán)掃描技術(shù)213.2 plc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)原則254.2 設(shè)計(jì)步驟25第五章 plc的硬件知識(shí)255.1 plc

5、的模塊介紹255.2 fx2n 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)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 全自動(dòng)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第八章 參考文獻(xiàn)50 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)、通信技術(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)已廣泛

6、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。1.1.1plc的定義 plc自問世以來，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)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

7、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?，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。在具體的國(guó)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。12 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?，表現(xiàn)在下列方面。1 與繼電器邏輯控制系統(tǒng)

8、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(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(jiǎn)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)1 000 000h），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(jiǎn)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

9、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(jiǎn)單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡(jiǎn)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，可編程控制器餓可靠性較通用計(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

10、，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡(jiǎn)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、觸點(diǎn)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)，可以在其中一個(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?？删幊炭刂破鞯能浖O(shè)計(jì)采取一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡(jiǎn)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

11、序出現(xiàn)錯(cuò)誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯(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(cè)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)，后電池和正常工作時(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。可見，可靠性高是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)

12、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(hào)、變量或接點(diǎn)號(hào)等直接進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后可在線或離線更改，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(jiǎn)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縮寫，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

13、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，由于它們具有功能清晰、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)燈的提示等信息，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

14、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(jiǎn)化等，也使維修工作變得方便。可編程控制器的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也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)化文本編程語言等。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)

15、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。這種編程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順序控制系統(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?？删幊炭刂破鞯臄U(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

16、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(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。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需要的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(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?？删幊炭刂破髡沁@一要求的產(chǎn)物

17、，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)地組合，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合和集成在一起，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。13 plc的分類 可編程控制器產(chǎn)品的種類很多，一般可以從它的結(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(chǎng)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使兩種結(jié)構(gòu)形式。 整體式結(jié)構(gòu)。整體結(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

18、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(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(chǎng)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)帶有電源單元的機(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

19、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與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)合。1.3.2按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分類為適應(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

20、:類型輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)信號(hào)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/o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、數(shù) 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下的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128-512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)

21、在功能外，還具有強(qiáng)在的網(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(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，大致分為低檔、中檔、高檔三個(gè)檔次。表1-2列出了它們的主要功能.表1-2：類型功能低檔開關(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

22、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(dòng)化控制器、可編程安全控制器等。14 plc的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.1編程語言編程語言是可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)化和易操作性的重要指標(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。早期可編程控制器產(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 61

23、131-3指定了標(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(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

24、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(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)有清晰的描述，程序執(zhí)行時(shí)間短，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(zhǎng)度。一般中小

25、型plc的存儲(chǔ)器容量在16kb以下，大型的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)用情況選擇有相應(yīng)用戶程序存儲(chǔ)器容

26、量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(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)是指根據(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?？删幊炭刂破鬏斎?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/輸出單元模塊。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

27、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(zhǎng)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(zhǎng)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

28、戶編制應(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?jī)?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

29、強(qiáng)大。1.4.7智能模塊的種類和數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、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功能越強(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(chǎng)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

30、還可連接輸入/輸出擴(kuò)展機(jī)架或母板，是否可在原有機(jī)架或母板上再安裝輸入/輸出模板等。可編程控制器的控制容量大小主要表現(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)型時(shí)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。可編程控制器存儲(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等有關(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)因用戶程序容量的不足而受影響。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?？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)

31、組成分布式控制系統(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?？刂乒δ艿臄U(kuò)展?？删幊炭刂破鞯墓δ茉谟嗀洉r(shí)已經(jīng)確定，但一些制造廠商也可通過提供不同的系統(tǒng)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(chǎng)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)功能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

32、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(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(zhǎng)盛不衰的主要原因。國(guó)外對(duì)使用可編程控制器原因的一份調(diào)查報(bào)告指出，在各種使用可編程控制器的原因中，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(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，還有可維修性指標(biāo)，通常用平均維修時(shí)間等指標(biāo)來表示可維修性。可編程控制器在提高可靠性和可維修性方面采取了很多措施。例如

33、，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元器件，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(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。1.4.11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)思想變成用戶應(yīng)用程序，程序的輸入和更改十分簡(jiǎn)單，并

34、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(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

35、信號(hào)燈；此外，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)架、方便的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(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

36、結(jié)構(gòu)plc實(shí)質(zhì)是一種用于工業(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(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2-1所示。電源中央處理器系統(tǒng)總線輸入/輸出單元存儲(chǔ)器編程器 圖2-1 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?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如2-2所示編程

37、器其他plc或上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電源模塊cpu模塊通信模塊輸入模塊輸出模塊殊功功能模塊機(jī)架圖2-2 模塊式結(jié)構(gòu)2.4 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)程序存儲(chǔ)器：用來存入軟件的存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)

38、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：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的plc，其存儲(chǔ)容量也不一樣。數(shù)據(jù)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。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)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有不同的供電方式，所以plc電源的輸入電壓既有12v和24v直流，又有110v和220v交流

39、。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。它還可以在線檢測(cè)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的找出錯(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指令是連接在母線連接的觸點(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指令是串聯(lián)連接的觸點(diǎn),and是常開觸點(diǎn), ani是常閉觸

40、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)行邏輯輸出的功能,條件成立時(shí)為on,條件不成立時(shí)為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(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

41、輯運(yùn)算指令 二進(jìn)制加法指令addadd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,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)為首地址的軟元件中.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

42、工作原理可編程控制器是專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。其工作原理建立在計(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(chǎng)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，專用編程器件等。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(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

43、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3-1所示。輸入階段程序執(zhí)行階段程序執(zhí)行階段輸出階段程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段 一個(gè)掃描周期圖3-1 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(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)

44、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)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)閜lc的循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號(hào)的時(shí)刻不同，響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短也不同。下面就給出了最短和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。最短響應(yīng)時(shí)間：一個(gè)掃描周期剛結(jié)束就收

45、到輸入信號(hào)，即收到這個(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3-2所示。程序執(zhí)行階段輸入階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出階段輸出階段程序執(zhí)行階段輸入輸出 一個(gè)掃描周期| 最短響應(yīng)時(shí)間 |圖3-2 最短響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)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)在該掃描周期將不會(huì)發(fā)生變化，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(zhǎng)如圖3-3所示。程序執(zhí)行階段輸入階段輸出階段程序執(zhí)行階段輸入階段輸出階段程序執(zhí)行階段輸入階段輸出階段程序執(zhí)行階段 一個(gè)掃描周期輸入輸出 |最 長(zhǎng) 響

46、 應(yīng) 時(shí) 間| 圖3-3 最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間第四章plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟4.1設(shè)計(jì)原則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：1 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。2 在滿足控制要求的前題下，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4-1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

47、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(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。5 i/o點(diǎn)數(shù)分配

48、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(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將plc與現(xiàn)場(chǎng)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)的文檔，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(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計(jì)結(jié)束圖4-1 設(shè)計(jì)步驟示意圖第五章 plc的硬件知

49、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)。51 plc的模塊介紹5.1.1 cpu模塊 圖5-1 三菱fx2n cpu的模塊面板示意圖可編程控制器是計(jì)算機(jī)控制裝置，其核心是中央處理單元（central processing unit）?？删幊炭刂破鞯闹醒胩幚韱卧c一般計(jì)算機(jī)中的中央處理器的概念有所不同，它不僅包括cpu芯片，還包括外圍芯片、總線接口和有關(guān)控制電路。因此，通常成為中央處理單元或cpu模塊。cpu模塊控制著整個(gè)p

50、lc控制系統(tǒng)的有序運(yùn)行。plc控制系統(tǒng)中，plc程序的輸入和執(zhí)行、plc之間或plc與上機(jī)之間的通信、接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都離不開該模塊。cpu模塊還可以進(jìn)行自我診斷，即當(dāng)電源、存儲(chǔ)器、輸入/輸出端子、通信等出故障時(shí)，它可以給出相應(yīng)的指示或做出相應(yīng)的動(dòng)作。中央處理單元主要包括微處理器和控制接口電路。微處理器是可編程控制器的運(yùn)算控制中心，用于實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作，完成系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序所賦予的各種任務(wù)。控制接口電路是微處理器與主機(jī)內(nèi)部其他單元進(jìn)行聯(lián)系的控制部件，主要有數(shù)據(jù)緩沖、單元選擇、信號(hào)匹配、中斷管理等功能。微處理器通過它實(shí)現(xiàn)與各個(gè)單元之間的可靠信息交換和

51、最佳的時(shí)序配合。1）功能微處理器的功能如下： 讀取現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備的狀態(tài)，接收和存儲(chǔ)其狀態(tài)信息。 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。 診斷電源和內(nèi)部電路的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤和電路故障并顯示報(bào)警。 系統(tǒng)運(yùn)行后，按掃描方式逐條讀取用戶程序指令。 對(duì)用戶程序指令解釋，并按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算等處理。 根據(jù)運(yùn)算處理的結(jié)果，更新輸出寄存器和有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)，經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信等。 對(duì)外部設(shè)備的請(qǐng)求做出響應(yīng)。2）類型可編程控制器的常用微處理器有三種類型：通用微處理器。按其處理數(shù)據(jù)的位數(shù)可分為4位、8位、16位和32位等?？删幊炭刂破鞔?/p>

52、多采用816位的通用微處理器，如z80a、8085、m6809、8086、m68000等。通用微處理器的特點(diǎn)是，cpu與配套芯片價(jià)格低，通用性強(qiáng)，有獨(dú)立輸入/輸出指令，指令格式短，執(zhí)行速度快，有利于縮短掃描時(shí)間，譯碼器件的硬件簡(jiǎn)單，采用i/o映射，易區(qū)別i/o和存儲(chǔ)器尋址等。 單片機(jī)。單片機(jī)將微處理器、部分存儲(chǔ)器、部分輸入/輸出接口及連接它們的控制接口電路集成在一片芯片上的處理器，如8051、8031、8039、8049等。它的邏輯處理功能強(qiáng)，有數(shù)字運(yùn)算和使用方便的通信接口，便于通信處理，具有高集成度、高可靠性、高功能、高運(yùn)算速度和低成本等特點(diǎn)。96系列單片機(jī)的字長(zhǎng)為16位，運(yùn)算速度快、體積小

53、，便于安裝和維修，為機(jī)電一體化提供了條件。有些單片機(jī)還包含一些特殊功能單元，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、串行通信接口等，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。 位片式微處理器。它采用雙極型工藝，處理速度極快，一般比mos型微處理器要快一個(gè)數(shù)量級(jí)，位片寬度有2位、4位、8位等，但可通過位片的“級(jí)聯(lián)”組成任意位字長(zhǎng)的處理器，它采用微程序設(shè)計(jì)，指令系統(tǒng)可被重新定義，靈活性強(qiáng)，采用流水線作業(yè)，執(zhí)行速度快。這類位片式微處理器有amd2900、amd2903、tms9900等。3)性能評(píng)估對(duì)cpu模塊的性能可從下列方面進(jìn)行評(píng)估。 工作速度：指cpu模塊處理一條基本指令所需的時(shí)間。工作速度越快，執(zhí)行用戶程序的時(shí)間越短，系統(tǒng)掃描周期也越短。一般cpu模塊的工作速度在零點(diǎn)幾微妙到幾毫秒。 指令種類和功能：指令種類的多少和指令功能的強(qiáng)弱反映可編程控制器的性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，指令的種類不斷增加，功能也更豐富。除能提供符合iec 61