PLC在清洗線上的應用

1、plc在清洗線上的應用目 錄摘要 . 1英文摘要 . 21緒論 . 3 1.1引言 . 31.2 本文研究的目的和意義 . 31.3 課題來源及背景 . 31.4 本文主要任務 . 42 plc系統(tǒng)介紹 42.1 plc的定義 . 42.2 plc的特點及應用 . 52.2.1plc的特點 52.2.2 plc的應用 . 52.3 plc的硬件及其結構 . 62.3.1中央處理器 . 72.3.2 存儲器 . 72.3.3 輸入輸出接口 . 82.3.4 電源 . 92.3.5 外部設備 . 92.4 plc的軟件 . 92.4.1軟件的分類 . 92.4.2 應用軟件編程語言的表達方式 .

2、92.5 plc的工作原理及工作過程 . 112.5.1 分時處理及掃描工作方式 . 112.5.2 掃描方式及plc的兩種工作狀態(tài) . 122.5.3 輸入輸出滯后方式 . 123 plc編程 . 143.1工藝流程圖 . 143.2控制流程 . 143.3 算法確定 . 183.4 stl編程要點及注意事項 . 183.5 plc的選型 . 193.6 畫流程圖 . 193.6.1 主程序流程圖 . 203.6.2 吊籃上升子程序流程圖 . 213.6.3 吊籃下降子程序流程圖 . 213.6.4 行車子程序流程圖 . 223.7 i/o地址編寫 . 233.7.1自動程序i/o地址 .

3、. 233.7.2 手動程序i/o地址 . 233.8plc梯形圖程序 . 243.8.1 手動操作梯形圖 243.8.2 自動操作梯形圖 244 變頻調速原理簡介 . 255 軟件調試 . 275.1 仿真和調試方法 . 275.2 本程序調試過程 . 27總結 . 28致謝 . 29參考文獻 . 30附錄a 開題報告 . 31附錄b中期報告 . 32附錄c 手動梯形圖程序. 33附錄d 自動地形圖程序 .附錄e 英文資料及翻譯 .摘要 本文以plc在清洗線上的應用為背景，綜合運用了可編程控制器的（plc）、變頻器、微型計算機等現代工業(yè)常用的工業(yè)控制部件及其相關程序設計方法， 分析了原有的繼

4、電器-接觸器傳統(tǒng)控制方式存在的不足，明確指出了可編程控制器在工業(yè)控制領域的重要性，特別是在本清洗中使用plc的重要性。通過確定plc控制輸入量和輸出量，由此建立了plc控制的硬件系統(tǒng)并編制了梯形圖軟件，并對控制軟件進行了全面深入的分析。充分發(fā)揮了plc控制方案通用性好、可靠性高、環(huán)境適應能力強等優(yōu)點，是一種較為理想的控制方法。對清洗線進行了plc控制通信仿真，對仿真過程中通信問題進行了全面深入的研究。plc控制的通信仿真系統(tǒng)有微型計算機、plc兩部分組成。通信方式采用自由端口協(xié)議。由該仿真系統(tǒng)設計的微機界面友好，能實現程序的再現調試，實現plc的輸入輸出狀態(tài)功能。關鍵字： 可編程控制器 變頻調

5、速 plc控制 abstractbased on the theory of the use of purging line, this paper comprehensively makes use of the industrial controlled devices of the program logical controller(plc)、 transducer、micro computer that commonly used in modern industry and the design methods of the related programs, gives an a

6、nalysis on the disadvantages of the traditional controlling style of the original relay and contact device, and further makes a clearly presentation on the importance of the use of plc in industry field, and especially in this purging process. by determining the input and output of the plc, the pape

7、r builds the hardware system of plc and compiles the trapezium soft ware, a comprehensive and indepth analysis on the controlling software is given. easy to operate、good in quality、high ability to suit the changing environment , the advantages of the plc are fully functioned. it is no doubt that the

8、 plc is an ideal control way.a plc simulation was given to the purging line and also makes an comprehensive and detail research on the communication problems in this simulation process. the plc communicating simulation system is consisted of microcomputer, plc. free port agreement is used in the com

9、municating way. the microcomputer interface designed by the simulation system is easy to operate, which can lead to the realization of the reappearance and debug of the program, and the input and output state of the plc can also be achieved.key words: programmable logic controller1緒論1.1 引言 plc作為通用工業(yè)

10、控制計算機，30年來，從無到有，實現了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了邏輯控制到數字控制的進步，其應用領域從小到大，實現了單機設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制等各種任務的跨越。從技術上看，計算機技術的新成果會更多的應用于可編程控制器的設計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的產品出現。從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展。從產品的配套性能上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全。完美的人機界面、完備的通訊設備會更好的適應各種工業(yè)控制場合的要求。從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場

11、的局面，會出現國際通用的編程語言。這有利于可編程控制技術的發(fā)展及可編程產品的普及。從網絡的發(fā)展來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組構成大型的控制系統(tǒng)是可編程技術的發(fā)展方向。本系統(tǒng)采用plc實現對清洗線的自動控制，并結合變頻器對電機進行調速控制。1.2 本文研究的目的和意義現在生產線控制的主流品種是以繼電器、接觸器為主的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關。由勵磁線圈、鐵心磁路、觸點等部件組成。通過繼電器接觸器等其它控制元件的線路連接，可以實現一定的控制邏輯，從而實現設備的各種操作控制。人們將由導線連接決定器件間的邏輯關系的控制方式稱為接線邏輯。隨著工業(yè)自動化的程度的不斷提高，使用繼電器電

12、路構成工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷暴露出來。首先是復雜的系統(tǒng)使用成百上千個各種各樣的繼電器，成千上萬根導線連接的密如蛛網。只要有一個電器，一根導線出現故障，系統(tǒng)就不能工作，這就大大降低了這種接線邏輯的可靠性。其次是這樣的系統(tǒng)維修機改造很不容易，特別是技術改造，當試圖改造工作設備的工作過程以改善設備各功能時，人們寧愿重新生產一套控制設備都不愿將繼電器控制柜中的線路重接。而plc由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采用了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。同時plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減小了控制設備的外部接線，是控制系統(tǒng)設計及建造的周期大大縮短了。同時維護也變得容易起

13、來。更重要的是同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。本文以plc技術在自動清洗線中的應用為例，來闡明plc在工業(yè)控制中發(fā)揮的巨大作用。1.3 課題來源及背景plc作為通用工業(yè)計算機，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，如位置控制、溫度控制及各種數字控制領域。加上plc通訊功能的增強及人機界面的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。同時它的接口容易，編程語言易于被工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便的實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開方便之門。1.4

14、 本文主要任務2 plc的系統(tǒng)介紹2.1 plc的定義可編程控制器（programmable controller）簡稱pc,個人計算機（personal computer）也簡稱pc,為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程器叫做plc（programmable logic controller）. 定義如下：“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用了可以編制的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數、和算數運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制

15、系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！睂Χx作如下簡釋：（1） plc是“數字運算操作的電子裝置”，它其中帶有“可以編制程序的存儲器”，可以進行“邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算”工作，可以設想可編程控制器具有計算機的基本特征。事實上，可編程控制器無論從內部構造、功能及工作原理上看都是不折不扣的計算機。（2） 可編程控制器是“為工業(yè)環(huán)境下應用”而設計的計算機。工業(yè)環(huán)境和一般的辦公環(huán)境有較大的區(qū)邊，plc具有特殊的構造，使它能在高粉塵、高噪音、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了控制“機械或生產過程”，它又要能“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體”這些都是前文中提到的個人

16、計算機不可能做到的。可編程控制器是普通的計算機，它是一種工業(yè)現場用計算機。（3） 可編程控制器能控制各種類型的工業(yè)設備及生產過程。它“易于擴展其它功能”，它的程序并不是不變的，而是根據控制對象的不同要求，讓使用者“編制程序”的。也就是說，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計算機，如單片機工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便的應用于各種場合，它是一種通用的工業(yè)計算機。2.2 plc的特點及應用2.2.1 plc的特點（1） 可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電器控制設備的關鍵性能。plc由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采用了先進的生產技術，具有很高的可靠性。例如三

17、菱公司生產的f系列plc平均無故障時間高達30萬小時。 一些沉余cpu的plc的平均無故障時間更長。從plc的機外電路來說，是用plc構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器相比，電器接線及開關接點減小到數百份之一甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障的自我監(jiān)測功能，出現故障是自動發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用這還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，是系統(tǒng)中除了plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，實用性強plc已形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制現場。除了邏輯處理功能外，現代plc大多具

18、有完善的數據處理能力，可用于各種數字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現，是plc滲透到了位控制、溫度控制等各種工業(yè)控制中。加上plc通訊能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，是plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3） 易學易用plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向像工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于被工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量控制指令就可以方便的實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路的、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4） 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，改造容易plc用存儲邏

19、輯代替接線邏輯，大大減小了控制設備的外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大大縮短了。同時維護也變得容易起來。更重要的是使用同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。（5） 體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產的品種底座尺寸小于100mm見方，重量小于150克，功耗僅數瓦。2.2.2 plc的應用（1） 開關量的邏輯控制這是plc的最基本、最廣泛的應用領域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群及自動化生產線。入注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。（2） 模擬量控制在工業(yè)生產控制中，有許多連續(xù)變化的

20、量，如溫度、壓力、流量、液位、和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量和數字量之間的a/d 和d/a轉換。plc廠家都生產了配套的a/d 和d/a 轉換模塊，使可編程控制器于模擬量控制。（3） 運動控制plc可以用于圓周運動控制或直線運動控制。從控制機構配置來說，早期直接用開干量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。廣泛的用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4） 過程控制plc過程控制是指對溫度、壓力、流量、等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，

21、完成閉環(huán)控制。pid調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用的較多的調節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有pid功能。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有著非常廣泛的應用。（5） 數據處理 現代plc具有數學運算、數據傳送、數據轉換、排列、查表、位操作等功能， 可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值相比較，完成一定的控制操作，也可以利用通訊功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一半用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性控制系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6

22、） 通信及聯網plc通信含plc間的通信及plc與其它只能設備的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展的更快，各plc廠商都十分重視plc的通訊功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的plc都具有通訊接口，通訊非常方便。2.3 plc的硬件及其結構 世界各國生產的plc外觀各異，但作為工業(yè)控制計算機，其硬件結構大體相同。主要由中央處理器（cpu）、存儲器（ramrom）、輸入輸出器件（i/o）、電源及編程設備幾大部分構成。plc的硬件框圖如下2-1所示。 圖2-1 plc硬件系統(tǒng)框圖 2.3.1 中央處理器（cpu） 中央處理器時可編程控制的核心，他在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯控制下，

23、完成邏輯運算、數學運算、協(xié)調系統(tǒng)內部各部分工作等任務?？删幊炭刂破髦胁捎玫腸pu一般有三類，一類為通用微處理器，如80286、80386等，一類為單片機芯片，如8031、8096等，另外還有微處理器，如amd2900、amd2903d等。一般說來，可編程控制器的檔次約稿，cpu的位數也越多，運算速度也越快，指令功能也越強?，F在常用的可編程控制器的機型一般為8位或者16位機。為了提高plc的性能，也有一臺 plc用多個cpu的。 2.3.2 存儲器存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數據的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器有只讀存儲器（rom）和隨機讀寫存儲器（ram）兩大

24、類，只讀存儲器是用來保存那些需永久保存，即使機器掉電后也需保存的程序的存儲器，一般為掩膜只讀存儲器和可編程電可改寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統(tǒng)程序。隨機讀寫存儲器的特點是寫入與擦除都很方便，但在掉電的情況下存儲的數據就會丟失，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運行時產生的臨時數據，為了能使用戶程序及某些運算數據在可編程控制器在脫離外界電源后也能保持，在實際使用中都為一些重要的隨機讀寫存儲器配備電池或電容等掉電保護裝置。 可編程控制器的存儲區(qū)域按用途不同，程序區(qū)及數據區(qū)。 程序區(qū)為用來存放用戶程序區(qū)域，一般有數千個字節(jié)。用來存放用戶數據的區(qū)域一般要小些。再數據區(qū)中，各類數據存放的位置都有嚴格的劃分

25、。由于可編程控制器是為熟悉繼電接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用的，可編程控制器的數據單元都叫做繼電器，如輸入繼電器、時間繼電器、計數器等。不同用途的繼電器在存儲區(qū)中占有不同的區(qū)域。每個單元有不同的地址編號。 2.3.3 輸入輸出接口 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現場各類信號連接的部分。輸入口用來接收生產過程的各種參數。輸入口用來送出可編程控制器運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構完成工業(yè)現場的各類控制。由于可編程控制器在工業(yè)生產現場工作，對輸入輸出接口有兩個主要要求，一是接口有較好的抗干擾能力，二是接口能滿足工業(yè)現場各類信號的匹配要求。因而可編程控制器為不同的接口需求設計了不同的接口

26、單元。主要有以下幾種。（1） 開關量輸入接口它的作用是把現場的開關量信號變成可編程控制器內部處理的標準信號。開關量輸入接口按可接納的外信號點的類型不同分為直流輸入單元和交流輸入單元。輸入接口中都有濾波電路及耦合隔離電路。濾波有抗干擾的作用，耦合有抗干擾及產生標準信號的作用。（2） 開關量輸出接口它的作用是把可編程內部的標準信號轉換現場執(zhí)行機構所需要的開關量信號。開關量輸出接口按可編程機內使用的器件可分為繼電器型、晶體管型及可控硅型。各類輸出接口中也都具有隔離耦合電路。這里需要特指出的是，輸出接口本身都不帶電源，而且在考慮外驅動電源時，還需慮及輸出器件的類型。繼電器式的輸出接口可用于交流及直流兩

27、種電源，但接通斷開的頻率低，晶體管式的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅動的場合，可控硅的型的輸出接口僅使用與交流輸出的場合。（3） 摸擬量輸入接口它的作用是把現場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉換成適合可編程序控制器內部處理的有若干二進制數字表示的信號。模擬量輸入接口接受標準模擬信號，無論是電壓信號或電流信號均可。這里的標準信號是指符合國際的通用交互用電壓電流信號值，如4-20ma的直流電流信號，1-10v的直流電壓信號等。工業(yè)現場中模擬量信號的變化范圍一般是不標準的，在送入模擬量接口時一般都需經變送處理才能使用。圖2-6時模擬量輸入接口的內部電路框圖。 圖2-2 模擬量輸入電路框圖

28、模擬量信號輸入后一般經運算放大器放大后進行a/d轉換，在經光電耦合后為可編程控制器提供一定位數的數字量信號。（4） 模擬量輸出接口它的作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數字量信號轉換為相應的模擬量信號輸出，以滿足生產過程現場連續(xù)控制信號的需求。模擬量輸出接口一般有光電隔離、d/a轉換和信號驅動等環(huán)節(jié)組成。其原理框圖見圖2-3 圖2-3 模擬量輸出電路框圖（5） 智能輸入輸出接口為了適應較復雜的控制工作的需要，可編程控制器還有一些智能控制單元。如pid工作單元、高速計數器單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨立的工作單元。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于一般帶有單獨的cpu，有專門的處理能力

29、。在具體的工作中，每個掃描周期智能單元和主機的cpu交換一次信息，共同完成控制任務。從近期的發(fā)展來看，不少新型的可編程控制器 本身也帶有pid功能及高速計數器接口，但他們的功能一般比專用單元的功能弱。 2.3.4電源可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作單元供電的開關電源及為掉電保護電路保護的后備電源。后者一般為電池。 2.3.5 外部設備編程器及其它外部設備。2.4 plc的軟件2.4.1 軟件的分類plc的軟件包括系統(tǒng)軟件及應用軟件二大部分。（1） 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件含系統(tǒng)的管理程序，用戶指令的簡釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調用的專用標準程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完成機內運行相關時間分配

30、、存儲空間分配管理、及系統(tǒng)自檢等工作。系統(tǒng)軟件在用戶在使用可編程控制器之前就以裝入機內，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調整。（2） 應用軟件應用軟件也叫用戶軟件。使用戶為達到某種控制目的，采用plc廠家提供的編程語言編制的程序。使用繼電接觸器構成的異步電機單相及逆向運轉控制電路，并使用導線的連接確定控制器件間邏輯關系的方式叫做接線邏輯。使用plc實現某種控制目的，用存儲在計算機中的程序實現控制功能，就是人們所指的存儲邏輯。為了使plc實現這些具有接線邏輯電路同樣的控制功能，我們編制了應用程序。如梯形圖及指令表。這里順便說明的是應用程序是一定控制功能的表述。同一臺plc用于不同的控制

31、目的是就需要編制不同的應用軟件。用戶軟件存入plc后入改變控制目的可多次改寫。2.4.2 應用軟件編程語言的表達方式應用程序的編制需要使用可編程控制器廠方提供的編程語言。至今為止還沒有一種能使用于各種可編程控制器的通用編程語言。但由于各國可編程控制器的發(fā)展有類似之處，可編程序控制器的編程語言及編程工具都大體差不多。一般常見的有如下幾種語言的表達方式。（1） 梯形圖梯形圖語言是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關系表示控制關系的編程語言，是從繼電器電路圖演變過來的。梯形圖中描繪的圖形符號和繼電器中的圖形符號十分形似。這兩個相似的原因非常簡單，以是因為梯形圖是為熟悉繼電工程電路圖的工程技術人員設

32、計的，所以使用了類似的符號，二是兩種圖所表示的邏輯含義是一樣的。因而設計梯形圖的思路可以是這樣的，將可編程控制中參與邏輯組合的元件看成和繼電器一樣的器件，具有常開、常閉觸點及線圈；且線圈的得電及失電將導致觸點的相應動作。在用母線代替相應的電源線；用能量流概念代替繼電器電路中的電流概念，使用繪制繼電器電路圖類似的思路繪出梯形圖。需要說明的事，plc中的繼電器等編程元件不是實際的物理元件，而只是計算機存儲器中一定的位，它的所謂接通不顧過是相應的存儲單元置1而已。 表2-2中給出了繼電接觸器電路圖中部分符號和三菱公司plc梯形圖的符號對照關系。除了圖形符號外，梯形圖也有文字符號。如常開觸點邊標示x0

33、既是文字符號。和繼電接觸器電路一樣，文字符號相同的圖形符號既是屬于同一器件的。梯形圖是plc編程語言中使用最廣泛的一種語言。符號名稱繼電器電路圖符號梯形圖符號常開觸點常閉觸點線圈（2） 指令表指令表也叫做語句表。它和單片機中的匯編語言有點類似，由語句指令按一定的順序排列而成。一條指令一般可以分成二個部分，一為助記符，二位操作數。也有只有助記符的，稱為無操作數指令。指令表語言和梯形圖又嚴格的對應關系。對指令表不熟悉的人可先畫出梯形圖，在轉換成語句表。另一方面，程序編制完畢裝入機內運行時，簡易編程設備都不具備直接讀取圖形的功能，梯形圖程序只有改寫為指令表才有可能送入可編程控制器運行。（3） 順序功

34、能圖順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉換三個要素。順序功能編程法可以將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小狀態(tài)的功能分別在把這些小狀態(tài)以一定的順序控制要求連接組合成整體的控制程序。順序功能圖體現了一種編程思想，在程序的編制中有很重要的意義。 2-3 順序功能圖2.5 plc的工作原理及工作過程 可編程控制器的工作原理與計算機的工作原理基本上是一致的，可以簡單的表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行用戶程序完成用戶任務。但個人計算機與plc工作方式有所不同，計算機一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或i/o掃描方式。當鍵盤有鍵按下或i/o口由信號輸入時則

35、中斷轉入相應的子程序。而plc在確定工作任務，裝入專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務管理及應用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描方式完成的?，F敘述如下。2.5.1 分時處理及掃描工作方式 plc系統(tǒng)正常工作所要完成的任務如下：（1） 計算機內部各工作單元的調度、監(jiān)控;（2） 計算機與外部設備的通訊;（3） 用戶程序所要完成的工作；這些工作都是分時完成的。每項工作都包含著許多具體的工作。以用戶程序的完成來說又可分為以下三個階段。（1） 輸入處理階段也叫輸入采樣。這個階段中，可編程控制氣讀入輸入口的狀態(tài)，并將他們放在輸入狀態(tài)暫存取中。（2） 程序執(zhí)行階段在這個階段中，可編程控制器根據

36、本次讀入的輸入數據，依用戶程序的順序逐條執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行的結果均存儲在輸出信號暫存區(qū)中。（4） 輸出處理階段也叫輸出刷新間斷。這是一個程序執(zhí)行周期的最后階段。可編程控制器將本次執(zhí)行用戶程序的結果一次性從輸出狀態(tài)暫存區(qū)送到輸出口，對輸出狀態(tài)進行刷新。這三個階段也是分時完成的。為了連續(xù)的完成plc所承擔的工作，系統(tǒng)必須周而復始的依一定的順序完成一系列的具體工作。這種工作方式叫做循環(huán)掃描方式。2.5.2掃描方式及plc的兩種工作狀態(tài)plc有兩種基本工作狀態(tài)，即運行（run）狀態(tài)與停止(stop)狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行運行應用程序的狀態(tài)。停止狀態(tài)一般用于程序的編制與修改。圖2-4給除了運行和停止兩種狀

37、態(tài)plc不同的掃描過程。由圖可知，在這兩種不同的狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務是不盡相同的。plc在run工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖2-17所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1-100ms。以omron公司c系列的p型機為例，其內部處理時間為1.26ms（未接外部設備時該時間為零）；輸入輸出處理的執(zhí)行時間小于1ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短，指令的種類和cpu執(zhí)行速度有很大關系，plc廠家一般給出每執(zhí)行1k 條指令所需要的時間（以ms為單位）。某些廠家在說明書中還給出了執(zhí)行各種指令所需要的時間。一般來說，一個掃描過程中，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。 圖2-4 掃描過程示意圖

38、2.5.3輸入輸出滯后時間輸入輸出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指plc外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻止之間的間隔。他由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。 輸入模塊的rc濾波電路用來濾出由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外界觸點動作產生的不良影響。濾波時間常數決定輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊開關元件的類型有關：繼電器型輸出電路的滯后時間一般最大值在10ms左右；雙向可控硅型輸出電路的滯后時間在負載被接通時的滯后時間為1ms，負載由導通到斷開的最大滯后時間為10ms；晶體管型輸

39、出電路的滯后時間一般為1ms左右。 3 系統(tǒng)的硬件電路及變頻器調速原理 3.1 系統(tǒng)接線圖及端口功能 通過對清洗線的工作過程的控制分析及對控制電路的要求，在實際的plc控制中，采用了如圖3-2所示的硬件接線圖。作為plc的輸入量應包括手動及自動選擇按鈕x7、x10，四個手動開關x向左移開關x12、x向右移開關x11、y向上移動鍵x13、y向下移動鍵x14，錯誤處理接點x0、零位點x2、裝載位置接點x3、x向位置接點x4、y向位置上接點x5、y向位置下接點x6、x向減速接點x15。自動選擇開關x7和手動選擇開關x10進行選擇，這兩個按鈕的選擇應該是唯一的，所以在軟件中設置兩者互鎖的語句。錯誤處理

40、按鈕x0斷開，表示系統(tǒng)工作正常，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，則x0閉合，控制主回路切斷電源。當x7閉合，系統(tǒng)即可正常運行。在執(zhí)行手動操作規(guī)范時，分別使開關x11、x12、x13、x14閉合，就可以使電機執(zhí)行左移、右移、上升、下降等動作。輸出量共13個，分別是，x向右驅動y0、x向左驅動y1、x向電機啟動y2、y向上驅動y3、y向下驅動y4、y向電機啟動y5、錯誤指示燈y6、x向制動y7、y向制動y10、噴淋驅動y12、高速y13、中速y14、低速y15。 圖3-2變頻器的接口電路 3.2變頻器調速原理所謂變頻調速是指利用電動機的同步轉速頻率變化的特性，通過改變電動機的供電頻率進行調速的方法，實際中往往為

41、間接變換方式調速。這種方式是把交流電通過整流器變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器將直流電變?yōu)轭l率可變的交流電供給異步電動機，這種變換方式分為電壓型及電流型變頻調速兩種。而脈沖寬度調制變頻（pwm）調速應用廣泛，他和電壓型變頻調速相似，是先將輸入的交流電轉化為直流電，再通過大功率的快速開關器件產生脈寬調制波（pwm）。pwm型變頻器靠改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變調制周期來控制其輸出頻率，所以脈沖調制方式對pwm型變頻器的性能具有更本性的影響。pwm調速方式與其它方式相比，電源功率因數高、側諧波成分少，調速范圍寬和響應快。從控制角度上來對變頻器進行分類，可分為正弦波spmw法和旋轉磁通pwm法。當參考

42、信號為正弦波的脈寬調制叫做正弦脈寬調制，其產生的調制波是一系列等幅、等距而不等寬的脈沖序列。正弦波spwm法比較直觀，他是從電源的角度出發(fā)，將正弦波分為許多時間片（此時間片的倒數也稱為“載波”），在每個時間片內發(fā)出一個脈沖，各脈沖寬度取決于相應點的正弦信號。spmw調制的基本特點是在半個周期內，中間脈沖寬兩邊的脈沖窄，各脈沖之間等距而脈寬和正弦曲線下的積分面積成正比，脈寬基本上呈正弦分布。調制波形更接近于正弦波。這樣改變正弦參考電壓的幅值時，脈寬隨制之改變，從而改變輸出電壓的大小。但當改變參考電壓頻率時，輸出電壓的頻率也隨之改變。而旋轉磁通pwm法，則是從電機的角度出發(fā)，著眼點是如何使電動機獲

43、得圓形旋轉磁場，而不再關心電壓矢量是否接近正弦波。通用型變頻器由交-直變換電路、直-交變換電路和能耗制動電路組成。交-直變換電路就是整流和濾波電路，直-交變換電路由三相逆變橋電路和續(xù)流電路組成。從變頻調速系統(tǒng)的角度來看，拖動系統(tǒng)在轉速下降時減少的動能 ，由電動機“再生”為電能后，在變頻器的直流電路中被消耗掉了。歸根結底，是通過消耗能量而獲得制動轉矩的，屬于能耗制動狀態(tài)。用于消耗電動機再生電能的電路，就是能耗制動電路。變頻器的外部接線的特點：在電源和變頻器之間，通常應接入斷路器和接觸器，接觸器的作用是為了便于控制，另外當變頻器發(fā)生故障時，能迅速切斷 變頻器的電源。而變頻器的輸出側應直接至電動機，

44、變頻器和電動機之間，一般不允許接入接觸器，以避免電動機在某一頻率下直接起動，引起過電流。變頻器給定頻率的選擇方式包括了：面板給定方式，通過面板上的鍵盤給定；外部給定方式年，通過外部的給定信號進行給定；通信接口給定方式，有計算機或其他控制器通過通信接口進行給定。變頻器的控制方式大體可分為兩種：開環(huán)控制和閉環(huán)控制，后者可以進行電動機速度反饋。作為開環(huán)控制有u/f控制方式，閉環(huán)控制有轉差頻率控制和矢量控制等方式。異步電動機的轉速由電源頻率和極數決定，所以改變頻率，電動機就可以調速運行。但是頻率改變時電機內部阻抗也改變變，這樣但是改變頻率將產生由弱勵磁引起的轉距不足、由過勵磁引起的磁飽和等現象，使電動

45、機的功率因數、效率顯著下降。u/f控制是通過改變頻率的同時控制變頻器的輸出電壓，磁通保持一定，在較大范圍內調速運行時，電動機的效率、功率因數不下降。 由plc組成的控制系統(tǒng)由輸入信號14個，均為開關量。其中按鈕開個，其中選擇開關1個（占有兩個輸入口）。該系統(tǒng)中輸出信號有8個，4個用于行車的正反專機升降控制，2個分別用于橫向和縱向兩臺電機的減速控制，2個用于兩臺電機剎車。 控制系統(tǒng)應選用fx2-32mr，i/o點數威16點，滿足控制要求，而且留有一定余量。3.6 畫流程圖一個程序按其功能可分為若干部分，通過流程圖把具有一定功能的各部分有機地聯系起來，可以使人們抓住程序的基本線索，對全局有完整的了

46、解。這樣，容易發(fā)現設計思想上的錯誤和矛盾，也便于找出解決問題的途徑。因此，流程圖時程序結構設計時采用的一種重要手段。有了流程圖，便于把較大的程序分程序分成若干個模塊，從而分頭進行設計，最后和在一起聯調。較大的程序要由總的流程圖，可以畫的粗一些，側重與反映各模塊之間的相互聯系；也要有局部的流程圖，反映某個模塊的具體實現方案。流程圖中的分支結構和循環(huán)結構是值得注意的地方。分支結構反映了在不同情況下的不同處理方式，一般是以輸入的原始數據或運算的中間結果作判斷選擇的根據。循環(huán)結構可看作分支結構的一種特殊情況，他重復執(zhí)行以執(zhí)行的程序段，因為程序中常常需要對一個局部過程重復執(zhí)行。因此，凡是循環(huán)結構可以實現

47、的，用分支結構同樣可實現，反之則不然。流程圖的主要優(yōu)點在于它是一種圖解表示方法，比用文字和數字表達方式來描述程序的基本思路要直觀的多。設計者可以直接了解整個系統(tǒng)及各部分之間的相互關系，邏輯錯誤和矛盾往往一目了然。流程圖法還有其他一些優(yōu)點。如：（1） 有現成的標準符號，因而流程圖形勢得到了廣泛的承認。（2） 流程圖能被很多沒有程序設計基礎的人所理解。（3） 利用流程圖，可把整個設計分成若干個子任務，通過檢查流程圖，就能了解總的進展情況。（4） 流程圖反映出操作順序，因而有助于分析導致錯誤的原因。（5） 流程圖被廣泛用于程序設計以外的其它領域。（6） 有許多現成的工具有助于編制流程圖，其中包括程序

48、員的標準模塊和自動繪圖程序包。3.8 plc梯形圖程序清洗線的plc控制程序包括手動控制和自動控制兩部分。3.8.1 手動操作梯形圖設有行車的進退操作，吊蘭的升降操作，以及行車、吊籃的減速、剎車。手動程序見附錄c.3.8.2 自動操作梯形圖由于清洗線的動作過程是順序動作，每一步工藝均是在前一步動作完成的基礎上，再進行下一步的操作，所以控制程序采用了步進順序控制指令方法編程。自動程序間附錄d.5 軟件調試5.1 仿真和調試方法軟件調試的順序是子程序、功能模塊和主程序。有些程序的調試部較簡單，利用開發(fā)裝置（或仿真器）以及計算機供的調試程序就可以進行調試。plc的程序設計一般采用梯形圖語言來編程，因

49、為梯形圖語言是一種以圖形符號在圖中的相互關系表示控制關系的編程語言，是從繼電器電路演變過來的，梯形圖是plc編程語言中使用最廣泛的一種語言。一般與過程輸入輸出通道無關的程序，都可用開發(fā)機（仿真器）的調試程進行跳時，不過有時為了能調試某些要編寫臨時性的輔助程序。一個個的子程序都必須進行離線調試，首先對各個要求進行編程，使用軟調試。在語法沒有錯誤的情況下，給它一個輸入然后進行單步進行運行，看是否有死循環(huán)、算法錯誤等問題，最后在它的輸出是否正確，如不對在進行檢查，做到輸出正確為止。畢竟我還是剛剛開始編軟件，肯定遇到許多不同的問題，這樣能使我有所提高。一旦所有子程序和功能模塊調試完畢，就可以用主程序將他們連接在一起，進行整體調試。因為把他們連接在一起可能會產生不同軟件層之間的交叉錯誤，一個模塊的隱含錯誤對自身可能無影響，卻會妨礙另一個模塊的正常工作；單個模塊允許的誤差，多個模塊連起來可能放大到不可容忍的程度，所以有必要進行整體調試。整體調試的方法是由下