基于西門子S7200PLC的化學(xué)凝結(jié)水混床控制系統(tǒng)設(shè)計

1、中文摘要中文摘要 眾所周知，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略 中的重要和先進(jìn)產(chǎn)業(yè)。目前，我國的電力工業(yè)發(fā)展迅速，以火力發(fā)電為主，約 占全國電廠的70左右。由于水在火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，既擔(dān)負(fù)著傳遞能 量的作用，同時又擔(dān)負(fù)著冷卻介質(zhì)的作用，因此在發(fā)電過程中，水處理占有重 要的地位。所以，如何實現(xiàn)電廠水處理的監(jiān)督與自動控制，提高火電廠的經(jīng)濟(jì) 效益和社會效益，成為當(dāng)前火電廠急需解決的重要課題。 本文重點介紹了可編程控制器西門子 S7200 在電廠化學(xué)凝結(jié)水混床的控 制系統(tǒng)中的應(yīng)用。分析了目前火電廠在化學(xué)凝結(jié)水混床的控制系統(tǒng)中的一些現(xiàn) 狀，改造后的控制方案采用上位機(jī)監(jiān)視和下位機(jī)控

2、制的聯(lián)合控制方式，下位機(jī) 采用了德國西門子公司的西門子 S7200，并就西門子 S7200 的特點、應(yīng)用 領(lǐng)域、 、發(fā)展方向、工作原理以及如何梯形圖的設(shè)計在本文中都一一進(jìn)行了介紹； 上位機(jī)采用的是紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件，在文中介紹了它與下位機(jī)（可編程控制 器）是如何進(jìn)行 I/O 連接與通信的，以及上位機(jī)的模擬量動態(tài)監(jiān)控畫面。 關(guān)鍵詞：化學(xué)凝結(jié)水混床控制系統(tǒng) 可編程控制器 紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件 ABSTRACT Its well to known, electric power is important basic industry,and it is important and advanced i

3、ndustry in development strategy of national economy.Now,electric power industry of China grows rapidly, thermal plant account for 70 percent national power plant. Because water plays an important role of transferring the energy and cooling medium in the process of generating electricity, water treat

4、ment is very important. The problem of how to supervise and automatic control the water treatment process effectively and thus enhance its economic and social benefit has become important and urgent subject to resolve for thermal plants. This article introduced with emphasis programmable controller

5、Simens S7-200 mixes the bed in the Tieling power plant chemistry condensing water in the control system application. Analyzes the present thermoelectric power station to mix the bed in chemistry condensing water in control system some present situations, for example control method backwardness, the

6、control signal could not gather promptly as well as control the personnel not to be able to monitor and so on the aspects to conduct the research and the transformation promptly. After the transformation control plan used on the position machine surveillance and the lower position machine control un

7、ion control mode, the lower position machine has used Germany Siemenss Simens S7- 200, and on the Simens S7-200 characteristic, the application domain, the development direction, how the principle of work as well as the trapezoidal chart design all 11 has carried on the introduction in this paper; O

8、n the position machine uses is the purple golden bridge monitoring configuration software, introduced in the article how it (programmable controller) does carry on I/with the lower position machineO connection and correspondence, as well as on position machine dynamic monitoring picture. This articl

9、e introduced the condensing water mixes the bed control system is west of family household S7-200 is a core, realizes the Tieling power plant chemistry condensing water to mix the bed the movement and passes on the fat. Key word: Chemistry condensing water mixes the bed control system programmable c

10、ontroller Purple golden bridge monitoring configuration software 目目 錄錄 中文摘要. 俄 文. 第一章 引言.1 1.1 課題的背景及選題意義.1 1.2 化學(xué)水順序控制的發(fā)展現(xiàn)狀.1 1.3 本設(shè)計的主要內(nèi)容.2 第二章 化學(xué)水順序控制系統(tǒng)簡介.3 2.1 火電廠化學(xué)水處理工藝簡介.3 2.2 化學(xué)水處理系統(tǒng)的構(gòu)成.4 2.3 化學(xué)水處理的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成.5 第三章 控制設(shè)備及軟件原理.8 3.1 PLC 原理及使用.8 3.1.1 PLC 概述.9 3.1.2 PLC 的應(yīng)用場合及功能.10 3.1.3 PLC 的基

11、本結(jié)構(gòu)各組成部分.11 3.1.4 PLC 的軟件編程方法.12 3.2 監(jiān)控軟件的構(gòu)成及功能.13 3.2.1 監(jiān)控軟件的用途及種類.13 3.2.2 紫金橋軟件的功能及基本使用方法.14 第四章 參數(shù)檢測方法及原理.15 41 檢測方法.15 42 流量的測量.18 43 導(dǎo)電度的測量.18 第五章 化學(xué)水計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.19 51 化學(xué)水凝結(jié)水混床的作用及工藝構(gòu)成.19 52 化學(xué)水凝結(jié)水混床的控制步序.19 53 監(jiān)控軟件設(shè)計.20 531 監(jiān)控軟件設(shè)計要求.21 54 程序 T 形圖.23 結(jié) 論.31 致 謝.32 參考文獻(xiàn)：.33 附 錄.34 第一章第一章 緒論緒論 1.1

12、 選題選題背景背景 隨著大型火電機(jī)組建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)組的參數(shù)與容量不斷提高，電 廠化學(xué)水處理也正發(fā)生著深刻的變化。電廠化學(xué)水系統(tǒng)作為重要的輔助車間和 輔助系統(tǒng)，特別是大型火電廠利供熱電廠的化水處理車間處理量大，工藝復(fù)雜， 水質(zhì)要求高，其運營的好壞直接關(guān)系到電廠的安全運行及可靠性。但是，由于 電廠化學(xué)水系統(tǒng)對于整個電廠而言是一個相對獨立的系統(tǒng)，與其他主體專業(yè)相 關(guān)性不是很強(qiáng)，同時，電廠化學(xué)水系統(tǒng)因為監(jiān)視控制點比較分散，難以納入傳 統(tǒng) DCS 控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化改造，致使化學(xué)專業(yè)自動化水平、信息集成化水平 相對落后，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化電力生產(chǎn)的需要。在全廠自動化水平大幅提高 的同時，提高化水

13、系統(tǒng)的控制水平以滿足生產(chǎn)需求已是當(dāng)務(wù)之急。本次設(shè)計課 題就是針對鐵嶺電廠化學(xué)凝結(jié)水混床程序控制系統(tǒng)在自動控制方面的進(jìn)一步改 造。 凝結(jié)水精處理是對水汽系統(tǒng)中的凝結(jié)水進(jìn)行除鹽和除濁處理，以保證凝結(jié) 水水質(zhì)合格，防止水汽系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕、結(jié)鹽和結(jié)垢。發(fā)電廠一單元、二單元的 凝結(jié)水精處理程序控制因為原來設(shè)計、調(diào)試和現(xiàn)場實際情況等多種原因使用的 是遠(yuǎn)手操，自動化水平低，因此我們對一單元程控部分進(jìn)行了更新和改造。系 統(tǒng)采用了 MODICON 的可編程邏輯控制器（簡稱 PLC）并增加工控機(jī)和 CRT,實現(xiàn) 了實時監(jiān)視設(shè)備狀況,并對主要參數(shù)進(jìn)行歷史記錄，程控系統(tǒng)預(yù)留了在 OPC 等協(xié) 議下與輔控網(wǎng)系統(tǒng)通訊的功能

14、。改造后凝結(jié)水處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)程序控制、CRT 手動操作、就地操作等功能，從而減少了運行人員的工作量,提高設(shè)備自動化水 平。本文以此為例介紹 PLC 自動控制技術(shù)在凝結(jié)水精處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。 可編程序控制器是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子 系統(tǒng)，它采用可編程序存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制等 操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過程。它還具有與其它計算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。電廠化學(xué)水系統(tǒng)比較獨立，所 以采用可編程序控制器（Programmable Logic Controller，簡稱 PLC）控制電 廠化學(xué)水系統(tǒng)是必然趨勢。 1

15、.2 控制系統(tǒng)概況控制系統(tǒng)概況 發(fā)電廠一單元凝結(jié)水精處理程控系統(tǒng)采用了 Modicon 公司 Quantum 系列程 序控制設(shè)備及配套的 Modicon Concept2.6 軟件編程，使用 CPU 雙機(jī)冗余配置。 上位機(jī)使用的是臺灣 ADLink 工控機(jī)并使用 iFIX 工控軟件進(jìn)行組態(tài)。凝結(jié)水處 理設(shè)備可由鍵盤、鼠標(biāo)在計算機(jī)上通過 PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)自動、成組和遠(yuǎn)操方式。 控制工藝要求：每臺機(jī) 2 臺高速混床，不設(shè)備用，全部投入運行，每 2 臺機(jī)公 用 1 套再生設(shè)備，再生間內(nèi)存 1 套樹脂，作為 2 臺機(jī)的備用樹脂。該套程控系 統(tǒng)主要功能包括四部分：（1）2 臺高速混床的運行以及機(jī)組凝結(jié)水

16、旁路門的監(jiān) 視；（2）高速混床和再生間陽再生器之間的樹脂輸送；（3）樹脂在再生間的 再生操作；（4）高速混床的投運和停運。 1.3 設(shè)計主要內(nèi)容設(shè)計主要內(nèi)容 本次設(shè)計采用上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)合控制的方式。整套系統(tǒng)具有如下功能： 采用 PLC 實現(xiàn)如凝結(jié)水處理的預(yù)處理、一級和二級除鹽設(shè)備各工藝過程的順序 控制。上位監(jiān)控站實現(xiàn)：工藝流程圖、趨勢圖顯示； 系統(tǒng)自動、半自動、成組、 單步及跳步控制操作； 成組參數(shù)、報警畫面顯示； 各類報表顯示和打??； 操 作指導(dǎo)顯示等。 該改造項目擬采用下述方案實現(xiàn)?？刂圃O(shè)備采用可編程序控制器，程控系 統(tǒng)分為四套，生活消防水系統(tǒng),凈水室補(bǔ)給水處理系統(tǒng),凈水室凝結(jié)水系統(tǒng)，汽

17、 水化驗站系統(tǒng)。凈水室補(bǔ)給水處理系統(tǒng),凈水室凝結(jié)水系統(tǒng)可編程序控制器采用 雙 CPU 配置，放在凈水室，生活消防水系統(tǒng)采用單 CPU,控制柜放在就地，其可 通過通信電纜與凈水室監(jiān)控系統(tǒng)相連。汽水化驗站系統(tǒng)采用單 CPU,控制柜放在 就地，其監(jiān)控計算機(jī)設(shè)在#1/2 機(jī)汽水化驗室，通過通信電纜與#3/4 機(jī)汽水化驗 站及凈水室監(jiān)控系統(tǒng)相連。操作員站選用研華工控機(jī)，配備三星 19 寸液晶顯示 器和惠普激光打印機(jī)。軟件開發(fā)平臺選用 INTOUCH 無限點組態(tài)軟件。執(zhí)行數(shù)據(jù) 采集及控制、報警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動軟件。它是當(dāng)今世界 公認(rèn)的優(yōu)秀組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，便于擴(kuò)展。

18、該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點，即控制功能分散，操作管理集中。 控制功能分散意味著系統(tǒng)實時響應(yīng)快和系統(tǒng)危險分散。操作管理集中便于集中 管理。方案配置還具有冗余特性。 首先要做的工作是收集相關(guān)的論文材料并翻譯，這項工作可以上網(wǎng)或去學(xué) 校的圖書館進(jìn)行查詢，還可以咨詢自己的導(dǎo)師。其次是要學(xué)習(xí)編程軟件，之后 對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計形成自己的想法，為后來的設(shè)計打下基礎(chǔ)。 整體來說這是一個比較龐大的控制系統(tǒng)。共有 11 個控制站，其中有 PLC 控 制站有 4 臺。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)，這樣便于擴(kuò)展。我負(fù)責(zé)的是 其中的凝結(jié)水部分。凝結(jié)水系統(tǒng)由凝結(jié)水處理和體外再生兩部分組成。而我做 的是凝結(jié)水混

19、床運行和傳脂的控制程序。 第二章第二章 PLCPLC 控制系統(tǒng)簡介控制系統(tǒng)簡介 2.1 PLC 概述 2.1.12.1.1 PLCPLC 的定義的定義 可編程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)是一種數(shù)字運算操作的 電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在 其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令， 并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 2.1.22.1.2 PLCPLC 的特點的特點 （1）可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) ：PLC 的 MTBF 一般在 4000050000h 以

20、上， 西門子、ABB、松下等微小型 PLC 可達(dá) 10 萬 h 以上，而且均有完善的自診斷功 能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均 無鼓掌時間達(dá)到數(shù)十萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 （2）模塊化組合靈活：可編程控制器是系列化產(chǎn)品，通常采用模塊結(jié)構(gòu)來 完成不同的任務(wù)組合。I/O 從 88192 點，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活 組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 （3）功能強(qiáng)：PLC 應(yīng)用微電子技術(shù)和微計算機(jī)，簡單型式都具有邏輯、定 時、計數(shù)等順序控制功能?；拘褪皆?/p>

21、加上模擬 I/O、基本算術(shù)運算、通信能 力等。復(fù)雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴(kuò)展的計算能力、多級終 端機(jī)制、智能 I/O、PID 調(diào)節(jié)、過程監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)通信能力、遠(yuǎn)程 I/O、多處理器 和高速數(shù)據(jù)處理能力。PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)分散控制，集中管理。 （4）編程方便：PLC 適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順 序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計算機(jī)編程知識。新的編程工作站配有綜 合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機(jī)上編程。 （5）適應(yīng)工業(yè)環(huán)境：PLC 的技術(shù)條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等 惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作,這是 PLC

22、 產(chǎn)品市場生存價值。 (6)安裝、維修簡單：與計算機(jī)系統(tǒng)相比， PLC 安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán) 格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統(tǒng)便可工作，各個模件上設(shè)有運 行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換， 使用戶可以在最短的時間內(nèi)查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時間， 使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。然后再對故障模件進(jìn)行修復(fù)，這對大規(guī)模生產(chǎn)場合尤為適宜。 一些 PLC 外殼由可在不良工作環(huán)境下工作的合金組成，結(jié)構(gòu)簡單，上面帶有散 熱槽，在高溫下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF 高頻) 電磁干擾、防火等。 （7）運行速度快：隨著微處理器的應(yīng)用，使 PLC

23、 的運行速度增快，使它更 符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計算機(jī)之間的差別不是很明顯。 2.1.32.1.3 PLCPLC 的應(yīng)用與發(fā)展的應(yīng)用與發(fā)展 目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械 制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可 歸納為如下幾類。 （1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏 輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流 水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流 水線等。 （ 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有

24、許多連續(xù)變化的量，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(xiàn)模擬量 （Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn) 配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3）運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直 接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動 控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上 各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī) 器人、電梯等

25、場合。 （4）過程控制 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(jī)，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般 閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小 型 PLC 也具有此功能模塊。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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 （5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳 送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處 理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一

26、定的控制操作，也 可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用 于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(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）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī) 控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通 信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非 常方便。 2.1.4 PLC 的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r （1）PLC 的國內(nèi)外現(xiàn)狀 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（D

27、EC）研制的。 限于當(dāng)時的元器件條件及計算機(jī)發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小 規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、 數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方 便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器 電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機(jī)存儲元 件都以繼電器命名。此時的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn) 物。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，

28、計算機(jī)技術(shù) 已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型 體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定 了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家 中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高 性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家 日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從 控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕 生了各種各樣的特殊功能單

29、元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控 制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng) 用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械 制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。 最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備 及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控 制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州

30、電子計算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫 華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。 可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 （2）PLC 未來展望 21 世紀(jì)，PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地 應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智 能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展； 從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、 完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的

31、需求；從市場上看，各國各 自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌 壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看， 可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器 技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程 控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè) 以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 2.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2.2.1PLC 的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器實質(zhì)上是一種

32、工業(yè)計算機(jī)，只不過它比一般的計算機(jī)具有更 強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故可編 程控制器起與計算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它有中央處理單元（ CPU ）、存儲器（ ROM/RAM ）、輸入 / 輸出單元（ I/O 單元）、編程器、 電源等主要部件組成。如圖 2.1 所示. 圖 2.1 PLC 硬件組成 （1）中央處理器 (CPU) 與一般計算機(jī)一樣， CPU 是可編程控制器的核心，它按系統(tǒng)程序賦予的 功能指揮可編程控制器有條不紊地進(jìn)行工作，其主要任務(wù)有： a.接收、存儲由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示出程 序的內(nèi)容和存儲地址。 b.檢查、校

33、驗用戶程序。對正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯誤 立即報警，并停止輸入；在程序運行過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤，則立即報警或停止程 序的執(zhí)行。 c.接收、調(diào)用現(xiàn)場信息。將接收到現(xiàn)場輸入的數(shù)據(jù)保存起來，在需要改數(shù) 據(jù)的時候?qū)⑵湔{(diào)出、并送到需要該數(shù)據(jù)的地方。 d.執(zhí)行用戶程序。當(dāng)可編程控制器進(jìn)入運行狀態(tài)， CPU 根據(jù)用戶程序存 放的先后順序，逐條讀取、解釋和執(zhí)行程序，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作， 并將程序執(zhí)行的結(jié)果送至輸出端口，以驅(qū)動可編程控制器的外部負(fù)載。 e.故障診斷。診斷電源、可編程控制器內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯誤 的類型，通過顯示器顯示相應(yīng)信息，以提示用戶及時排除故障或糾正錯誤。不 同型

34、號可編程控制器的 CPU 芯片是不同的，有的采用通用 CPU 芯片，如 8031、 8051、 8086、80826 等，也有采用廠家自行設(shè)計的專用 CPU 芯片（如 西門子公司的 S7-200 系列可編程控制器均采用其自行研制的專用芯片），CPU 芯片的性能關(guān)系到可編程控制器處理控制信號能力與速度， CPU 位數(shù)越高， 系統(tǒng)處理的信息量越大，運算速度也越快。隨著 CPU 芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，可 編程控制器所用的 CPU 芯片也越來越高檔。 （2）存儲器 可編程控制器的存儲器可以分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器及工作 數(shù)據(jù)存儲器等三種。 a.系統(tǒng)程序存儲器 存儲器用來存放由可編程控制器生產(chǎn)廠

35、家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。它使可編程控制器具有基本的智能。能夠完成可編程 控制器設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量好壞，很大程度上決定了 PLC 的 性能，其內(nèi)容主要包括三部分：第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主要控制可編程 控制器的運行，使整個可編程控制器按部就班地工作；第二部分為用戶指令解 釋程序，通過用戶指令解釋程序，將可編程控制器編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令， 再由 CPU 執(zhí)行這些指令；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，它包括 許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運算等的 子程序，可編程控制器的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分

36、程序的 多少決定了可編程控制器性能的強(qiáng)弱。 b.用戶程序存儲器 根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。用戶程序存儲器用來存放 用戶針對具體控制任務(wù)，用規(guī)定的可編程控制器編程語言編寫的各種用戶程序。 用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是 RAM（有用鋰電 池進(jìn)行掉電保護(hù)），EPROM 或 EEPROM 存儲器，其內(nèi)容可以由用戶任意修 改或增刪。目前較先進(jìn)的可編程控制器采用可隨時讀寫的快閃存儲器作為用戶 程序存儲器?？扉W存儲器不需后備電池，掉電時數(shù)據(jù)也不會丟失。 c.工作數(shù)據(jù)存儲器 工作數(shù)據(jù)存儲器用來存儲工作數(shù)據(jù)，即用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)、 數(shù)值數(shù)據(jù)等。在工作數(shù)

37、據(jù)區(qū)中開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映像寄存 器用來存儲開關(guān)量/輸出狀態(tài)以及定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部器件 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變 參數(shù)值及 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)學(xué)運算的結(jié)果等。在可編程控制器斷電 時能保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)稱數(shù)據(jù)保持區(qū)。 用戶程序存儲器和用戶存儲器容量的大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小和 內(nèi)部器件的多少，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 （3）輸入/輸出接口 輸入/輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集兩種類 型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、 光電開

38、關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號。另一類是由電位器、測速發(fā)電 機(jī)和各種變送器等來的模擬量輸入信號。 輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、 調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。 （4）電源 小型整體式可編程控制器內(nèi)部有一個開關(guān)式穩(wěn)壓電源。電源一方面可為 CPU 板， I/O 板及擴(kuò)展單元提供工作電源（ 5VDC ），另一方面可為外部輸 入元件提供 24VDC （ 200mA ）。 （5）擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連 , 使 PLC 的配置更加靈活。 （6）通信接口 為了實現(xiàn)“人機(jī)”或“機(jī)機(jī)”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。 PLC 通

39、過這些通信接口可以與監(jiān)視器，打印機(jī)，其他的 PLC 或計算機(jī)相連。 當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時，可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。划?dāng)與監(jiān)視器 (CRT) 相連時，可將過程圖象顯示出來；當(dāng)與其他 PLC 相連時，可以組成多 機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計算機(jī)相連時，可以組成多級 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。 （7）智能 I/O 接口 為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要， PLC 配有多種智能 I/O 接口。例 如，滿足位置調(diào)節(jié)需要的位置閉環(huán)控制模板，對高速脈沖進(jìn)行計數(shù)和處理的高 速計數(shù)模板等。這類智能模板都有其自身的處理器系統(tǒng)。 （8）編程器 作用是供用戶進(jìn)行程序的編制

40、，編輯，調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智 能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語 言助記符（指令表）后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯 示器件組成。智能型的編程器又稱圖形編程器。它可以聯(lián)機(jī)，也可以脫機(jī)編程， 具有 LCD 或 CRT 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話 . 也 可以利用微機(jī)作為編程器，這時微機(jī)應(yīng)配有相應(yīng)的編程軟件包，若要直接與可 編程控制器通信，還要配有相應(yīng)的通信電纜。 3.2.23.2.2 PLCPLC 的工作原理的工作原理 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機(jī)，故它的工作原理是建立在計算機(jī)工 作原理基礎(chǔ)上的，即是通過執(zhí)行反

41、映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。但是 CPU 是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以 程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動作，便成為時間上的串行。 由于運算速度極高，各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入 / 輸出的響 應(yīng)是有滯后的。如圖 2.2 所示 圖 2.2 用 PLC 實現(xiàn)控制功能的接線示意圖 概括而言， PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一 次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順 序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪 掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循

42、環(huán)掃描的。執(zhí)行用戶程序時，需 要各種現(xiàn)場信息，這些現(xiàn)場信息已接到 PLC 的輸入端口。 PLC 采集現(xiàn)場信 息即采集輸入信號有兩種方式：第一種，采樣輸入方式。一般在掃描周期的開 始或結(jié)束將所有輸入信號（輸入元件的通 / 斷狀態(tài)）采集并存放到輸入映像寄 存器（ PII ）中。執(zhí)行用戶程序所需輸入狀態(tài)均在輸入映像寄存器中取用，而 不直接到輸入端或輸入模塊去取用。第二種，立即輸入方式。隨著程序的執(zhí)行 需要那一個輸入信號就直接從輸入端或輸入模塊取用這個輸入狀態(tài)，如“立即輸 入指令”就是這樣，此時輸入映像寄存器的內(nèi)容不變，到下一次集中采樣輸入時 才變化。同樣，PLC 對外部的輸出控制也有集中輸出和立即輸

43、出兩種方式。集 中輸出方式在執(zhí)行用戶程序時不是得到一個輸出結(jié)果就向外輸出一個，而是把 執(zhí)行用戶程序所得的所有輸出結(jié)果，先后全部存放在輸出映像寄存器（ PIQ ）中，執(zhí)行完用戶程序后所有輸出結(jié)果一次性向輸出端口或輸出模塊輸出，使 輸出設(shè)備部件動作。立即輸出方式是在執(zhí)行用戶程序時將該輸出結(jié)果立即向輸 出端口或輸出模塊輸出，如“立即輸出指令”就是這樣，此時輸出映像寄存器的 內(nèi)容也更新。PLC 對輸入輸出信號的傳送還有其他方式。如有的 PLC 采用輸 入，輸出刷新指令。在需要的地方設(shè)置這類指令，可對此電源 ON 的全部或部 分輸入點信號讀入上電一次，以刷新輸入映像寄存器內(nèi)容；或?qū)⒋藭r的輸出結(jié) 果立即向

44、輸出端口或輸出模塊輸出。又如有的 PLC 上有輸入、輸出的禁止功 能，實際上是關(guān)閉了輸入、輸出傳送服務(wù)，這意味著此時的輸入信號不讀入、 輸出信號也不輸出。 PLC 工作的全過程可用圖 2.3 所示的運行框圖來表示。 圖 2.3 可編程控制器運行框圖 可編程控制器整個運行可分為三部分： 第一部分是上電處理。可編程控制器上電后對 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工 作，包括硬件初始化， I/O 模塊配置運行方式檢查，停電保持范圍設(shè)定及其他 初始化處理等。 第二部分是掃描過程。可編程控制器上電處理完成以后進(jìn)入掃描工作過程。 先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)通信處理，再次進(jìn)行時鐘、特殊寄存器 更新。當(dāng) C

45、PU 處于 STOP 方式時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng) CPU 處于 RUN 方 式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 第三部分是出錯處理。PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 自身的動作是否正常，如 CPU、電池電壓、程序存儲器、I/O 、通信等是否異 ?；虺鲥e，如檢查出異常時， CPU 面板上的 LED 及異常繼電器會接通，在特殊 寄存器中會存入出錯代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時， CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式，所 有的掃描停止。PLC 運行正常時，掃描周期的長短與 CPU 的運算速度有關(guān)，與 I/O 點的情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等均有關(guān)

46、。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令所需時間來說明其掃描速度 (一般 110ms/K)。值得注意的是，不 同指令其執(zhí)行是不同的，從零點幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用 的掃描時間將會不同。若用于高速系統(tǒng)要縮短掃描周期時，可從軟硬件上考慮。 2.2.3 可編程控制器的編程原則 （1）PLC 編程元件的觸點在編程過程中可以無限次使用，每個繼電器的線圈在 梯形圖中只能出現(xiàn)一次，它的觸點可以使用無數(shù)次。 （2）梯形圖的每一邏輯行皆起始于左母線，終止于右母線。線圈總是處于最右 邊，且不能直接與左邊母線相連。 （3）編制梯形圖時，應(yīng)盡量做到 “ 上重下輕、左重右輕 ” 。 （4）兩個或兩個以上的線圈

47、可以并聯(lián)，但不可以串聯(lián)。 （5）程序以 END 指令結(jié)束，程序的執(zhí)行是從第一個地址到 END 指令結(jié)束，在 調(diào)試的時候，可以利用這個特點將程 序分成若干個塊，進(jìn)行分塊調(diào)試，直至程 序全部調(diào)試成功。 第三章 控制設(shè)備及軟件原理 31PLC 原理及使用 隨著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展 到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前用于工業(yè)控制的計算機(jī)可以分為幾類，例如可 編程序控制器、基于 PC 總線的工業(yè)控制計算機(jī)、基于單片機(jī)的測控裝置、用 于模擬量閉環(huán)控制的可編程序調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制 系統(tǒng)（FCS）等。 現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)

48、出小批量、多品種、 多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線 的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是微處理器為基礎(chǔ)的通用 工業(yè)控制裝置。 PLC 的工作原理：PLC 有兩種工作模式，即 RUN 模式與 STOP 模式。 在 RUN 模式，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。 在 STOP 模式，CPU 不執(zhí)行用戶程序，可以用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程 序，設(shè)置 PLC 的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到 PLC。 PLC 通電后，需要

49、對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使 PLC 的輸出 及時地響應(yīng)各種不同的任務(wù)，如圖 3.1，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描 工作模式。 RUN 狀態(tài) STOP 狀態(tài) 圖 3.1 PLC 工作原理圖 讀取輸入 執(zhí)行用戶程序 處理通信請求 自診斷檢查 改寫輸出 改寫輸出 自診斷檢查 處理通信請求 讀取輸入 1、讀取輸入 在 PLC 的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)， 它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。在讀取輸入階段， PLC 把所有外部數(shù)字量輸入電路的 1/0 狀態(tài)讀入輸入過程映像寄存器。 外部電 路閉合時，輸入為“1”狀態(tài)，斷開時，為“0”狀態(tài)。

50、 2、執(zhí)行用戶程序 PLC 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。在 RUN 工作模式的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU 從第一條指令開始，逐條 順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，從 I/O 映像寄存器或別的位元件的映像 寄存器讀出其 0/1 狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果 寫入到相應(yīng)的映像寄存器中，因此，各映像寄存器（只讀的輸入過程映像寄存 器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 3、通信處理 在通信請示處理階段，CPU 處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例 如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑿畔鹘o通信請求 方。 4、CPU

51、自診斷測試 自診斷測試包括定期檢查 CPU 模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將 監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 5、改寫輸出 CPU 執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出模 塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像寄 存器為 1 狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng) 的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖 中輸出點的線圈是“斷電”，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為 0，將它送到繼電器型輸出模塊，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷 開，外部負(fù)載斷電，停止工

52、作。 311 PLC 概述 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用 而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控 制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸 出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按 易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。PLC 有以下 幾個特點： 1、編程方法簡單易學(xué) 2、功能強(qiáng)、性能價格比高 3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 4、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 5、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 6、維修工作量少，維修方便 7、體積小，能耗低 PLC

53、的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要設(shè)備之 一。PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC 在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能 價格比的不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個方面： 1、數(shù)字量邏輯控制 2、運動控制 3、閉環(huán)過程控制 4、數(shù)據(jù)處理 5、通信聯(lián)網(wǎng) 3.1.2 PLC 的應(yīng)用場合及功能 1數(shù)字量邏輯控制 可編程序控制器具有“與” 、 “或” 、 “非”等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電 路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯

54、控制。數(shù) 字量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及 各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 2運動控制 可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、 速度和加速度進(jìn)行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、3 軸和多軸位置控制，使運動控 制與順序控制功能有機(jī)地結(jié)合在一起?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地 用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等 場合。 3閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删?程序控制器通過模擬量 I/O 模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量（Digital）之間 的 A/D 轉(zhuǎn)換

55、和 D/A 轉(zhuǎn)換，并對模擬量實行閉環(huán) PID（比例積分微分）控制。 PLC 的模擬量 PID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、 熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)字運算（包括四則運算、矩陣運算、函數(shù)運 算、字邏輯運算以及求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算等） 、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排 序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般 用于大 型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、 冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5通信聯(lián)網(wǎng) 可編程序控制器的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程

56、I/O 之間的通信、多臺可編程序控 制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備（如計算機(jī)、變頻器、 數(shù)控裝置）之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 3.1.3 PLC 的基本結(jié)構(gòu)各組成部分 1中央處理器（CPU） 與一般計算機(jī)一樣，CPU 是 PLC 的核心，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功 能指揮 PLC 有條不紊地進(jìn)行工作。 2存儲器 PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放 由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改。它 使 PLC 具有基本的智能，能夠完成

57、PLC 設(shè)計者規(guī)定的各項工作。用戶存儲器 包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存 儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的各種用戶程 序。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是 RAM（有掉 點保護(hù)） 、EPROM 或 EEPROM 存儲器，其內(nèi)容可以由用戶任意修改或增刪。 用戶功能存儲器是用來存放（記憶）用戶程序中使用的 ON/OFF 狀態(tài)，數(shù)值數(shù) 據(jù)等，它構(gòu)成 PLC 的各種內(nèi)部器件，也稱“軟元件” 。 3輸入、輸出接口 輸入、輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集兩種 類型的輸入信號：一類是由按鈕

58、、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開 關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速 發(fā)電機(jī)和各種變換器等傳來的模擬量輸入信號。輸出信號用來連接被控對象中 各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量） 、調(diào)速裝置（模 擬量）等。 4 電源 小型整體式 PLC 內(nèi)部有一個開關(guān)穩(wěn)壓電源。此電源一方面可為 CPU 板、 I/O 板及擴(kuò)展單元提供工作電源（5V DC） ，另一方面可為外部輸入元件提供 （24V DC）電源。 5 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展單元與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活。 6 通信接口 為了實現(xiàn)“人機(jī)”或“機(jī)機(jī)”之間的對話，PLC 配

59、有多種通信接口。 PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)以及其他的 PLC 或計算機(jī)相連。 7智能 I/O 接口 為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要，PLC 配有多種智能 I/O 接口。編程 工具供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，最常用的是編程器。 8智能單元 各種 PLC 都有一些智能單元，它們一般都有自己的 CPU，具有自己的系統(tǒng) 軟件，能獨立完成一項專門的工作。智能單元通過總線與主機(jī)聯(lián)機(jī)，通過通訊 方式接受主機(jī)的管理。常用的智能單元有 A/D 單元、D/A 單元、高速記數(shù)單元、 定位單元等。 PLC 還可配有盒式磁帶機(jī)、EPROM 寫入器、存儲器卡等其他外部設(shè)備。 314 PL

60、C 的軟件編程方法 與個人計算機(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。PLC 的編程語言的表達(dá)方式有： （1）順序功能圖 （2）梯形圖 （3）功能塊圖 （4）指令表 （5）結(jié)構(gòu)文本 1、順序功能圖 這是一種位于其他編程語言這上的圖形語言，用來編制順序控制程序。順 序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言編 程。步、轉(zhuǎn)換和動作是順序功能圖中的三種主要元件?？梢杂庙樞蚬δ軋D來描 述系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易地畫出梯形圖程序。 2、梯形圖 梯形圖是使用是最多的 PLC 圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電 路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易