畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）電子信息工程學(xué)院時間2012年3月8日學(xué)生姓名指導(dǎo)教師設(shè)計（論文）題目基于PLC控制的選煤傳送帶系統(tǒng)的設(shè)計主要研究內(nèi)容本文介紹了選煤的意義和作用，同時介紹了基于PLC的自動選煤系統(tǒng)的實現(xiàn)。為了保證輸送帶運輸?shù)陌踩煽窟\行，達到減人提效的目的，應(yīng)用PLC可編程控制器，輔以必要的裝置，設(shè)計了輸送帶自動運輸系統(tǒng)。研究方法理論分析、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計。主要技術(shù)指標(biāo)或研究目標(biāo)煤塊從煤倉出來經(jīng)過1輸送帶送到振動篩，在經(jīng)過振動篩篩選后小的煤塊漏到4輸送帶送進洗煤廠，大的煤塊則經(jīng)過3輸送帶運送到粉碎機，經(jīng)過粉碎機粉碎后在經(jīng)過2輸送帶到達4輸送帶，再輸送到洗煤廠。粉碎機由三個限位開關(guān)監(jiān)管，若煤塊過多，則將信號傳給由PLC控制的變頻器，變頻器則調(diào)節(jié)1輸送帶的給煤速度。啟動有手動和自動兩種，自動可自動完成輸送任務(wù)；手動可單獨運行單一電機，達到維修目的。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字年月日說明一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論111引言112課題研究的背景和意義113課題的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和已解決的問題314本課題主要研究的內(nèi)容5第二章PLC功能簡介621概論622可編程控制技術(shù)的發(fā)展及趨勢723主要用途1024可編程控制器的特點1025可編程控制器的組成121、輸入寄存器132、輸出寄存器133、存儲器134、CPU單元135、其它接口單元1326主要功能14第三章PLC的原理介紹及總體結(jié)構(gòu)介紹1631可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則16311最大限度地滿足被控對象的控制要求16312保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠16313力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便16314適應(yīng)發(fā)展的需要1632可編程序控制器的分類1633CPU的構(gòu)成1634系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖20第四章硬件電路設(shè)計2141硬件選型21411PLC選型21412電機的選型28413變頻器的選型3042控制電路3343主電路圖35第五章系統(tǒng)的軟件設(shè)計3651STEP7編程軟件介紹36511STEP7MIRCO/WIN的安裝36512STEP7MIRCO/WIN窗口組件3852工作流程圖4353PLC編程語言的基本指令系統(tǒng)和編程方法4455系統(tǒng)梯形圖46總結(jié)51參考文獻52致謝53摘要本文介紹了選煤的意義和作用，同時介紹了基于PLC的自動選煤系統(tǒng)的實現(xiàn)。為了保證輸送帶運輸?shù)陌踩煽窟\行，達到減人提效的目的，應(yīng)用PLC可編程控制器，輔以必要的裝置，設(shè)計了輸送帶自動運輸系統(tǒng)。煤塊從煤倉出來經(jīng)過1輸送帶送到振動篩，在經(jīng)過振動篩篩選后小的煤塊漏到4輸送帶送進洗煤廠，大的煤塊則經(jīng)過3輸送帶運送到粉碎機，經(jīng)過粉碎機粉碎后在經(jīng)過2輸送帶到達4輸送帶，再輸送到洗煤廠。粉碎機由三個限位開關(guān)監(jiān)管，若煤塊過多，則將信號傳給由PLC控制的變頻器，變頻器則調(diào)節(jié)1輸送帶的給煤速度。啟動有手動和自動兩種，自動可自動完成輸送任務(wù)；手動可單獨運行單一電機，達到維修目的。關(guān)鍵詞PLC，輸送帶，振動篩，粉碎機，變頻器；ABSTRACTTHISARTICLEDESCRIBESTHESIGNIFICANCEANDUSAGEOFCOALPREPARATION,ALSOINTRODUCEDAUTOMATEDPREPARATIONSYSTEMBASEDONPLCTOENSURESAFEANDRELIABLE,ANDTOREALIZETHEAIMOFHIGHEFFICIENCYWEDESIGNEDTHECONVEYORBELTAUTOMATICTRANSPORTSYSTEMBASEONPLCPROGRAMMABLECONTROLLER,ADDITIONWITHTHENECESSARYEQUIPMENTCOALFROMTHEBUNKEROUTOFCONVEYORBELTTHROUGH1SENTVIBRATINGSCREEN,VIBRATINGSCREEN,AFTERSCREENINGASMALLLEAKTO4COALCONVEYORBELTFEEDINGCOALWASHINGPLANT,ALARGECOALCONVEYORBELTISTRANSPORTEDTHROUGHTHE3GRINDINGMACHINE,AFTERSMASHAFTERARRIVAL,AFTER2AND4CONVEYORBELTS,TERRITORYTOCOALWASHINGPLANTMILLCONSISTSOFTHREELIMITSWITCHMONITORING,IFTOOMUCHCOAL,ITWILLSIGNALTRANSMITTEDBYTHEPLCCONTROLLEDINVERTER,INVERTER1ISREGULATINGTHESPEEDCOALCONVEYORBELTSTARTWITHMANUALORAUTOMATIC,AUTOMATICTRANSMISSIONTASKSCANBEDONEAUTOMATICALLYMANUALSINGLEMOTORCANBERUNSEPARATELY,TOMAINTENANCEPURPOSESKEYWORDSPLC,CONVEYORBELT,VIBRATINGSCREEN,CRUSHER,INVERTER第一章緒論11引言西方國家對煤焦精煤的灰粉要求是58。美國規(guī)定電站不準(zhǔn)使用硫粉超過1的動力煤。因此無論是煉焦煤還是動力煤都必須進行洗選或篩分。德、英、法、日等國原煤幾乎全部入選。美國不入選的原煤是低灰粉的動力煤，但也都進行篩分，用選擇性破碎機除去大塊矸石。原煤在生成過程中混入了各種礦物雜質(zhì)，在開采和運輸過程中不可避免地又混入頂板和底板的巖石及其他雜質(zhì)木材、金屬及水泥構(gòu)件等，隨著采煤機械化程度的提高和地質(zhì)條件的變化，原煤質(zhì)量將越來越差，表現(xiàn)在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增長、水分提高。為了降低原煤中的雜質(zhì)，同時把煤炭按質(zhì)量、規(guī)格分成各種產(chǎn)品，就要對煤炭進行機械加工，以適應(yīng)不同用戶對煤炭質(zhì)量的要求，為有效的、合理的利用煤炭資源。減少燃煤對大氣的污染創(chuàng)造條件，保證國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。選煤是煤炭工業(yè)的重要部門。由此可以看出在洗煤之前的選煤過程的重要性。洗煤去除雜質(zhì)，而選煤則是首要條件。西方國家對選煤也相當(dāng)重視，不斷的研究更好的選煤設(shè)備來達到選煤的目的。并且選煤輸送帶作為洗煤廠主要運煤通道，其運行狀態(tài)直接影響到洗煤廠的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟效益。所選擇了選煤輸送帶的自動控制作為研究方向。當(dāng)然其中有很多不足的地方，例如怎樣防止輸送帶的打滑，縱撕，沿線急停，超溫，低速，跑偏及自動保護等等問題還沒有解決。12課題研究的背景和意義本文研究了輸煤傳送帶控制系統(tǒng)在輸煤控制中的應(yīng)用。通過一臺PLC對4條皮帶輸煤進行現(xiàn)場控制，使其能夠按照逆煤流啟動、順煤流停止，出現(xiàn)故障的皮帶及之前的皮帶能夠立即停止運行，同時系統(tǒng)出現(xiàn)報警信號。后面的皮帶繼續(xù)運煤到無余煤時停止，如果出現(xiàn)意外系統(tǒng)能夠緊急停止。系統(tǒng)控制分手動控制和自動控制兩種控制方式，分析了輸煤控制系統(tǒng)的合理構(gòu)成，了解影響輸煤控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的幾個重要因素；并根據(jù)實際情況運用抗干擾措施基本消除現(xiàn)場干擾信號的影響，從而保證輸煤控制系統(tǒng)的安全可靠運行。輸煤系統(tǒng)實現(xiàn)程序控制和工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)對提高輸煤系統(tǒng)的可靠性、自動化程度，減少崗位人員和他們的勞動強度，加強輸煤過程的運行管理和節(jié)能管理，實現(xiàn)狀態(tài)檢修具有非常重要的意義。通過對傳送帶系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作，使我們進一步鞏固和加深了對所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的認(rèn)識掌握。同時也培養(yǎng)自身綜合運用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能進行分析和解決實際問題的能力，更使我們受到了PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，從而能夠使我們進行PLC系統(tǒng)設(shè)計和實施，并且掌握典型自動控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計思路。更重要的是通過對傳送帶系統(tǒng)控制系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)的實際制作，鍛煉了自身的刻苦鉆研、勇于探索、實事求是、善于與他人合作的工作作風(fēng)，這為我們將來的上崗實習(xí)做好了充分的準(zhǔn)備。目前，輸送帶控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，火電廠的燃料煤是通過煤場的輸送帶送進爐鍋的。由于煤粉污染大，作業(yè)環(huán)境惡劣，因此，需要對輸送帶實現(xiàn)自動控制。此外，輸送帶控制系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用于井下采礦和食品業(yè)等。對于輸送帶實現(xiàn)自動控制以及其運行的可靠性與穩(wěn)定性直接影響著生產(chǎn)發(fā)展。采用傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，不僅接線復(fù)雜，抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴展性差。PLC系統(tǒng)因其可靠性高，編程簡單，功能完善而越來越受到青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步被PLC系統(tǒng)所取代。煤礦地面輸送帶系統(tǒng)組成如圖11圖11煤礦地面輸送帶系統(tǒng)示意圖13課題的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和已解決的問題近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以微處理器為核心的可編程控制器（PLC）得到了迅猛的發(fā)展。早期的PLC主要用于順序控制，今天的PLC已經(jīng)能夠應(yīng)用于閉環(huán)控制、運動控制以及復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)，已逐步發(fā)展成為有一類解決自動化問題的有效而便捷的方式。由于PLC自身具有功能完善、結(jié)構(gòu)模塊化、開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價比高、等優(yōu)點，因而在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，并被譽為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之一。而且隨著集成電路的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)時代的到來，PLC必將能夠獲得更大的發(fā)展空間。PLC主體由三部分組成，主要包括中央處理器CPU、存儲系統(tǒng)和輸入、輸出接口。PLC基本結(jié)構(gòu)如圖12所示輸入模塊開關(guān)或傳感器繼電器觸點行程開關(guān)模擬量輸入CPUEPROM掃描程序I/O管理RAM用戶存儲器用戶邏輯I/O信息電源主機編輯器輸出模塊電磁裝置其他執(zhí)行裝置圖12PLC的組成框圖系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也由單獨作為一個單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的開關(guān)信號、模擬信號各種以及各種傳感器檢測信號作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進入PLC的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。PLC的各部分協(xié)調(diào)一致地實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。PLC采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是按循環(huán)掃描方式完成的?？删幊炭刂破鞯墓ぷ鬟^程包括兩個部分自診斷及通信響應(yīng)的固定過程和用戶程序執(zhí)行過程，如圖13所示內(nèi)部處理與編程器計算機等通信輸入掃描執(zhí)行用戶程序輸出刷新圖13PLC工作過程框圖PLC在每次執(zhí)行用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序、復(fù)位、監(jiān)視、定時等內(nèi)部固定程序，若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描，然后PLC檢查是否有與編程器、計算機等的通信請求。如果有與計算機等的通信請求，則進行相應(yīng)處理。當(dāng)PLC處于停止STOP狀態(tài)時，只循環(huán)進行前兩個過程。而在PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，PLC從內(nèi)部處理、通信操作、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新五個工作階段循環(huán)工作。每完成一次以上五個階段所需要的時間成為有一個掃描周期。一次掃描周期也可以簡單的分為輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理三個階段。為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達01MS/K步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標(biāo)。在存儲容量方面，有的PLC最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。而當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展。現(xiàn)已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。小型PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型PLC，最小配置的I/O點數(shù)為816點，以適應(yīng)單機及小型自動控制的需要。為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應(yīng)用范圍。而加強PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，則是PLC技術(shù)進步的潮流。另外PLC的外部故障的檢測與處理能力也在不斷的增強。而在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。所以通過PLC對選煤傳送帶進行控制，是大勢所趨。14本課題主要研究的內(nèi)容本文介紹了PLC在四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，同時也詳細(xì)地敘述了系統(tǒng)中相關(guān)控制項目的設(shè)計方案及具體實現(xiàn)方法。文中還介紹了基于PLC與單片機的區(qū)別使我們能更加的清楚認(rèn)識PLC，對學(xué)生熟悉PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理以及學(xué)習(xí)梯形圖的編寫都有很大的幫助。本系統(tǒng)是對四節(jié)傳送帶控制的系統(tǒng)，該設(shè)備適用于流水線作業(yè)等。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自我診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。第二章PLC功能簡介21概論可編程控制器（PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列的優(yōu)點。特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因此在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一?？删幊炭刂破魇且环N存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)一個控制任務(wù)，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器將控制程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯某绦虼鎯ζ髦?。系統(tǒng)運行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設(shè)備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對象工作?？删幊炭刂破魇抢密浖韺崿F(xiàn)控制邏輯的，能夠適應(yīng)不同的控制任務(wù)的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它的內(nèi)部存儲器可以執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C技術(shù)COMPUTERCONTROLCOMMUNICATION相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大可編程控制器PROGRAMMABLELOGICALCONTROLLER簡稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司DEC為美國通用公司GM研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初，PLC主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子SIEMENS公司、BBC公司就開始研制PLC，當(dāng)時主要是用于軋鋼機、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。70年代初，日本的OMRON也推出了他們的PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型PLC。由于PLC是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計，所以具有極好的抗干擾性能并且他的使用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型PLC開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構(gòu)成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資料介紹1982年美國PLC用戶中，有48來自自動程序操作部門如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等、13來自石油化工業(yè)、9來自食品飲料業(yè)、7來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的PLC己通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和西德的PLC。22可編程控制技術(shù)的發(fā)展及趨勢20世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時期。PLC發(fā)展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有了翻天覆地的變化，PLC也再不斷發(fā)展變化中，PLC正朝著新的技術(shù)發(fā)展。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器PLC作為自動控制的三大技術(shù)支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一，成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。由于綜合了計算機和自動化技術(shù)，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。1、向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度、大容量發(fā)展。ANA系列PLC使用了世界上第一個在一塊芯片上實現(xiàn)PLC全部功能的32位微處理器、即順序控制芯片，其掃描時間為每條基本指令015US。2、增強小型PLC的功能小型PLC一般指I/O點數(shù)小于256的PLC，大多數(shù)采用整體結(jié)構(gòu)，小型PLC價格便宜，性價比不斷提高，很使用單機自動化，或組成分布式系統(tǒng)。近年來，PLC廠商不斷推出功能更強的小型PLC，更新?lián)Q代的周期越來越短。除了開關(guān)量邏輯控制功能以外，現(xiàn)代小型PLC還具有中斷功能、脈沖捕獲功能、內(nèi)置的實時鐘、用EEPROM代替RAM和鋰電池，使PLC成為完成完全免維護的設(shè)備，將過去許多需要特殊功能模塊完成的功能軟件化，如用PID指令實現(xiàn)PID控制，用定位控制實現(xiàn)位置控制。各PLC廠家近年來推出一些價格便宜的專用人機接口裝置，用來監(jiān)視PLC的內(nèi)部變量和修改參數(shù)。與西門子S7200配套的TD200文本顯器可顯示兩行中文，每行10或20個字符，可用S7200編程軟件設(shè)置TD200的顯示內(nèi)容。3、不斷提高編程軟件的功能（1）編程軟件日益普及（2）編程軟件功能不斷完善（3）編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化（4）編程軟件配備仿真功能，如西門子S7200與STEP7編程軟件配套使用的S7PLCSIM仿真軟件。（5）通訊功能的增強和標(biāo)準(zhǔn)化（6）PLC的軟件化與PC隨著計算機科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時代己經(jīng)過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展另一個是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?？偟内厔菘偨Y(jié)如下可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、CPU處理速度進一步加快、可編程控制技術(shù)的智能化、系統(tǒng)的開放性和兼容性、通用性和專業(yè)化的結(jié)合、可靠性進一步提高、控制系統(tǒng)分散化、控制與管理功能一體化等。為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，PLC將廣泛采用計算機信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使PLC系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。綜上所述，我們不難得出下面幾個結(jié)論（1）工控機、計算機集散控制系統(tǒng)及PLC正在走著一條相互融合的道路。（2）智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想。（3）系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運算能力將越來越強。（4）基于標(biāo)準(zhǔn)化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù)。（5）通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。23主要用途PLC編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了PLC簡單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可以結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將PLC用語實際控制系統(tǒng)中，此外，PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，在實際運用中設(shè)施施工周期短等特點，是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。PLC誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著PLC技術(shù)的推廣和應(yīng)用，PLC將向著標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。PLC與一般的計算機的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元（CPU），存儲器（MEMERY），輸入/輸出（INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于PLC專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計的，為了便于接線，擴充功能，操作及維護，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計算機系統(tǒng)有所區(qū)別。24可編程控制器的特點中央處理單元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制電路，運算器，寄存器等組成，通過地址及數(shù)據(jù)總線與存儲器，I/O接口電路連接，它主要完成從存儲器中讀取指令并執(zhí)行，然后再取下一條指令，處理中斷等任務(wù)。存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，PLC的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。其中，系統(tǒng)程序是PLC制造廠家編寫的控制和完成各種功能的程序，他們一般被固化到只讀存儲器（RAM）中，允許修改，并用戶啟動運行。輸入/輸出借口電路用來連接PLC主機與外部設(shè)備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入，輸出接口均有光電隔離裝置，最常用的是由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。我們所用的OMRONCPM1A系列PLC的輸入/輸出接口電路圖如下圖所示位置糾偏信號觸摸屏適配器故障檢測PLCCPMIA30DA001伺服驅(qū)動器離合器C/B左右電機記數(shù)信號校正歸位信號紙箱位置信號主傳送裝置主變頻器從變頻器從傳送裝置伺服機3M3M圖21OMRONCPM1A系列PLC的輸入輸出接口電路圖由于輸入及輸出的升年時秒度即可能是數(shù)字能量，又有可能是開關(guān)量或者模擬量，所以，選擇接口部件時要考慮接口處的信號的性質(zhì)。電源部件用來將用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC的各部分電子電路工作所需的直流電源，是PLC能正常工作。由于PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此它對外部電源的要求并不高，直流24V供電的機型，允許電壓為1632V。交流供電的機型，允許電壓為85264V，頻率為4753HZ，一般情況下，PLC還為用戶提供24V直流電源作為輸入電源或負(fù)載電源?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、記數(shù)和算術(shù)運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。自1969年第一臺可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。PLC所以被廣泛應(yīng)用，是由它的突出特點和優(yōu)點的性能分不開的，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對工業(yè)控制設(shè)備安全可靠的要求，PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸電的的半導(dǎo)體電路來完成，PLC選用的電子器件一般是工業(yè)機，有的甚至是軍用機，平均無故障時間很長。PLC具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。再電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作，具有很強的的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值高達1000V、脈寬10US的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗震能力和抗沖擊能力。一般對環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度2065度、相對濕度為3585情況下仍可正常工作?？删幊绦蚩刂破鞑捎肧IEMENS的S7200系列CPU224主機，I/O點數(shù)為40點14個輸入點和10個輸出點，具有2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7200PLC的一個很有特色的功能，它使S7200PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊，具有較高的精度。PLC編程采用STEP7MICRO/WIN編程軟件，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。可編程控制器能如此迅速的發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不具備的特點1、可靠性可編程控制器采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如冗余設(shè)計、掉電保護設(shè)計、故障診斷、和信息保護和恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性得到提高?？删幊绦蚩刂破魇菫榱斯I(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用的計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了簡化的編程語言，變成出錯率大大降低。在可編程控制器的軟件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用軟件過濾；軟件自診斷；簡化編程語言；信息保護和恢復(fù)。報警和運行信息的顯示等。2、易操作性著重體現(xiàn)在它的操作方便、編程方便、維護方便。3、靈活性編程的靈活性。編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖、和語句表。這種編程的靈活性是繼電器順序控制所不能比擬的，正是由于編程的柔性特點，再柔性制造單元FMC、柔性制造系統(tǒng)FMS、計算機集成制造系統(tǒng)CIMS和計算機集成流程工業(yè)系統(tǒng)CIPS，可編程控制系統(tǒng)成為主要的控制設(shè)備。4、擴展的靈活性它不僅可通過增加輸入輸出卡件增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)DCS或其他上位機的通信來擴展功能，并與外部設(shè)備進行交換等。25可編程控制器的組成如圖所示，PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進行IO變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。1、輸入寄存器圖22PLC的組成輸入寄存器可按位進行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進行修改。2、輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。3、存儲器存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。4、CPU單元CPU單元控制著IO寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。5、其它接口單元其它接口單元用于提供PLC與其它設(shè)備和模塊進行連接通信的物理條件。26主要功能PLC的外部設(shè)備中，最重要的就是編程器，它用來對用戶程序進行寫入，檢查，修改和調(diào)試，也可以在線監(jiān)視PLC的運行，它經(jīng)過編程器接口與CPU聯(lián)系，完成人機對話。目前，有很多PLC都可以利用微型計算機作為編程工具，這時應(yīng)配上相應(yīng)的編程軟件及接口，由于微機的強大功能，使PLC的編程和調(diào)試更為方便。功能說明1、邏輯控制功能邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是PLC的最基本功能之一。PLC設(shè)置有“與”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等邏輯指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按鈕或其它傳感器）的狀態(tài)，根據(jù)指定的邏輯進行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、電機等）。因此，PLC可代替繼電器進行開關(guān)控制，完成接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。另外，在PLC中一個邏輯位的狀態(tài)可以無限次的使用，邏輯關(guān)系的修改和變更也十分方便。2、定時控制功能定時控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設(shè)定值（定時時間）可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時，PLC將根據(jù)用戶用定時器指令指定的定時器對某個操作進行限時或延時控制，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。3、計數(shù)控制功能計數(shù)控制功能是PLC的基本功能之一。PLC為用戶提供了許多計數(shù)器，計數(shù)器記到某一個數(shù)時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。計數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中進行修改。程序執(zhí)行時，PLC將根據(jù)用戶用計數(shù)器指令指定的計數(shù)器對某個控制信號的狀態(tài)改變次數(shù)進行計數(shù)，以完成對某個計數(shù)過程的計數(shù)控制。4、步進控制功能PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，可以實現(xiàn)由時間、計數(shù)或其他指定邏輯信號為轉(zhuǎn)步條件的步進控制。即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)步條件控制下，自動進行下一道工序。有些PLC還專門設(shè)置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。5、數(shù)據(jù)處理功能PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯(lián)、實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示的打印。6、回路控制功能有些PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，可以方便的完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。7、通訊聯(lián)網(wǎng)功能有些PLC采用通訊技術(shù)，實現(xiàn)遠程I/O控制、多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計算機之間的通訊等。8、監(jiān)控功能PLC設(shè)置了較強的監(jiān)控功能，利用編程器或監(jiān)視器，操作人員對PLC有關(guān)部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護提供了極大的方便。9、停電記憶功能PLC內(nèi)部的部分存儲器所使用的RAM設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲器中信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。10、故障診斷功能PLC可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴(yán)重錯誤則自動終止運行。PLC的故障自診斷功能大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全性和可維護性。第三章PLC的原理介紹及總體結(jié)構(gòu)介紹31可編程控制器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則311最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。312保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。313力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。314適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。32可編程序控制器的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。1、按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。1整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。2模塊式PLC模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2、按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。1低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。2中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3高檔PLC除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3、按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。1小型PLCI/O點數(shù)2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K如S7400德國西門子公司GEGE公司C2000立石公司K3三菱公司等33CPU的構(gòu)成CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)大概可以分為控制單元、運算單元、存儲單元和時鐘等幾個主組成部分。運算器是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的中心，它主要由算術(shù)邏輯部件（ALUARITHMETICANDLOGICUNIT）、寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。ALU主要完成對二進制信息的定點算術(shù)運算、邏輯運算和各種移位操作。通用寄存器組是用來保存參加運算的操作數(shù)和運算的中間結(jié)果。狀態(tài)寄存器在不同的機器中有不同的規(guī)定，程序中，狀態(tài)位通常作為轉(zhuǎn)移指令的判斷條件?？刂破魇怯嬎銠C的控制中心，它決定了計算機運行過程的自動化。它不僅要保證程序的正確執(zhí)行，而且要能夠處理異常事件?？刂破饕话惆ㄖ噶羁刂七壿?、時序控制邏輯、總線控制邏輯、中斷控制邏輯等幾個部分。指令控制邏輯要完成取指令、分析指令和執(zhí)行指令的操作。時序控制邏輯要為每條指令按時間順序提供應(yīng)有的控制信號。一般時鐘脈沖就是最基本的時序信號，是整個機器的時間基準(zhǔn)，稱為機器的主頻。執(zhí)行一條指令所需要的時間叫做一個指令周期，不同指令的周期有可能不同。一般為便于控制，根據(jù)指令的操作性質(zhì)和控制性質(zhì)不同，會把指令周期劃分為幾個不同的階段，每個階段就是一個CPU周期。早期CPU同內(nèi)存在速度上的差異不大，所以CPU周期通常和存儲器存取周期相同，后來，隨著CPU的發(fā)展現(xiàn)在速度上已經(jīng)比存儲器快很多了，于是常常將CPU周期定義為存儲器存取周期的幾分之一。1、I/O模塊I/O模塊是PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下開關(guān)量按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量按信號類型分，有電流型（420MA,020MA）、電壓型（010V,05V,1010V）等，按精度分，有12BIT,14BIT,16BIT等。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。2、電源模塊PLC控制系統(tǒng),它的CPU模塊工作電壓一般是5V,而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高,如直流24V和交流220V等。PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V,正負(fù)12V、24V等直流電源。34系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖見圖31。開關(guān)模塊LED顯示限位開關(guān)PLC變頻器電機電機圖31系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖第四章硬件電路設(shè)計41硬件選型411PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算2、存儲器容量的估算3、控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。（1）運算功能簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。（2）控制功能控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。（3）通信功能大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)11冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于