第一篇：實用可編程序控制器的典型電氣控制

實用可編程序控制器的典型電氣控制

王青龍

摘 要 可編程控制器在現(xiàn)代 工業(yè)生產中發(fā)揮著及其重要的作用：它和CAD.機器人技術一起，已成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱?？删幊炭刂破魇?0世紀60年代末，隨著計算機技術的發(fā)展而興起的工業(yè)通用控制器。它通過傳統(tǒng)的繼電器控制手段，滿足現(xiàn)代企業(yè)尋求高生產.低成本和強靈活性的迫切需求?？删幊炭刂破鹘柚诠こ碳夹g人員非常熟悉的繼電器梯形圖設計方法，以滿足不同設備多變的控制要求，從而使所設計飛控制系統(tǒng)具有通用化.標準化和柔性化以及高可靠性等特點，可縮短控制系統(tǒng)的設計.安裝和調試以及升級更新周期，降低生產成本。自20世紀60年代末美國首先研制成功可編程控制器后，其應用范圍迅速拓廣?？删幊炭刂破饔捎谄湓诳刂品矫娴囊饬x日趨明顯，并在發(fā)電、化工、等行業(yè)工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用。它具有功能強大、使用可靠、維修簡單等許多優(yōu)點，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。與此同時,智能化中央空調也正被廣泛地應用,在將其倆雙雙結合的情況下,不僅促進了的,也提高了人民生活水平。

關鍵詞 PLC 控制系統(tǒng) 智能化 編程 控制器 1.1 引言

隨著我國的不斷發(fā)展，高度信息化，新的高科技技術不斷應用到各個方面中，使得智能化已成為一種發(fā)展的必然趨勢。智能化也往往是從設備自動化系統(tǒng)開始。本文主要針對我們本次的畢業(yè)設計《智能化小型中央空調》闡述PLC控制設計與智能化中央空調(冷凍站)系統(tǒng)的關系。

1.2 系統(tǒng)及工藝簡介

現(xiàn)介紹如下：我們本次的設計中有兩套中央空調系統(tǒng)，由三臺冷卻水泵、三臺冷凍水泵、一臺冷卻塔風機、兩臺冷水機組等主要設備組成兩套制冷

系統(tǒng)（因系統(tǒng)小，冷卻塔功率大，實驗室要求等，本系統(tǒng)較一般兩套制冷系統(tǒng)不同的是兩臺冷水機組卻只選擇一個冷卻塔，經核定，這并不其效果）其中冷水機組是由設備生產廠成套供應的。根據(jù)本次設計的實驗室要求，我們選擇了2*5匹全封閉式壓縮機冷水機組。它一般是根據(jù)空氣調節(jié)原理及等由微處理器自動控制。冷水機組由壓縮機、冷凝器與蒸發(fā)器組成。壓縮機把制冷劑壓縮，壓縮后的制冷機進入冷凝器，被冷卻水冷卻后，變成液體，析出的熱量由冷卻水帶走，并在冷卻塔里排入大氣。液體制冷劑由冷凝器進入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收熱量，使冷凍水降溫，然后冷凍水進入冷風機盤管吸收空氣中的熱量。如此循環(huán)不已，把室內的熱量帶出，達到降低環(huán)境溫度的目的。因此，中央空調冷凍系統(tǒng)的工藝控制要求為：（1）測量冷凍水供回水溫度及流量，從而計算空調實際的冷負荷，根據(jù)實際的冷負荷來決定冷水機組的開啟臺數(shù)，達到最佳節(jié)能狀態(tài)。（2）各設備的程序聯(lián)動：啟動：冷卻塔風機——冷卻水泵——冷凍水泵——冷水機組。停止：冷水機組——冷凍水泵——冷卻水泵——冷卻塔風機。當其中一臺冷卻水泵/冷凍水泵出現(xiàn)故障時，備用冷卻水泵/冷凍水泵會自動投入工作。

（3）測量冷凍水系統(tǒng)供回水管的壓差△P=P1－P2控制其旁通閥(TV)的開口度，使其維持壓差。

（4）因我們本次設計的實驗室的目的是為給同學們更形象生動的理解中央空調系統(tǒng)，所以設計過程中，我們還會考慮到在合適并重要的位臵處裝上便于觀察制冷劑或水流情況的窺視鏡。

1.3 PLC原理及應用

中央空調冷凍系統(tǒng)的控制有3種控制方式：早期的繼電器控制系統(tǒng)、直接數(shù)字式控制器DDC以及PLC(可編程序控制器)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，系統(tǒng)復雜，功耗高等明顯的缺點已逐漸被人們所淘汰，直接數(shù)字式控制器DDC雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。但由于DDC

其本身的抗干擾能力和分級分步式結構的局限性而限制了其應用范圍。相反，PLC控制系統(tǒng)以其運行可靠、使用與維護均很方便，抗干擾能力強，適合新型高速結構這些顯著的優(yōu)點使其逐步得到廣泛的應用。

可編程控制器是計算機家族中的一員。于上個世紀中后葉被發(fā)明后，在機床、各種流水線的輸送機械、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛的應用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）, 即簡稱為PLC。

PLC具有功能強大、使用可靠、維修簡便等許多優(yōu)點。對于傳統(tǒng)的繼電器電路來說，它難以實現(xiàn)復雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設計繁瑣，難以實現(xiàn)升級，并易發(fā)故障，維修復雜，現(xiàn)在已被大中型設備的控制系統(tǒng)所拋棄。而PLC正被廣泛的應用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著技術不斷的飛躍發(fā)展，PLC也不斷得到完善和強大，同時它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網通信功能和自診斷功能等。因此今天這種裝臵被我們稱作可編程控制器，不過我們還是習慣簡稱這種裝臵為PLC。

PLC的體系結構 2.1 PLC結構圖

PLC實質上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一致的。如圖所示：

圖2.1.1 PLC硬件的基本結構

PLC主要是模塊式的，包含CPU模塊、I/O模塊等，PLC一端接傳感器，另一端接執(zhí)行器，從傳感器得到的數(shù)據(jù)經PLC讀、運算等處理下達給執(zhí)行器，執(zhí)行器動作。PLC相當于 繼電器的作用，其好處是可靠性高，自動化程度高、可進行網絡化等。2.2 PLC的選型及設臵

為了滿足以上所介紹的空調工藝要求，整個控制系統(tǒng)需要可編程序控制器的輸入、輸出點分別是112點和32點，其中模擬量輸入、輸出為6點和4點。根據(jù)PLC的I/O原理使用原則，即留出一定的I/O點以做擴展

時使用，以及系統(tǒng)設計中實際所需的I/O點數(shù)。選用華光電子工業(yè)有限公司的SU－5/B型。主機：SU－5/B；輸入模塊：U－25N、U－01AD；輸出模塊：U－05T、U－01DA。這種機型的I/O點數(shù)為256點，有RS－422通訊端口，其編程指令有143條，并配有相應的編程軟件S－62P，不僅可以通過手持編程器對其編程。而且可以通過PC機對其進行編程輸入。該軟件還能在PLC運行時監(jiān)控其運行狀況。

2.3 軟件設計

制冷系統(tǒng)的啟動/停止是用于制冷系統(tǒng)的手動啟動/停止控制。也可以通過溫度設定，依據(jù)冷負荷的需要自動開啟制冷系統(tǒng)。每臺設備均設有自動、手動、備用三種運行狀態(tài)，自動用于聯(lián)鎖集中控制；手動用于調試或檢修；備用狀態(tài)用于熱備用。三臺水泵二工一備。其中備用泵循環(huán)輪換，提高設備的保養(yǎng)率。各臺設備按工藝要求順序自動啟動/停止時，采用每臺設備啟動后經15s左右延時，再啟動下一臺設備。一是考慮水泵穩(wěn)定運行有個過程，二是避免數(shù)臺電動機同時啟動，沖擊變壓器，影響供電質量。

為提高中央空調系統(tǒng)的經濟性、可靠性及可維護性，需采用控制產品對中央空調系統(tǒng)的各個設備進行控制。早期的中央空調控制器多為就地式專用控制器和DDC控制器，它們具有控制功能簡單、不易聯(lián)網及信息集成度不高等缺點。隨著計算機技術、控制技術和網絡技術的發(fā)展，現(xiàn)在的中央空調系統(tǒng)都傾向于采用先進、實用、可靠的可編程控制器(PLC)來進行控制。PLC控制系統(tǒng)主要功能與特點 3.1 PLC控制系統(tǒng)功能說明

如空氣處理機PLC控制原理簡圖所示：

1.當啟動空氣處理機時，PLC發(fā)出控制指令。首先開戶回風門和新風門到設定位臵，然后啟動送風機，同時通過控制變頻器，從而調節(jié)風機的轉速。

2.露點溫度與系統(tǒng)設定值相比較后,用PID方式調節(jié)冷水電動閥,控制冷水流量, 使送風溫度達到設定值。

3.送風機轉速的快慢是由回風溫度與系統(tǒng)設定值相比較后，用PID方式控制變頻器，從而調節(jié)風機的轉速，達到調節(jié)回風溫度的目的。

4．當過濾網前后壓差超出設定值時，PLC發(fā)出過濾堵塞報警信號。5．當空氣處理機停止運行后，新風門、回風門和冷水電動閥回復到全關位臵，并關停冷水環(huán)泵。

上位機監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對工藝參數(shù)的檢測、各機組的協(xié)調控制以及數(shù)據(jù)的處理、等任務，下位PLC主要完成數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場設備的控制及連鎖等功能。除此以外，PLC系統(tǒng)還有如下功能：

◆ 數(shù)據(jù)顯示功能

顯示機組的運行參數(shù)，包括冷水出口溫度、冷水入口溫度、冷卻水出口溫度、冷卻水入口溫度、蒸汽壓力、蒸汽閥門開度，以及溶液泵、冷劑泵等所有屏蔽泵的運行狀態(tài)和各種故障報警的詳細信息。

◆ 數(shù)據(jù)的存儲及檢索功能

對重要的數(shù)據(jù)進行在線存儲，數(shù)據(jù)的存儲時間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式檢索歷史數(shù)據(jù)。

◆ 控制功能

根據(jù)設定的參數(shù)，并考慮經驗運行數(shù)據(jù)，PLC應用反饋數(shù)據(jù)(如室內溫度等)進行PID調節(jié)，以保證運行參數(shù)滿足系統(tǒng)要求?？刂葡到y(tǒng)有三種運行方式：就地手動、軟手動和自動。就地手動就是通過就地手動操作設備對機組進行控制，軟手動是通過PLC對機組進行手動控制，自動則是根據(jù)編好的控制程序自動控制相關設備的啟、停及調節(jié)量。采用程序控制方式，杜絕冷劑污染，有效便捷地實現(xiàn)冷水、冷卻水的變頻控制。通過有效合理地開、?？刂疲_到啟動速度快、停機時間短的目的，即能節(jié)省能耗，還能避免結晶，從而提高中央空調系統(tǒng)的安全性和經濟性。

◆ 連鎖與保護功能

各機組相關設備的啟、停具有一定的連鎖關系和時間順序，該功能由PLC的連鎖程序完成。同時，為保證機組的可靠運行，對相關參數(shù)采取了一定的保護措施，如冷水、冷卻水與機組的連鎖控制、冷卻水系統(tǒng)與冷卻塔的連鎖控制等。3.2 系統(tǒng)特點

◆ 靈活性

本控制系統(tǒng)選用可利用公司的小型一體化PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調主機控制系統(tǒng)中的單片機，較大程度地提高了系統(tǒng)配臵及控制的靈活性，能更好地滿足不同用戶的不同需求。同時，明顯縮短了程序開發(fā)周期。

◆ 高可靠性

PLC控制核心能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠、無故障運行，并且易接線、易維護、隔離性好、抗腐蝕能力強，能適應較寬的溫度變化范圍，平均無故障時間間隔(MTBF)大于15年。

強大的功能

用PLC改造門的電氣控制系統(tǒng)

用PLC改造老式繼電器——接觸式大門的電路接線，是現(xiàn)代普遍采用的技術。該門的控制電動機過去是正反轉工作，使用的久留接觸器，現(xiàn)在改造電路是全部采用PLC控制。

1.可靠性高，抗干擾能力強。能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，控制設備具有很強的抗干擾能力（如電磁干擾，電源電壓波動，機械震動，溫度變化等）。PLC的平均無故障間隔時間（MTBF）高，如日本三菱公司的F1，F(xiàn)2系列PLC平均無故障間隔時間長達30萬小時。與繼電器相比，采用PLC控制后，大量的開關動作有無觸點的電子線路來完成，用軟件程序代替了繼電器的復雜連線，既方便靈活，可靠性也大大提高了。

2.控制系統(tǒng)構成簡單，通用性強。PLC是一種存儲程序控制器，其輸入和輸出設備與繼電接觸器控制系統(tǒng)類似，但他們可連接在PLC的I/O端。例如，對開關量的輸入，可將無源觸點開關接到PLC 的輸入端，而PLC的輸出具有很強的驅動能力，可直接驅動接觸器等執(zhí)行元件。由于PLC是采用軟件編程來實現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當控制要求改變要改變控制系統(tǒng)時，不必改變PLC的硬件設備，只要改變編程軟件的程序，當同一臺PLC用于不同的控制對象時，也只是輸入與輸出的不同，應用軟件不同，因此說PLC有很好的通用性。

3.編程簡單，使用，維護方便。目前大多的PLC均采用與實際電路接

線圖非常相近的梯形圖編程（Ladder Programming）,這種編程語言形象直觀，易于掌握。而且PLC具有故障檢測，自診斷等功能，能及時檢查出報警顯示，使操作人員能迅速的檢查，判斷，排除故障，具有較強的在線編程能力，維修十分方便。

4.模塊化，體積小，功耗低，性價比

PLC采用了半導體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時功耗也很低，空載功耗大約1.2W。由于PLC的結構緊密，抗干擾能力強，很方便的將其裝在機械設備內部。

PLC的編程語言遵從易學、易懂、易用的標準。除了具備傳統(tǒng)PLC助記符和梯形圖編程功能外，還具有結構化語言和順序功能圖編程功能。PLC提供各種功能模塊，包括各種通訊功能選擇、通訊參數(shù)設臵，以及可以具體到某年、某月、某日、某個時刻的多種定時器和超長定時器等，方便了各種功能的實現(xiàn)，有利于縮短開發(fā)周期和節(jié)省程序容量?！?優(yōu)良的開放性

上位軟件Focsoft3.1支持DDE、OPC、ODBC、SQL，并提供豐富的API編程接口，方便接入其它系統(tǒng)。4 控制 4.1

對于冷凍水系統(tǒng)，其出水溫度取決于蒸發(fā)器的設定值，而回水溫度取決于蒸發(fā)器接收的熱量，中央空調冷凍水出水溫度與冷凍水的回水溫度設計最大溫差為：5℃（比如：出水7℃，回水12℃），現(xiàn)采用在蒸發(fā)器出水管和回水管上裝有檢測其溫度的變送器、PID溫差調節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過冷凍水溫差（如：△T=5℃）控制，即可使冷凍水泵 9 的轉速相應于熱負載的變化而變化。

4.2

對于冷凍水系統(tǒng)，由于低溫冷凍水的溫度取決于冷卻塔的工作情況，我們只需控制高溫冷凍水（冷凝器出水）的溫度，即可控制溫差?，F(xiàn)采用溫差變送器、PID 調節(jié)器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，冷凝器出水的溫度控制在 T2（如： 37℃），使冷卻水泵的轉速相應于熱負載的變化而變化。4.3

在管道中取壓力信號采樣和溫差變送器，通過PID調節(jié)器進行優(yōu)化，通過PLC控制變頻器，以此控制3臺水泵電機的運行，系統(tǒng)啟動開始工作，當?shù)?臺電機運行至工頻狀態(tài)時，如管網壓力不夠，變頻器控制第2臺電機開始工作，若工作到工頻狀態(tài)時管網管壓仍不夠時，變頻器自動切換至第3泵使其變頻運行，第1、2臺電機工頻運行，直至管網所需管壓。當外部需求降低，管網管壓提高時，第3臺運行停止，變頻器自動切換至第2泵，使其工作在變頻狀態(tài)下若還達不到要求，再切換至第1電機，如此周而復始，始終讓系統(tǒng)工作在最優(yōu)、最佳、最省的工作狀態(tài)。5 系統(tǒng)的設計和

由于整個實驗室正在逐步籌劃和建設的過程中，許多設計還處于探討之中，眾多功能還未付諸實施。

現(xiàn)在本文就系統(tǒng)改造實現(xiàn)情況作簡單介紹：本文的系統(tǒng)調試應分為兩步，設備電氣控制系統(tǒng)調試和中心系統(tǒng)調試。我們就已完成的設備電氣控制系統(tǒng)設計、調試及使用情況作一下說明：針對實驗室的要求：要求電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定，感溫精確度高，維護方便壽命長，并能聯(lián)網進行管理。除此之外在實際使用中系統(tǒng)的故障報警部分設計還不夠完善，許多功能還未開發(fā)。本文經過對設備狀況和同學們對中央空調認識的調研，本文認為可采用三菱公司的A系列PLC作為設備的控制系統(tǒng)核心。它不僅具備普通PLC可編程控制器的各種優(yōu)點，而且能夠利用以太網網絡模塊（B2/B5）組建MELSECNET網絡，最終達到建成先進的分布式控制系統(tǒng)，既實現(xiàn)各種設備之間的聯(lián)網，實現(xiàn)遠程控制和管理。PLC 硬件電路的設計

1.PLC的I/O地址分配如表1所示。

L、N接電源（220V）、PLC 應接地，輸入COM和輸出COM應分開。

必須要鍵入程序后，圖2中的PLC 才能工作。

輸入

輸入元件

地址 輸出

輸出元件

地址

停止按扭 SB1 X1 正轉（開門）高速按扭SB2 X2 正轉（開門）中速按扭SB3 X

3正轉（開門）低速按扭SB4 X4 反轉（關門）高速按扭SBX5 反轉（關門）中速按扭SB6 X6

反轉（關門）低速按扭SB7 X7 變速器正轉啟動端子STF Y0 變速器高速端子RH

Y1

變速器中速端子RM

Y2 變速器低速端子RL

Y3 KM1線圈

Y4 KM2線圈

Y5

當然系統(tǒng)基本達到了設計的要求，它不僅具備基本邏輯控制功能，還具有聯(lián)網通信功能和管理功能等。另外相對與老的控制系統(tǒng)，它工作穩(wěn)定、故障率低，并能進行系統(tǒng)自動報警，操作及維護十分簡便，維修綜合成本（待機時間等）大大降低。6 結束語

在智能化中央空調冷凍系統(tǒng)中，采用PLC控制系統(tǒng)是切實可行的，中央空調冷凍系統(tǒng)用PLC控制可以有效地保證其工作穩(wěn)定、可靠，便于維護，且性能價格比高。同時以PLC為核心的高可靠的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對空調主機的控制及兩臺主機之間的協(xié)調控制，具有先進、可靠、、靈活等顯著特點。

1．《中央空調工程設計與施工》，吳繼紅、李佐周編著，高等出版社 2．《制冷空調自動控制》，張子慧等編著，出版社1 3.三菱公司，三菱微型可編程控制器編程手冊，2000 4.《可編程控制器原理及應用》，顧戰(zhàn)松、陳鐵年編著，國防出版社，1996 5.肖海亮等編著，實現(xiàn)微機和PLC在以太網中的通信，電氣自動化，2001.5

第二篇：可編程序控制器

基礎知識

可編程序控制器（Programmable Controller）原本應簡稱PC，為了與個人計算機專稱PC相區(qū)別，所以可編程序控制器簡稱定為PLC（Programmable Logic Controller），但并非說PLC只能控制邏輯信號。PLC是專門針對工業(yè)環(huán)境應用設計的，自帶直觀、簡單并易于掌握編程語言環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場控制裝置。

一、PLC基本組成

PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設備接口、擴展接口等）、外部設備編程器及電源模塊組成，見圖4-1。PLC內部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應設備與控制裝置構成PLC控制系統(tǒng)。

圖4-1 PLC的基本組成

1.中央處理器

中央處理器（CPU）由控制器、運算器和寄存器組成并集成在一個芯片內。CPU通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。

小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機，如8031、M68000等，這類芯片價格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機，如8086、96系列單片機等，這類芯片主要特點是集成度高、運算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。

CPU按照PLC內系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項工作任務。2.存儲器

PLC內的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。

1）系統(tǒng)程序存儲器

PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調用等部分。

系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序將PLC的用戶指令轉換為機器語言指令，傳輸?shù)紺PU內執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調用則負責調用不同的功能子程序及其管理程序。

系統(tǒng)程序屬于需長期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲器，該存儲器只能讀出內容，不能寫入內容，具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲的內容。EPEROM為可電擦除只讀存儲器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內容，可電擦除可編程只讀存儲器還有E2PROM、FLASH等。

2）用戶程序存儲器

用戶程序存儲器用于存放用戶載入的PLC應用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調試，所以稱為用戶調試程序，存放在可以隨機讀寫操作的隨機存取存儲器RAM內以方便用戶修改與調試。

通過修改與調試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內長期使用。

3）數(shù)據(jù)存儲器

PLC運行過程中需生成或調用中間結果數(shù)據(jù)（如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計數(shù)器的預置值和當前值等）和組態(tài)數(shù)據(jù)（如輸入輸出組態(tài)、設置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等），這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機存取存儲器RAM。

RAM是一種高密度、低功耗的半導體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持RAM中的內容。3.接口

輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型；輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負載；繼電器輸出為有觸點輸出型電路，用于低頻負載。

現(xiàn)場控制或檢測元件輸入給PLC各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉換成CPU能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器等被控設備的執(zhí)行元件。

1）輸入接口

輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸頭等開關量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。

以圖4-2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構成濾波電路，濾波后的輸入信號經光耦合器T與內部電路耦合。當輸入端的按鈕SB接通時，光耦合器T導通，直流輸入信號被轉換成PLC能處理的5V標準信號電平（簡稱TTL），同時LED輸入指示燈亮，表示信號接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路

這些電路集成在一個芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。

圖4-2 直流輸入接口電路

濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強電干擾進入PLC。由于輸入電信號與PLC內部電路之間采用光信號耦合，所以兩者在電氣上完全隔離，使輸入接口具有抗干擾能力。現(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。

2）輸出接口

輸出接口電路向被控對象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調節(jié)閥（模擬量）、調速裝置（模擬量）、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進行抗干擾電隔離。

微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。

3）其它接口

若主機單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴展接口電纜與I/O擴展單元（不帶CPU）相接進行擴充。

PLC還常配置連接各種外圍設備的接口，可通過電纜實現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。4.編程器

編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲器，并利用編程器檢查、修改和調試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。

編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進行聯(lián)機編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場調試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進行脫機編程。

目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計算機輔助PLC編程支持軟件，當個人計算機安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進行用戶程序的編輯、修改，并通過個人計算機和PLC之間的通信接口實現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運行狀態(tài)等。5.電源

PLC的電源將外部供給的交流電轉換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強的開關穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。

PLC工作原理 1.PLC內外部電路

1）外部電路接線

圖4-3是電動機全壓起動控制的接觸器電氣控制線路，控制邏輯由交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2、熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動按鈕SB1及接觸器常開輔助觸頭KM通過導線連接實現(xiàn)。

合上QS后按下起動按鈕SB1，則線圈KM通電并自鎖，接通指示燈HL1所在支路的輔助觸頭KM及主電路中的主觸頭，HL1亮、電動機M起動；按下停止按鈕SB2，則線圈KM斷電，指示燈HL1滅，M停轉。

圖4-4是采用SIEMENS的一款S7系列PLC實現(xiàn)電動機全壓起動控制的外部接線圖。主電路保持不變，熱繼電器常閉觸頭FR、停止按鈕SB2、起動按鈕SB1等作為PLC的輸入設備接在PLC的輸入接口上，而交流接觸器KM線圈、指示燈HL1、HL2等作為PLC的輸出設備接在PLC的輸出接口上。按制邏輯通過執(zhí)行按照電動機全壓控制要求編寫并存入程序存儲器內的用戶程序實現(xiàn)。

圖4-3 電動機全壓起動電氣控制線路

a)主電路 b)控制線路

圖4-4 電動機全壓起動PLC控制接線圖

a)主電路 b)I/O實際接線圖

2）建立內部I/O映像區(qū)

在PLC存儲器內開辟了I/O映像存儲區(qū)，用于存放I/O信號的狀態(tài)，分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，此外PLC其它編程

I/O映像區(qū)的大小由PLC的系統(tǒng)程序確定，對于系統(tǒng)的每一個輸入點總有一個輸入映像區(qū)的某一位與之相對應，對于系統(tǒng)的每一個輸出點也都有輸出映像區(qū)的某一位與之相對應，且系統(tǒng)的輸入輸出點的編址號與I/O映像區(qū)的映像寄存器地址號也對應。

PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應的位上，運算結果存放到輸出映像區(qū)對應的位上，PLC在執(zhí)行用戶程序時所需描述輸入繼電器的等效觸頭或輸出繼電器的等效觸頭、等效線圈狀態(tài)的數(shù)據(jù)取用于I/O映像區(qū)，而不直接與外部設備發(fā)生關系。

I/O映像區(qū)的建立使PLC工作時只和內存有關地址單元內所存的狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生關系，而系統(tǒng)輸出也只是給內存某一地址單元設定一個狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣不僅加快了程序執(zhí)行速度，而且使控制系統(tǒng)與外界隔開，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3）內部等效電路

圖4-5是PLC的內部等效電路，以其中的起動按鈕SB1為例，其接入接口I0.0與輸入映像區(qū)的一個觸發(fā)器I0.0相連接，當SB1接通時，觸發(fā)器I0.0就被觸發(fā)為“1”狀態(tài)，而這個“1”狀態(tài)可被用戶程序直接引用為I0.0觸頭的狀態(tài)，此時I0.0觸頭與SB1的通斷狀態(tài)相同，則SB1接通，I0.0觸頭狀態(tài)為“1”，反之SB1斷開，I0.0觸頭狀態(tài)為“0”，由于I0.0觸發(fā)器功能與繼電器線圈相同且不用硬連接線，所以I0.0觸發(fā)器等效為PLC內部的一個I0.0軟繼電器線圈，I0.0線圈狀態(tài)的I0.0觸頭就等效為一個受I0.0線圈控制的常開觸頭（或稱為動合觸頭）。

圖4-5 PLC內部等效電路

同理，停止按鈕SB2與PLC內部的一個軟繼電器線圈I0.1相連接，SB2閉合，I0.1線圈的狀態(tài)為“1”，反之為“0”，而繼電器線圈I0.1的狀態(tài)被用戶程序取反后引用為I0.1觸頭的狀態(tài)，所以I0.1等效為一個受I0.1線圈控制的常閉觸頭（或稱動斷觸頭）。而輸出觸頭Q0.0、Q0.1則是PLC內部繼電器的物理常開觸頭，一旦閉合，外部相應的KM線圈、指示燈HL1就會接通。PLC輸出端有輸出電源用的公共接口COM。2.PLC控制系統(tǒng)

用PLC實現(xiàn)電動機全壓起動電氣控制系統(tǒng)，其主電路基本保持不變，而用PLC替代電氣控制線路。

1）PLC控制系統(tǒng)構成

圖4-6是電動機全壓起動的PLC控制系統(tǒng)基本構成圖，可將之分

輸入電路

圖4-6 PLC控制系統(tǒng)基本構成框圖 輸入電路的作用是將輸入控制信號送入PLC，輸入設備為按鈕SB1、SB2及FR常閉觸頭。外部輸入的控制信號經PLC輸入到對應的一個輸入繼電器，輸入繼電器可提供任意多個常開觸頭和常閉觸頭，供PLC內容控制電路編程使用。

輸出電路

輸出電路的作用是將PLC的輸出控制信號轉換為能夠驅動KM線圈和HL1指示燈的信號。PLC內部控制電路中有許多輸出繼電器，每個輸出繼電器除了PLC內部控制電路提供編程用的常開觸頭和常閉觸頭外，還為輸出電路提供一個常開觸頭與輸出端口相連，該觸頭稱為內部硬觸頭，是一個內部物理常開觸頭。通過該觸頭驅動外部的KM線圈和HL1指示燈等負載，而KM線圈再通過主電路中KM主觸頭去控制電動機M的起動與停止。驅動負載的電源由外電部電源提供，PLC的輸出端口中還有輸出電源用的COM公共端。

內部控制電路

內部控制電路由按照被控電動機實際控制要求編寫的用戶程序形成，其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關系，對輸入、輸出信號的制信號驅動輸出設備：電動機M、指示燈HL1等。

用戶程序通過個人計算機通信或編程器輸入等方式，把程序語句全部寫到PLC的用戶程序存儲器中。用戶程序的修改只需通過編程器等設備改變存儲器中的某些語句，不會改變控制器內部接線，實現(xiàn)了控制的靈活性。

2）PLC控制梯形圖

梯形圖是一種將PLC內部等效成由許多內部繼電器的線圈、常開觸頭、常閉觸頭或功能程序塊等組成的等效控制線路。圖4-7是PLC梯形圖常用的等效控制元件符號。

圖4-7 梯形圖常用等效控制元件符號 a)線圈 b)常開觸頭 c)常閉觸頭

圖4-8是電動機全壓起動的PLC控制梯形圖，由FR常閉觸頭、SB2常閉按鈕、KM常開輔助觸頭與SB1常開按鈕的并聯(lián)單元、KM線圈等零件對應的等效控制元件符號串聯(lián)而成。電動機全壓起動控制梯形在形式上類似于接觸器電氣控制線路圖，但也與電氣控制線路圖存在許多差異。

圖4-8 電動機全壓起動控制梯形圖

梯形圖中繼電器元件物理結構不同于電氣元件

PLC梯形圖中的線圈、觸頭只是功能上與電氣元件的線圈、觸頭等效。梯形圖中的線圈、觸頭在物理意義上只是輸入、輸出存儲器中的一個存儲位，與電氣元件的物理結構不同。

梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)不同于電氣元件

梯形圖中繼電器元件的通斷狀態(tài)與相應存儲位上的保存的數(shù)據(jù)相關，如果該存儲位的數(shù)據(jù)為“1”，則該元件處于“通”狀態(tài)，如果該位數(shù)據(jù)為“0”，則表示處于“斷”狀態(tài)。與電氣元件實際的通斷狀態(tài)不同。

梯形圖中繼電器元件狀態(tài)切換過程不同于電氣元件

梯形圖中繼電器元件的狀態(tài)切換只是PLC對存儲位的狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作，如果PLC對常開觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“1”，就完成動合操作過程，同樣如對常閉觸頭等效的存儲位數(shù)據(jù)賦值為“0”，就可完成動斷操作過程，切換操作過程沒有時間延時。而電氣元件線圈、觸頭進行動合或動斷切換時，必定有時間延時，且一般要經過先斷開后閉合的操作過程。

梯形圖中繼電器所屬觸頭數(shù)量與電氣元件不同

如果PLC從輸入繼電器I0.0相應的存儲位中取出了位數(shù)據(jù)“0”，將之存入另一個存儲器中的一個存儲位，被存入的存儲位就成了受I0.0繼電器控制的一個常開觸頭，被存入的數(shù)據(jù)為“0”；如在取出位數(shù)據(jù)“0”之后先進行取反操作，再存入一個存儲器的一個存儲位，則該位存入的數(shù)據(jù)為“1”，該存儲位就成了受繼電器I0.0控制的一

只要PLC內部存儲器足夠多，這種位數(shù)據(jù)轉移操作就可無限次進行，而每進行一次操作，就可產生一個梯形圖中的繼電器觸頭，由此可見，梯形圖中繼電器觸頭原則上可以無限次反復使用。

但是PLC內部的線圈通常只能引用一次，如需重復使用同一地址編號的線圈應慎之又慎。與PLC不同的是電氣元件中觸頭數(shù)量是有限的。

梯形圖每一行畫法規(guī)則為從左母線開始，經過觸頭和線圈（或功能方框），終止于右母線。一般并聯(lián)單元畫在每行的左側、輸出線圈則畫在右側，其余串聯(lián)元件畫在中間。3.PLC工作過程

PLC上電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下周而復始地按一定的順序對系統(tǒng)內部的各種任務進行查詢、判斷和執(zhí)行等，見圖4-9所示。

圖4-9 PLC順序循環(huán)過程

1）上電初始化

PLC上電后，首先對系統(tǒng)進行初始化，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查、停電保持范圍設定及清除內部繼電器、復位定時器等。

2）CPU自診斷

在每個掃描周期須進行自診斷，通過自診斷對電源、PLC內部電路、用戶程序的語法等進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，CPU使異常繼電器接通，PLC面板上的異常指示燈LED亮，內部特殊寄存器中存入出錯代碼并給出故障顯示標志。如果不是致命錯誤則進入PLC的停止（STOP）狀態(tài)；如果是現(xiàn)致命錯誤時，則CPU被強制停止，等待錯誤排除后才轉入STOP狀態(tài)。

3）與外部設備通信

與外部設備通信階段，PLC與其他智能裝置、編程器、終端設備、彩色圖形顯示器、其他PLC等進行信息交換，然后進行PLC工作狀態(tài)的判斷。

PLC有STOP和RUN兩種工作狀態(tài)，如果PLC處于STOP狀態(tài)，則不執(zhí)行用戶程序，將通過與編程器等設備交換信息，完成用戶程序的編輯、修改及調試任務；如果PLC處于RUN狀態(tài)，則將進入掃描過程，執(zhí)行用戶程序。

4）掃描過程

以掃描方式把外部輸入信號的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，再執(zhí)行用戶程序，并將執(zhí)行結果輸出存入輸出映像區(qū)，直到傳送到外部設備。

PLC上電后周而復始地執(zhí)行上述工作過程，直至斷電停機。

用戶程序循環(huán)掃描

PLC對用戶程序進行循環(huán)掃描分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，見圖4-10。

圖4-10 PLC用戶程序掃描過程

1）輸入采樣階段

CPU將全部現(xiàn)場輸入信號，如按鈕、限位開關、速度繼電器的通斷狀態(tài)經PLC的輸入接口讀入映像寄存器，這一過程稱為輸入采樣。輸入采樣結束后進入程序執(zhí)行階段后，期間即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器內數(shù)據(jù)不再隨之變化，直至一個掃描循環(huán)結束，下一次輸入采樣時才會更新。這種輸入工作方式稱為集中輸入方式。

2）程序執(zhí)行階段

PLC在程序執(zhí)行階段，若不出現(xiàn)中斷或跳轉指令，就根據(jù)梯形圖程序從首地址開始按自上而下、從左往右的順序進行逐條掃描執(zhí)行，掃描過程中分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中將有關編程元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)“0”或“1”讀出，并根據(jù)梯形圖規(guī)定的邏輯關系執(zhí)行相應的運算，運算結果寫入對應的元件映像寄存器中

而需向外輸出的信號則存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。

3）輸出處理階段

CPU將輸出映像寄存器的狀態(tài)經輸出鎖存器和PLC的輸出接口傳送到外部去驅動接觸器和指示燈等負載。這時輸出鎖存器保存的內容要等到下一個掃描周期的輸出階段才會被再次刷新。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。

4）PLC掃描過程示例

梯形圖將以指令語句表的形式存儲在PLC的用戶程序存儲器中。指令語句表是PLC的另一種編程語言，由一系列操作指令組成的表描述PLC的控制流程，不同的PLC指令語句表使用的助記符并不相同。采用SIEMENS S7-300系列PLC指令語句表編寫的電動機全壓起動梯形圖的功能程序如下：

A（O

I0.0

//取I0.0，存入運算堆棧；

O

Q0.0

//Q0.0和堆棧內數(shù)據(jù)進行或運算，結果存入堆棧；

AN

I0.1

//I0.1取非后

AN

I0.2

//I0.2取非后和堆棧內數(shù)據(jù)進行與運算，結果存入堆棧；

=

Q0.0

//將堆棧內數(shù)據(jù)送到輸出映像寄存器Q0.0；

A

Q0.0

//取出Q0.0數(shù)據(jù)存入堆棧；

=

Q0.1

//將堆棧內數(shù)據(jù)送到輸出映像寄存器Q0.1；

MEND

//主程序結束。

指令語句表是由若干條語句組成的程序，語句是程序的最小獨立單元。每個操作功能由一條或幾條語句執(zhí)行。PLC語句由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼用助記符表示（如A表示“取”、O表示“或”等），用于說明要執(zhí)行的功能，即告之CPU應執(zhí)行何種操作。操作碼主要的功能有邏輯運算中的與、或、非，算術運算中的加、減、乘、除，時間或條件控制中的計時、計數(shù)、移位等功能。

操作數(shù)一般由標識符和參數(shù)組成。標識符表示操作數(shù)的類別，例如輸入繼電器、輸出繼電器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等；而參數(shù)表示操作數(shù)的地址或一個預先設定值。

以電動機全壓起動PLC控制系統(tǒng)為例，在輸入采樣階段，CPU將SB1、SB2和FR的觸頭狀態(tài)讀入相應的輸入映像寄存器，外部觸頭閉合時存入寄存器的是二進制數(shù)“1”，反之存入“0”。輸入采樣結束進入程序執(zhí)行階段，見圖4-11。

執(zhí)行第1、2條指令時，從I0.0對應的輸入映像寄存器中取出信息“1”或“0”，并存入稱為“堆?！钡牟僮髌髦?。

執(zhí)行第3條指令時，取出Q0.0對應的輸出映像寄存器中的信息“1”或“0”，并與堆棧中的內容相“或”，結果再存入堆棧中（電路的并聯(lián)對應“或”運算）。

執(zhí)行第4條、第5條指令時，先取出I0.1的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行非運算，再和堆棧中的數(shù)據(jù)相“與”后存入堆棧，然后取出I0.2的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行取非運算，再和堆棧中的數(shù)據(jù)相“與”后再次存入堆棧（電路中的串聯(lián)對應“與”運算）。

執(zhí)行第6條時，將堆棧中的二進制數(shù)據(jù)送入Q0.0對應的輸出映像寄存器中。

執(zhí)行第7條指令時，取出Q0.0輸出映像寄存器中的二進制數(shù)據(jù)存入堆棧。

執(zhí)行第8條指令時，取出堆棧中的二進制數(shù)據(jù)送入Q2.0對應的映像寄存器中。

執(zhí)行第9條指令，結束用戶程序的一次循環(huán)掃描過程，開始下一次掃描過程。

在輸出處理階段，CPU將各輸出映像寄存器中的二進制數(shù)傳送給輸出鎖存器。如果Q0.0、Q0.1對應的輸出映像寄存器存放的二進制數(shù)為“1”，則外接的KM線圈、指示燈HL1通電，反之，將斷電。

圖4-11 電動機全壓起動PLC控制掃描過程

5）繼電器控制與PLC控制的差異

PLC程序的工作原理可簡述為由上至下、由左至右、循環(huán)往復、順序執(zhí)行。與繼電器控制線路的并行控制方式存在差別，見圖4-12。

圖4-12a)控制圖中，如果為繼電器控制線路，由于是并行控制方式，首先是線圈Q0.0與線圈 Q0.1均通電，然后因為常閉觸頭Q0.1的斷開，導致線圈Q0.0斷電。

如果為梯形圖控制線路，當I0.0接通后，線圈Q0.0通電，然后是Q0.1通電，完成第1次掃描；進入第2次掃描后，線圈Q0.0因常閉觸頭Q0.1斷開而斷電，而Q0.1通電。

圖4-12b)控制圖中，如果為繼電器控制線路，線圈Q0.0與線圈Q0.1首先均通電，然后Q0.1斷電。

如果為梯形圖控制線路，則觸頭I0.0接通，所以線圈Q0.1通電，然后進行第2行掃描，結果因為常閉觸頭Q0.1斷開，所以線圈Q0.0始終不能通電。

圖4-12 梯形圖與繼電器圖控制觸頭通斷狀態(tài)分析

a)觸頭通斷無差異 b)觸頭通斷有差異

三、工作任務

敘述PLC各組成部分作用；識讀PLC外圍接線圖；掌握PLC梯形圖基本繪制規(guī)則。

資訊：整理歸納聽課筆記

決策：確定電氣控制基本環(huán)節(jié)線路作為改換為PLC控制后外圍接線的練習圖

計劃：以電動機全壓起動為例，制定外圍接線、繪制相應PLC梯形圖的計劃

實施：課余完成PLC外圍接線圖及PLC控制梯形圖的繪制

檢查：小組互查 評估：小組評估

第三篇：可編程序控制器總結

《可編程序控制器PLC》總結

時間過的真快，轉眼間，一學期的課程結束了。這學期主要學習了《可編程序控制器應用技術及項目訓練》，以三菱FX2s為樣機，通過4個由易到難的實際工程項目，讓我學會合理運用PLC及相關工控產品，掌握小型控制系統(tǒng)設計、安裝與調試的工作方法。

通過本課程的學習，使我更加熟悉了相關國家標準和行業(yè)規(guī)范；熟練進行PLC控制柜裝配；掌握小型PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試的工作方法；掌握收集、查閱PLC及相關產品資料的渠道和方法；熟悉位置、溫度等工業(yè)傳感器的選型與用法，會規(guī)范繪制電路圖、接線圖、位置圖等電氣圖紙；會規(guī)范編寫設備設計說明書和設備使用說明書等文檔，也讓我了解了有關PLC的很多知識。其中包括一下這些方面：

PLC的基礎知識 PLC的定義

PLC是可編程序控制器的簡稱?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableController）本應簡稱PC，但是由于個人計算機（PersonalComputer）也簡稱為PC，為了區(qū)別，同時由于早期的可編程序控制器只是具有邏輯控制功能，因此人們仍習慣稱可編程序控制器為PLC（ProgrammableLogicalController）。PLC的發(fā)展概況

20世紀60年代中期，美國通用汽車公司（GM）為適應生產工藝不斷更新的需要，提出了一種設想：把計算機的功能完善、通用靈活等優(yōu)點與繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，并提出了新型電氣控制的十點招標要求。其中包括：編程方便，可在現(xiàn)場修改程序；維護方便，最好采用插件式結構；可靠性高于繼電器控制裝置；數(shù)據(jù)可直接進入管理計算機；體積小于繼電器控制裝置；成本可與繼電器控制裝置競爭；輸入電源可為交流115V；輸出為交流115V，負載電流應在2A以上，能直接驅動電磁閥接觸器等；擴展時，原系統(tǒng)要求變更最少；用戶程序存儲器大于4KB等。

PLC的基本構成

電源：PLC的電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

中央處理單元(CPU)：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞，是PLC的核心起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

存儲器：存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

輸入輸出接口電路（I/O模塊）：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分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

PLC的特點:可靠性高，抗干擾能力強。

PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。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地實現(xiàn)繼電器電路的功能。

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。

可編程控制器編程語言

可編程控制器PLC中有多種程序設計語言，它們是：梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等。

梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。

功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報表的報印和其他基本程序設計語言無法完成的功能。

PLC的應用領域

開關量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（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，或將它們打印制表。數(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)。

通信及聯(lián)網

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

PLC的類型

PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

了解PLC的這些知識之后，要想完成一個項目，最關鍵的是軟件部分，也就是程序。創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結或與模板無關的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內，OB1）、分布編程（編寫功能塊FB,OB1組織調用）、結構化編程（編寫通用塊）。

下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（STOP或RUN-P），RUN-P模式表示，這個程序將一次下載一個塊，如果重寫一個舊的CPU程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。

為了我們能順利的完成一個項目，PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，接下來就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。PLC及有關設備應是集成的、標準的，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應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應等等。

通過這學期的學習，我熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言，這讓我在以后的實踐中有了很多的幫助。最后，感謝王老師的教導，讓我學會了PLC的相關知識。

第四篇：《可編程序控制器》課程設計任務書格式

設 計 任 務 書

《可編程控制器》課程設計

設 計 題 目： 學 院： 學 號： 專業(yè)（方向）年級： 學 生 姓 名：

福建農林大學機電工程學院電氣工程系

2014年 2 月 17日

可編程控制器課程設計任務書

（一）設計題目

（二）情況簡介

（三）設計要求

（四）設計步驟

１.查找資料，了解和分析題目所要求具體工程項目控制的過程。

２.確定I/O點數(shù)，選擇PLC 的型號，并根據(jù)需要進行硬件系統(tǒng)配置。３.繪制外部I/O接線圖及相關的電氣原理圖。４.編程。５.調試。

６.編寫設計說明書。

（五）設計說明書要求 ①.完整的設計任務書。

②.確定I/O點數(shù)，選擇PLC 的型號，完成系統(tǒng)組態(tài)或硬件配置。③.正確合理地進行編程元件的地址分配。

④.畫出輸入/輸出接線圖及相關電氣原理圖。⑤.設計梯形圖控制程序。⑥.編制系統(tǒng)的操作說明。

⑦.編制系統(tǒng)的調試說明及注意事項。⑧.設計體會（可選）.⑨參考文獻.（六）列出設計參考資料目錄設計時間

2014 年 6月 8 日至 2014 年 6 月 21 日（2周）

指導教師 張 翠 云

（一、二、三部分內容每個同學根據(jù)自己的題目填寫）

第五篇：可編程序控制器在選煤廠的應用

可編程序控制器在選煤廠的應用

趙立民

摘要 介紹了以可編程序控制器為核心的集控系統(tǒng)在選煤廠的應用，著重分析了該控制系統(tǒng)的硬件結構和軟件設計思想，并對控制過程中出現(xiàn)的問題提出了改進意見。

關鍵詞 可編程序控制器 集控系統(tǒng) 程序軟件 引 言

黑岱溝露天礦選煤廠是年設計處理能力1200萬t的大型選煤廠，主要由原煤破碎篩分、跳汰洗選和煤泥水等幾個系統(tǒng)組成。該廠對這幾個系統(tǒng)進行綜合管理、協(xié)調生產的電氣控制系統(tǒng)自動化程度較高，采用計算機和可編程序控制器（PLC）作為控制系統(tǒng)的核心，對全廠近400臺設備實現(xiàn)了集中控制，統(tǒng)一管理。本文從設計角度介紹了該控制系統(tǒng)硬件和軟件的構成特點以及實際使用情況。控制系統(tǒng)方案

2.1 硬件構成

選煤廠的生產工藝流程為：①毛煤倉中的原煤首先經過破碎篩分，篩下物直接進入產品煤倉，篩上物則進入跳汰系統(tǒng)；②跳汰機分選出矸石、中煤和塊精煤，分別送入矸石倉和產品倉，同時精煤篩下物排入斗子撈坑，經離心機脫水后產出末精煤，也送入產品倉；③斗子撈坑的溢流自流進入濃縮池，池中下沉的煤泥水由底流泵打入壓濾機處理，上部的澄清水則由循環(huán)泵注入跳汰機循環(huán)使用，形成洗水閉路循環(huán)系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)的結構見圖1。根據(jù)上述工藝流程特點，以生產設備為控制對象，集控系統(tǒng)設置了3個遠程分站，對各分站內的設備分別進行控制。按照集中控制方式，可編程序控制系統(tǒng)由調度管理中心和過程控制單元兩部分組成。

圖1 計算機與PLC控制系統(tǒng)網絡 2.1.1 調度管理中心

上位機采用IBM系列微機。作為管理級計算機，該機可實現(xiàn)對生產過程的實時監(jiān)控，調度人員根據(jù)生產需要對運行設備進行調整時，通過計算機發(fā)出各種指令來完成；上位機也可對生產過程的主要數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、處理，將結果在CRT上顯示或打印輸出。

上位機也是PLC的編程器，對可編程序控制器進行組態(tài)配置，離線編制系統(tǒng)的應用程序或在線修改梯形圖邏輯程序，使PLC能夠準確地控制設備。

大屏幕用于全面地顯示生產系統(tǒng)的工藝流程和設備的運行狀態(tài)。2.1.2 過程控制單元

下位機采用美國莫迪康公司984—785可編程序控制器，通過處理現(xiàn)場的反饋信號，對生產過程進行自動控制，并生成圖文資料，供調度人員指揮生產。該PLC通過S908遠程處理器與I/O模塊構成高速遠程I/O網絡，最多可建立31個遠程分站，可處理開關量點數(shù)達16384點，解算1K用戶邏輯僅需1.5ms，而且可在惡劣的環(huán)境中可靠地運行。

各I/O功能塊均選用莫迪康800系列模塊，包括開關量模塊（220VAC）和模擬量模塊（4～20mA）。模塊面板上均設有指示燈，顯示模塊的實際工作狀態(tài)。所有模塊都符合IEEE—472電沖擊保護標準。

輸入模塊采集現(xiàn)場設備的狀態(tài)信息并送入可編程序控制器，按照梯形圖程序，984—785內部的CPU對輸入數(shù)據(jù)進行邏輯運算，處理結果經輸出模塊輸出，直接驅動交流接觸器線圈或聲光設備，實現(xiàn)了生產的自動化。2.2 軟件構成

應用程序是用來完成生產工藝全部控制任務的，借助于莫迪康公司提供的強功能編程軟件Modsoft和工程軟件Modfix可開發(fā)出符合生產實際的自動控制程序。本系統(tǒng)軟件設計的指導思想是：既要節(jié)省硬件投資，以軟件代替硬件，又要提高軟件的可靠性和運行速度。因此在編制程序時，將全廠設備按車間劃分為多個子系統(tǒng)，便于順序啟停設備；而生產過程的監(jiān)控則要面向整個選煤廠。根據(jù)這一原則，該軟件包括以下三個主要部分： 2.2.1 集控啟停設備程序

嚴格遵守逆煤流啟動，順煤流停止的閉鎖關系。啟動系統(tǒng)前，崗位人員首先在現(xiàn)場按鈕箱上將“就地/禁止/集控”轉換開關置于“集控”位，確認此臺設備投入集控方式運行。在各種保護開關處于正常工作狀態(tài)時，操作人員便可發(fā)出集中起車指令，于是PLC依次延時輸出各臺設備的啟動指令，但發(fā)出的啟動指令必須以上1臺設備可靠啟動為前提。2.2.2 生產過程監(jiān)控程序

采取畫面動態(tài)顯示方式。在CRT上可以形象地觀察到參與集控的每臺設備的工作情況，主要有給料機、刮板機、皮帶機的運轉與否和溜槽翻板的位置，用黃色、藍色、綠色分別表示設備處于就地、集控、運行三種狀態(tài)。各儲煤倉用棒形圖表示，圖形內部充填顏色，顏色不斷變化的高度反映了倉中的實際料位。2.2.3 故障報警處理程序

每個子系統(tǒng)在集控啟動過程中以及處于正常運行狀態(tài)時，一旦有任意一臺設備出現(xiàn)故障，該設備和上游設備必須全線停車，同時啟動故障報警程序，使發(fā)生故障的設備在CRT畫面上用不停閃動的紅色醒目地顯示，并將其設備號及故障發(fā)生時間打印輸出。設備故障包括皮帶跑偏、打滑、拉繩和溜槽堵塞以及崗位人員就地停止設備或重使轉換開關處于非“集控”位等。應用效果

投入試生產以來，可編程序控制系統(tǒng)的性能日趨穩(wěn)定，產品質量基本達到標準要求，但也暴露出一些實際問題：

首先，要實現(xiàn)計算機管理生產，軟件維護人員不僅需要具備一定的計算機知識，能夠修改和補充應用程序，以適應生產情況的變化，而且還應懂得繼電控制理論。只有這樣，才能真正發(fā)揮可編程序控制器的優(yōu)勢。因此，必須進一步加強高素質人員的培訓。

其次，因溜槽翻板位置信號不穩(wěn)定，常導致生產系統(tǒng)在集控方式下不能連續(xù)運行。由于翻板限位開關安裝在電動推桿內部，在長時間經受煤流振動的情況下，觸點虛接，造成信號丟失，而且微動開關損壞后更換困難。經過摸索，現(xiàn)采用電液推桿驅動翻板，并將限位開關固定在推桿外部，使其受振動小亦便于維護。改進后系統(tǒng)運行狀況良好，性能穩(wěn)定。結 語

可編程序控制器將計算機技術、通信技術和自動化技術融為一體，現(xiàn)已被廣泛地應用于各種生產過程的自動控制中，文中介紹的集中控制系統(tǒng)，是一個較為成功的應用實例。

由于采用了計算機控制，不僅增加了設備的有效運轉時間，提高了生產效率，而且安全性、可靠性也有了很大提高。要適應現(xiàn)代化選煤廠的要求，必須運用先進的科學技術，因此，發(fā)展可編程序集控系統(tǒng)是當今的方向。作者單位：準格爾煤炭工業(yè)公司黑岱溝露天礦選煤廠 內蒙古010300（收稿日期：1998-12-02 責任編輯：沈麗娟）