第八章可编程控制器技术 8.1可编程控制器(PLC) 811PLC的定义 早期,由各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系用导线连接起来 组成的控制系统,控制着各种生产机械,这是比较熟悉的传统的继电接触器控制。由于 它简单易懂,使用方便,价格低廉,在一定范围内能满足要求,因而在控制领域中得到 了广泛应用并曾占主导地位。但是由于这种继电接触器控制装置采用固定接线方式,是 种专用控制装置,一旦生产过程有新变动,就需重新设计线路连线安装,因此这种装 置的通用性和灵活性较差,不利于产品的迅速更新换代,也不符合当今生产全面柔性化 的要求。 60年代末期,美国汽车制造工业竞争激烈,为了适应生产工艺不断更新的需要。在 1966年美国通用汽车公司(GM首先公开招标对控制系统提出具体要求,基态要求为 Q编简单容易:②采用模热式绩构:③输入输出采用V交流(羡履标准迸能真援 驱动继电器和电磁阀:⑨具有数据通信功能:⑤能在恶劣工业环境下工作:③价格便息 这实际上是要求把继电接触器控制的优点,与计算机的功能齐全、灵活性和通用性强的 特点结合起来,用计算机的编程软件逻辑代替继电器控制的硬接线逻辑。J969年羡教 字设备公司QEC根据上述要求,研制出世界上第一台可编程挖制器PDP4并在GM 公司汽车失产线上首次应用成功,实现了控制器更多地具有计算机功能,它不仅用逻辑 编程取代硬接线装置,还具备了运算、数据传送和管理等功能,真正成为了一种电子计 算机工业控制器,而且做到了小型化和超小型化。 国际电工委员会(EC)对可编程控制器(PLC)作出如下定义:“可编根挽制器是一秒表 为在工业环境下应用设计的数字运算操作的电子系 其内部存储 运篡、顺底挖制 和算术运算等操作的指令,通过数字式模拟 类型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有源设备的设 计原则 工业挖制系统连成一个整体和具有扩充功能”定义明确指出 了PLC应直接用于工业环境,通过存放在存储器内的程序来实现其控制功能,若要对 控制功能作必要的修改,只需改变指令即可,使硬件软件化,同时PLC还具有很强的 抗干扰能力,具有很强的环境适应性。这正是PLC区别于一般微机的一个重要特征 812PLC的特点与应用 1.可编程控制器的主要特点 从上述定义可以看出,PLC与其它控制装置相比具有以下特点: (1)适合工业控制环境 现C工作条件不震要通常的计篡机机房设备,可真接置千工业挖制现场之电,其 IO模块输出具有一定的功率驱动能力,输入也允许一般工业环境中的交、直流电源, 许多情况下可与电器元件、调速器、检测元件直接相连接。 (2)高可靠性 PLC是专为工业控制而设计的,在设计过程中采取了多层次抗干扰的精元件措施, 可在恶劣工业环境下与强电设备一起工作,运行的稳定性和可靠性较高。一般用 MIBF(平均无故障时间)和MITR(平均修复时间)这两项指标来衡量其可靠性。现C主 机CPL的MIBF一般可达20万小时以上,LQ模块可达80万小时左有,PLC系统 的MUE可达2万小时以上 (3)可编程
第八章 可编程控制器技术 8.1 可编程控制器(PLC) 8.1.1 PLC 的定义 早期，由各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系用导线连接起来 组成的控制系统，控制着各种生产机械，这是比较熟悉的传统的继电接触器控制。由于 它简单易懂，使用方便，价格低廉，在一定范围内能满足要求，因而在控制领域中得到 了广泛应用并曾占主导地位。但是由于这种继电接触器控制装置采用固定接线方式，是 一种专用控制装置，一旦生产过程有新变动，就需重新设计线路连线安装，因此这种装 置的通用性和灵活性较差，不利于产品的迅速更新换代，也不符合当今生产全面柔性化 的要求。 60 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要。在 1966 年美国通用汽车公司(GM)首先公开招标对控制系统提出具体要求，基本要求为： ①编程简单容易；②采用模块式结构；③输入输出采用 115V 交流(美国标准)并能直接 驱动继电器和电磁阀；④具有数据通信功能；⑤能在恶劣工业环境下工作；③价格便宜。 这实际上是要求把继电接触器控制的优点，与计算机的功能齐全、灵活性和通用性强的 特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑代替继电器控制的硬接线逻辑。1969 年美国数 字设备公司(DEC)根据上述要求，研制出世界上第一台可编程控制器 PDP-14，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功，实现了控制器更多地具有计算机功能，它不仅用逻辑 编程取代硬接线装置，还具备了运算、数据传送和管理等功能，真正成为了一种电子计 算机工业控制器，而且做到了小型化和超小型化。 国际电工委员会(IEC)对可编程控制器(PLC)作出如下定义：“可编程控制器是一种专 为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用一种可编程存储器，在 其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时和算术运算等操作的指令，通过数字式模拟 式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有源设备的设 计原则是：它应按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能”。定义明确指出 了 PLC 应直接用于工业环境，通过存放在存储器内的程序来实现其控制功能，若要对 控制功能作必要的修改，只需改变指令即可，使硬件软件化，同时 PLC 还具有很强的 抗干扰能力，具有很强的环境适应性。这正是 PLC 区别于一般微机的一个重要特征。 8.1.2 PLC 的特点与应用 1．可编程控制器的主要特点 从上述定义可以看出，PLC 与其它控制装置相比具有以下特点： (1) 适合工业控制环境 PLC 工作条件不需要通常的计算机机房设备，可直接置于工业控制现场之中，其 I/O 模块输出具有一定的功率驱动能力，输入也允许一般工业环境中的交、直流电源， 许多情况下可与电器元件、调速器、检测元件直接相连接。 (2) 高可靠性 PLC 是专为工业控制而设计的，在设计过程中采取了多层次抗干扰的精元件措施， 可在 恶劣工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。一般用 MTBF(平均无故障时间)和 MTTR(平均修复时间)这两项指标来衡量其可靠性。 PLC 主 机 CPU 的 MTBF 一般可达 20 万小时以上，I／O 模块可达 80 万小时左右，PLC 系统 的 MTBF 可达 2 万小时以上。 (3) 可编程
PLC舶最大特点之就是现LC的挖制逻银靠用户编程来实现(箱对于继电器等控 制)。与计算机编程相比,它采用易学、易懂的梯形图编程语言,它是以计算机软件技 术构成人们惯用的继电器模型,形成一种独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程 语言。梯形图控制符合定义,且与常规继电器展开图完全一致,电气操作人员使用起来 得心应手,不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。了解PLC工作 原理和它的编程技术后,就可以结合实际需要进行应用设计,进而将PLC用于实际控 制系统中。 (4)易于扩展 ①控制规模上的扩展指控制IO点数增加,目前最小的PLC单元为16点,可扩充 的最大规模高达2000点。 ②控制区域上的扩展以ABD公司的PLC-5系列为例,其主机到最远一个IO站 的距离可达3千米远 ③控制功能上的扩展PLC系统拥有丰富的待殊功能模块,如髙速计数模块、通信 联网模块。存储扩展模块等 ④通信功能上的扩展指PLC的通信联网功能,目前PLC的通信网络,下可接单元 仪表、回路调节器,上可接小型计算机及其管理网络,是实现管绩貪、工厂启动化不 可缺少的重要部分。 (5)体积小,易于维护PLC的体积小、重量轻,易于安装和维护。PLC配备 有自检和监控一功能、能检査岀自身的故障并随时显示给操作人员,能动态地监视控制 程序的执行情况,为现场的调试和维护提供了方便。再者,由于接线少,维修时只需更 换插入式模块,维护方便 2.PLC的主要功能 )条件控制PLC具有逻辑运算功能,可代替继电器进行开关量控制。 (2)限时控制PLC具有定时功能,它为用户提供了用定时指令设置的若干个电子 定时器进行限时控制和延时控制 (3)计数控制PLC具有计数控制功能,它为用户提供了用设置指令计数的若干个 计数器,电子值可以在运行中读出与修改 (4)步进控制PLC具有步进控制功能,使系统在完成前道工序后才能转入下道工 序,实现步进控制。 (5)数据处理PIC具有数据处理功能,如并行运算、并行数据传送、BCD码的自 运算等。 (6)通信和联网PIC采用通信技术,进行上位链接,构成一台计算机与每台PLC 的分布控制网络,以完成复杂的网络控制和通信。 (7)A/D、D/A转换可完成对模拟量的控制。 (8)对控制系统进行监控操作人员可以通过监控命令监控有关程序的运行状态, 调整走时计数设定值。 (9)自诊断功能可以在线诊断系统的软、硬件故障状况,诊断机器和生产过程中 的故障状况 3.PLC的应用场合 自PLC问世以来,它就逐渐取代了传统的继电接触器逻银掉制装置,成功地应用 汽车制造。化遺纸、迨金、机械纺织等行业。现代PLC采用微机技术,使 其程序存储器变量大大增加、处理速度増加、功能増强,特別是増加了模拟量处理功能 和通信联网功能,使PLC应用领域非常广泛。且前PC应用领域太致可分为恩桊 (1)用于开关逻辑控制主要用于对机械设备规定的遐辑动作控制,如机床电器
PLC 的最大特点之一，就是 PLC 的控制逻辑靠用户编程来实现(箱对于继电器等控 制)。与计算机编程相比，它采用易学、易懂的梯形图编程语言，它是以计算机软件技 术构成人们惯用的继电器模型，形成一种独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程 语言。梯形图控制符合定义，且与常规继电器展开图完全一致，电气操作人员使用起来 得心应手，不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。了解 PLC 工作 原理和它的编程技术后，就可以结合实际需要进行应用设计，进而将 PLC 用于实际控 制系统中。 (4) 易于扩展 ① 控制规模上的扩展指控制 I/O 点数增加，目前最小的 PLC 单元为 16 点，可扩充 的最大规模高达 2000 点。 ② 控制区域上的扩展以 AB D 公司的 PLC－5 系列为例，其主机到最远一个 I/O 站 的距 离可达 3 千米远。 ③ 控制功能上的扩展 PLC 系统拥有丰富的待殊功能模块，如高速计数模块、通信 联网模块。存储扩展模块等。 ④ 通信功能上的扩展指 PLC 的通信联网功能，目前 PLC 的通信网络，下可接单元 仪表、回路调节器，上可接小型计算机及其管理网络，是实现管控结合、工厂启动化不 可缺少的重要部分。 (5) 体积小，易于维护 PLC 的体积小、重量轻，易于安装和维护。 PLC 配备 有自检和监控一功能、能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，能动态地监视控制 程序的执行情况，为现场的调试和维护提供了方便。再者，由于接线少，维修时只需更 换插入式模块，维护方便。 2．PLC 的主要功能 (1) 条件控制 PLC 具有逻辑运算功能，可代替继电器进行开关量控制。 (2) 限时控制 PLC 具有定时功能，它为用户提供了用定时指令设置的若干个电子 定时器进行限时控制和延时控制。 (3) 计数控制 PLC 具有计数控制功能，它为用户提供了用设置指令计数的若干个 计数器，电子值可以在运行中读出与修改。 (4) 步进控制 PLC 具有步进控制功能，使系统在完成前道工序后才能转入下道工 序，实现步进控制。 (5) 数据处理 PLC 具有数据处理功能，如并行运算、并行数据传送、BCD 码的自 行运算等。 (6) 通信和联网 PLC 采用通信技术，进行上位链接，构成一台计算机与每台 PLC 的分布控制网络，以完成复杂的网络控制和通信。 (7) A／D、D／A 转换 可完成对模拟量的控制。 (8) 对控制系统进行监控 操作人员可以通过监控命令监控有关程序的运行状态， 调整走 时计数设定值。 (9) 自诊断功能 可以在线诊断系统的软、硬件故障状况，诊断机器和生产过程中 的故障状况 3．PLC 的应用场合 自 PLC 问世以来，它就逐渐取代了传统的继电接触器逻辑控制装置，成功地应用 于汽车 制造、化工、造纸、冶金、机械、纺织等行业。现代 PLC 采用微机技术，使 其程序存储器变量大大增加、处理速度增加、功能增强，特别是增加了模拟量处理功能 和通信联网功能，使 PLC 应用领域非常广泛。目前 PLC 应用领域大致可分为四类： (1) 用于开关逻辑控制 主要用于对机械设备规定的逻辑动作控制，如机床电器控
制、曳机制等;用来进行顺底控制和程底制,如高炉上料系统。患梯挖制、采矿蔻 的运输等。总之,可用于单机控制、多机控制和自动生产线的控制。 (2)用于闭环过程控制给C上P调节 J比侧控制等过程制软件包后, 能广泛应用于锅炉、酿酒、水处理等场合,并可用于团环的位置挖制和速度控制,如自 动电焊机控制、辊轧机的位置控制等 3)用于机械加工的数字控制PLC能和机械加工中的数控装置组成一体,联机使 用 (4)用于组成分布控制系统PLC具有通信联网功能,可组成小型分布式控制系统, 应用于石油、化工、电力等部门。 8.1.3PLC的硬件系统组成 PLC的基本组成部分包括CPU、存储器和I/O系统三个部分。PLC的系统程序和 用户程序都存放在存储器中,现场输入信号经过1O系统传送至CPUJ,CPU按照用户程 序存储器里安放的指令,执行逻辑或算术运算,并发出相应的控制指令,该指令通过 /O系统传送至现场,驱动相应的执行机构动作,从而完成相应的控制任务 1.CPU CP是以C的核心,其作用类似无人的大脑底能够识别用户拨照特定 格式输入的条种指念,并拨照指念的规定,根据数前的现场Q信最的状态,发想 的堉制指念定成顽定的控制氦。另外它还能识别用户所输入的指令序列的格式和 语法错误,还具有系统电源、I/O系统、存储器及其它接口的测试与诊断功能。CPU 与其它部件之间的连接是通过总线进行的。 目前各厂家生产的PLC已普遍采用了高性能的8位和16位微处理器作为其 CPU,如 Intel公司的80X86、MCS51及 Motorola公司的68000系列CPU等。有的已使 用了准32位或32位的微处理器,时钟频率已达25~3MHZ,很多系统还配有浮点运 算协处理器,因此数据处理能力大大提高,扫描工作周期可缩短到0.1~0.2S,并且可 执行更为复杂的先进控制算法,如自整定、预测控制和模糊控制等, 2.存储pLC的存储器由系统程底存情是和用户程底存储最两部分组成。系统 程序是由生产厂家预先编制的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释和功能子程 序的调用管理程序及各种系统参数等。用户程序是由用户编制的梯形图、输入/输出状 态、计数/计时值以及系统运行必要的初始值、其它参数等。系统程序存储器容量的大 小,决定了系统程序的大小和复杂程度,也决定了PLC的功能和性能。用户程序存储 器容量的大小,决定了用户程序的大小和复杂程度从而决定了用户程序所能完成的功能 和任务的大小 从存储器的性质来分、又可分为RQM和RAM两个部分。为了工作的安全可靠, 大多数PLC采用了程序固化的运行方法,不仅凝系统启动、自檢及基本的J人Q驱动程 序写入RQM中,而具将各种控制、檢测功能模热、所有園定参数也全部化,用户组 态的应用程序也化在RQM中,亦即所有的系统程底和绝太部分的用户程底都存储在 RQM中,因此在PC的存锁器中,ROM点有较大的比傚。只要一接通电源,PLC就 可正常运行,使用更加方便、可靠,但修改组态时要复杂一些。 RAM为程序行提供了存储实时数据与计算中间变量的间用户在线操作时需 修改的参数(如设定值、手动操作值、PID参数等)也须存入RAM中。另外,一些较先 进的PLC提供了在线修改用户程序的功能,显然,这一部分用户程序也应存入RAN 中。由于PLC一般不设磁盘机、磁带机,为防止突然断电时RAM中的内容丢失, 般采用具有备用电池的SRAM或 EEROM来代替RAM
制、电机控制等；用来进行顺序控制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、采矿带 的运输等。总之，可用于单机控制、多机控制和自动生产线的控制。 (2) 用于闭环过程控制 给 PLC 配上 PID 调节控制、比例控制等过程控制软件包后， 能广泛应用于锅炉、酿酒、水处理等场合，并可用于闭环的位置控制和速度控制，如自 动电焊机控制、辊轧机的位置控制等。 (3) 用于机械加工的数字控制 PLC 能和机械加工中的数控装置组成一体，联机使 用。 (4) 用于组成分布控制系统 PLC 具有通信联网功能，可组成小型分布式控制系统， 广泛应用于石油、化工、电力等部门。 8.1.3 PLC 的硬件系统组成 PLC 的基本组成部分包括 CPU、存储器和 I／O 系统三个部分。PLC 的系统程序和 用户程序都存放在存储器中，现场输入信号经过 I/O 系统传送至 CPU，CPU 按照用户程 序存储器里安放的指令，执行逻辑或算术运算，并发出相应的控制指令，该指令通过 I ／O 系统传送至现场，驱动相应的执行机构动作，从而完成相应的控制任务。 1. CPU CPU 是 PLC 的核心，其作用类似于人的大脑。它能够识别用户按照特定 的格式输入的各种指令，并按照指令的规定，根据当前的现场 I/O 信号的状态，发出相 应的控制指令，完成预定的控制任务。另外它还能识别用户所输入的指令序列的格式和 语法错误，还具有系统电源、I／O 系统、存储器及其它接口的测试与诊断功能。CPU 与其它部件之间的连接是通过总线进行的。 目前各厂家生产的 PLC 已普遍采用了高性能的 8 位和 16 位微处理器作为其 CPU，如 Intel 公司的 80X86、MCS51 及 Motorola 公司的 68000 系列 CPU 等。有的已使 用了准 32 位或 32 位的微处理器，时钟频率已达 25～33MHZ，很多系统还配有浮点运 算协处理器，因此数据处理能力大大提高，扫描工作周期可缩短到 0.1～0.2S，并且可 执行更为复杂的先进控制算法，如自整定、预测控制和模糊控制等。 2．存储器 PLC 的存储器由系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成。系统 程序是由生产厂家预先编制的监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释和功能子程 序的调用管理程序及各种系统参数等。用户程序是由用户编制的梯形图、输入／输出状 态、计数／计时值以及系统运行必要的初始值、其它参数等。系统程序存储器容量的大 小，决定了系统程序的大小和复杂程度，也决定了 PLC 的功能和性能。用户程序存储 器容量的大小，决定了用户程序的大小和复杂程度从而决定了用户程序所能完成的功能 和任务的大小。 从存储器的性质来分，又可分为 ROM 和 RAM 两个部分。为了工作的安全可靠， 大多数 PLC 采用了程序固化的运行方法，不仅将系统启动、自检及基本的 I／O 驱动程 序写入 ROM 中，而且将各种控制、检测功能模块、所有固定参数也全部固化，用户组 态的应用程序也固化在 ROM 中，亦即所有的系统程序和绝大部分的用户程序都存储在 ROM 中，因此在 PLC 的存储器中，ROM 占有较大的比例。只要一接通电源，PLC 就 可正常运行，使用更加方便、可靠，但修改组态时要复杂一些。 RAM 为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间。用户在线操作时需 修改的参数(如设定值、手动操作值、 PID 参数等)也须存入 RAM 中。另外，一些较先 进的 PLC 提供了在线修改用户程序的功能，显然，这一部分用户程序也应存入 RAM 中。由于 PLC 一般不设磁盘机、磁带机，为防止突然断电时 RAM 中的内容丢失，一 般采用具有备用电池的 SRAM 或 EEROM 来代替 RAM
主机 电源 微处理器(CPU) 用户输入设备 运算器 控制器 编程器 存储器 1/O 盒式磁带机 EPROM RAM 打印机 系统程序《用户程序 备 EPROM写入器 扩展接口 图形监控系统 PC或上位计算机 图8-1PLC的硬件系统简化框图 3.输入输出系统PLC的输入/输出系统是过程状态与参数输入到PIC以及 PLC实现控制时控制信号输出的通道。它提供了各种操作电平和驱动能力的输入/输出 接口模板,以实现被控过程与PLCI/O接口之间的电平转换、电气隔离、串/并转换 A/D与D/A转换等功能。根据它们所实现的功能不同,可将IO通道分为以下几种 (1)模拟飨入通道(A被控过程中各种连续性放物理量,如温度、压力、压差、 应力、位移、速度、加速度以及电流、电压等,只要有在线检测仪表将其转换为相应的 电信号均可送入模拟量输入通道进行处理。一般输入的电信号有毫伏级电压信号,4~ 20mA或0~10mA电流信号,以及0~5V、O~1OV、1~5V电压信号等。 (2)模拟撤出通道(AQ)在控制被控对象的某些参数时,往往需要输出连续变化 的模拟信号来驱动执行机构进行调节。如控制各种直行程或角行程电动执行机构的行 程,通过调速装置控制各种电动机的转速,或者通过电一气转换器或电一液转换器来控 制各种气动或液动执行机构等,均可通过模拟量输岀通道来实现。模拟量输出通道一般 是输出4~20mA电流信号,但根据执行机构的需要也可输出0-10mA的电流信号或l 5V,0~5V的电压信号 (3)开关基飨入通道Q用来输入各种限位开关、光电开关、继电器或电磁阀门的 启闭状态、各种开关及手动操作按钮的开关状态等。输入信号一般为0~24V或0~5V 直流电压信号.但有时也可输入交流电压信号。 (4)开关曩飨出通道①Q)用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声/光报警器等, 般只具有开、关两种状态的设备。根据所用器件的不同,一般有继电器输出、晶体管 输出和晶闸管输出等多种形式,一般输出0~24V或0~5ⅴ直流电压信号,有时根据需 要也可输出交流电压信号。 (5)脉冲蠶飨入通道(P现场仪表中转速计、频率计、涡轮流量计、涡街流量计 罗茨式流量计等输出的测量信号均为脉冲信号,脉冲量输入通道就是为输入这一类测 量信号而设置的。 8.14PLC的分类
图 8-1 PLC 的硬件系统简化框图 3. 输入/输出系统 PLC 的输入／输出系统是过程状态与参数输入到 PLC 以及 PLC 实现控制时控制信号输出的通道。它提供了各种操作电平和驱动能力的输入／输出 接口模板，以实现被控过程与 PLC I/O 接口之间的电平转换、电气隔离、串／并转换、 A／D 与 D／A 转换等功能。根据它们所实现的功能不同，可将 I/O 通道分为以下几种： (1) 模拟量输入通道(AI) 被控过程中各种连续性放物理量，如温度、压力、压差、 应力、位移、速度、加速度以及电流、电压等，只要有在线检测仪表将其转换为相应的 电信号均可送入模拟量输入通道进行处理。一般输入的电信号有毫伏级电压信号，4～ 20mA 或 0～10mA 电流信号，以及 0～5V、O～1OV、1～5V 电压信号等。 (2) 模拟量输出通道(AO) 在控制被控对象的某些参数时，往往需要输出连续变化 的模拟信号来驱动执行机构进行调节。如控制各种直行程或角行程电动执行机构的行 程，通过调速装置控制各种电动机的转速，或者通过电一气转换器或电一液转换器来控 制各种气动或液动执行机构等，均可通过模拟量输出通道来实现。模拟量输出通道一般 是输出 4～20mA 电流信号，但根据执行机构的需要也可输出 0~10mA 的电流信号或 l～ 5V，0～5V 的电压信号。 (3) 开关量输入通道(DI) 用来输入各种限位开关、光电开关、继电器或电磁阀门的 启闭状态、各种开关及手动操作按钮的开关状态等。输入信号一般为 0～24V 或 0～5V 直流 电压信号．但有时也可输入交流电压信号。 (4) 开关量输出通道(DO) 用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声／光报警器等， 一般只具有开、关两种状态的设备。根据所用器件的不同，一般有继电器输出、晶体管 输出和晶闸管输出等多种形式，一般输出 0～24V 或 0～5V 直流电压信号，有时根据需 要也可输出交流电压信号。 (5) 脉冲量输入通道(PI) 现场仪表中转速计、频率计、涡轮流量计、涡街流量计、 罗 茨式流量计等输出的测量信号均为脉冲信号，脉冲量输入通道就是为输入这一类测 量信号而设置的。 8.1.4 PLC 的分类
1按点数与功能分类 小型:IO点数少于128点,用户程序存储器小于2K,单机,小规模生产过程中使 用,代替继电器-接触器。吴模拟量;一般无模拟量控制功能 OMRON C系列P型,三菱公司F1、F2等。 中型:IO点数在128~512点,用户程序存储器2~8K,具有开关量与模拟量控制功 能。 OMRON C系列C200H、C500等 大型:IO点数在512点以上,多至8192点,扩展后还可增加,用户程序存储器 8K以上,各种功能齐全,如联网、模拟调节、监视记录、中断控制、智能控制等。 2按结构形式分类 整体式:CPU、IO部件和电源集中安装在一个金属或塑料机箱内,IO端子及电源 位于机箱的两侧,有LED显示工作状态。结构紧凑,价格低,适用于单机控制。 机架模玦式:各个功能模块独立插放在杋架底板上,如注杋模块、IO模块、电源 模块。配置灵活,装配维修方便、便于扩展功能。大、中型PLC常采用此结构。 3按使用情况分类 通用型:可供各种工业控制系统选用,通过不同的配置与软件编程可满足不同的需 要 专用型:为某一类控制系统专门设计的PLC,如数控机床专用型PLC(AB公司 8200CNC) 8.1.5PLC的工作方式 1.基本原理 頁縯梖底挖制罨惡完成揽制低条是在其硬件的支持下,通过热行反映挖制要求的用 户程 是和计算 致的,所以可编程底挖制 原理是建立在计篡机工作原理基础上的从广义上进,可编程控制器RLC实质上也 是一秒计算机挖制系 过定具有比让篡机更强的与工业过程连的接、具有 适甩无挽制要求的编程语言由于它是作为继电控制盘的替代物,其核心为计算机芯片 因此与继电器控制逻辑的工作原理有很大差别。继电器控制装置采用硬逻辑共行运行的 方式,即如果一个继电器的线圈通电或断电,该继电器的所有触点(包括它的常开触点 或常闭触点)不论在继电器线路的哪个位置上,都会立即同时动作。然而PLC的CPU则 采用顺序逐条地扫描用户程序的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断 开,该线圈的所有触点(包括它的常开触点或常闭触点)不会立即动作,必须等扫描到该 触点时才会动作。为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异,考虑到继电 器控制装置中各类触点的动作时间一般在100ms以上,而PLC扫描用户程序的时间 般均小于100ms,因此,PC采用了种不同于一般微型计算机的运行方式一扫描技 术。这样,对于I/O响应要求不高的场合,PC与继电器控制装置在互助的处理结果上 就没有什么差别了。 2扫描原理
1 按点数与功能分类 小型：I/O 点数少于 128 点，用户程序存储器小于 2K，单机，小规模生产过程中使 用，代替继电器-接触器。吴模拟量；一般无模拟量控制功能。 OMRON C 系列 P 型，三菱公司 F1、F2 等。 中型：I/O 点数在 128~512 点，用户程序存储器 2~8K，具有开关量与模拟量控制功 能。 OMRON C 系列 C200H、C500 等。 大型：I/O 点数在 512 点以上，多至 8192 点，扩展后还可增加，用户程序存储器 8K 以上，各种功能齐全，如联网、模拟调节、监视记录、中断控制、智能控制等。 2 按结构形式分类 整体式：CPU、I/O 部件和电源集中安装在一个金属或塑料机箱内，I/O 端子及电源 位于机箱的两侧，有 LED 显示工作状态。结构紧凑，价格低，适用于单机控制。 机架模块式：各个功能模块独立插放在机架底板上，如注机模块、I/O 模块、电源 模块。配置灵活，装配维修方便、便于扩展功能。大、中型 PLC 常采用此结构。 3 按使用情况分类 通用型：可供各种工业控制系统选用，通过不同的配置与软件编程可满足不同的需 要。 专用型：为某一类控制系统专门设计的 PLC,如数控机床专用型 PLC（AB 公司 8200CNC） 8.1.5 PLC 的工作方式 1. 基本原理 可编程序控制器要完成控制任务是在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用 户程序来完成的。这一点是和计算机的工作原理一致的，所以可编程序控制器工作的基 本原理是建立在计算机工作原理基础上的。从广义上讲，可编程控制器 PLC 实质上也 是一种计算机控制系统，只不过它具有比计算机更强的与工业过程相连的接口，具有更 适用于控制要求的编程语言。由于它是作为继电控制盘的替代物，其核心为计算机芯片， 因此与继电器控制逻辑的工作原理有很大差别。继电器控制装置采用硬逻辑共行运行的 方式，即如果一个继电器的线圈通电或断电，该继电器的所有触点(包括它的常开触点 或常闭触点)不论在继电器线路的哪个位置上，都会立即同时动作。然而 PLC 的 CPU 则 采用顺序逐条地扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断 开，该线圈的所有触点(包括它的常开触点或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该 触点时才会动作。为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异，考虑到继电 器控制装置中各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一 般均小于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——扫描技 术。这样，对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置在互助的处理结果上 就没有什么差别了。 2 扫描原理
PLC可被看成是在系統软件 支持下的一种扫描设 在周 系 供规定好的任条。图82为机器在起 动之后进行的主要工作内容。我们定 义从扫描过程中的一点开始,顺序扫 检查l/O组件连接 描后又回到该点的过程为一个周期。 从图8-2可以看出,用户程序只 复位系统定时器 是扫描周期的一个组成部分,用户程 序不运行时,可编程序控制器也在扫 检查“存储器 异常处理 描,只不过在一个周期中删除了用户 程序和输入输出服务这两部分任务 报警 典型的PLC在一个周期中完成六个 检查结果正常吗 区分错误类型 设标志,显示 扫描过程。 正常 1.自监视扫描过程为保证设 报警处理 备的可靠性,出现故障及时反应, 与编程器进行信息交换 执行外设命 PLC都具有自监视功能。息视功能 要由时间随视器 Wdt( Watchdog 采用数字处理器吗 Tmer)完成的。WDT是一个硬件计 时器。该计时器有一个设定值,扫描 周期开始前计时器复位,然后开始计 与数字处理器进行 倌息交换 时。如果复位前,扫描时间超过WDT 的设定时间,CPU将停止运行,复位 输入输出,并给出报警信号,这种故 有网络否 障称为WDT故障。WDT故障可能 与网络进行信息交换 由CPU硬件引起,也可能由用户程 序执行时间太长,使扫描周期时间超 过wDT的设定时间而引起。用编程 器可以清掉wDT故障。一般机器给 WDT的设定值在100~200ms。在有 执行用户程序 些PLC中用户可以对WDT时间进行 修改,修改方法在说明书上查阅。 停止l/O服务否 2.与编程器进行信息交换的扫描 过程 从输入设备读数据 在C电,用户程底是通过编 出设备写数据 程器写入的。调试过程中,用户也 过编程器进行在线验视和修改。在这 扫描过程中,CPU把总线权交给 图8-2扫描原理 编程器,自己变成为被动状态。当编程器完成处理工作或达到信息交换所规定时间 CPU重新得到总线权,并恢复到主动状态。 在此过程中,用户可以利用编程器修改内存程序、读CPU状态、封锁或开放输入输 也、对逻辑变量和数字量进行读写。 3.与数字处理器进行信息交换的过程 配有数字处理器时,一个扫撤周期史才包贪了这一过程。该过程主要是数字处理器
PLC 可被看成是在系统软件 支持下的一种扫描设备，它一直在周 而复始他循环扫描并执行由系统软 件规定好的任务。图 8-2 为机器在起 动之后进行的主要工作内容。我们定 义从扫描过程中的一点开始，顺序扫 描后又回到该点的过程为一个周期。 从图 8-2 可以看出，用户程序只 是扫描周期的一个组成部分，用户程 序不运行时，可编程序控制器也在扫 描，只不过在一个周期中删除了用户 程序和输入输出服务这两部分任务。 典型的 PLC 在一个周期中完成六个 扫描过程。 1．自监视扫描过程 为保证设 备的可靠性，出现故障及时反应， PLC 都具有自监视功能。自监视功能 主要由时间监视器 WDT（Watchdog Timer）完成的。WDT 是一个硬件计 时器。该计时器有一个设定值，扫描 周期开始前计时器复位，然后开始计 时。如果复位前，扫描时间超过 WDT 的设定时间，CPU 将停止运行，复位 输入输出，并给出报警信号，这种故 障称为 WDT 故障。WDT 故障可能 由 CPU 硬件引起，也可能由用户程 序执行时间太长，使扫描周期时间超 过 WDT 的设定时间而引起。用编程 器可以清掉 WDT 故障。一般机器给 WDT 的设定值在 100～200ms。在有 些 PLC 中用户可以对 WDT时间进行 修改，修改方法在说明书上查阅。 2．与编程器进行信息交换的扫描 过程 在 PLC 中，用户程序是通过编 程器写入的。调试过程中，用户也通 过编程器进行在线监视和修改。在这 一扫描过程中，CPU 把总线权交给 图 8-2 扫描原理 编程器，自己变成为被动状态。当编程器完成处理工作或达到信息交换所规定时间， CPU 重新得到总线权，并恢复到主动状态。 在此过程中，用户可以利用编程器修改内存程序、读 CPU 状态、封锁或开放输入输 也、对逻辑变量和数字量进行读写。 3．与数字处理器进行信息交换的过程 当配有数字处理器时，一个扫描周期中才包含了这一过程。该过程主要是数字处理器
同CPU进行信息交换。 4与网络进行通信的扫描过程一般小型系统没有这一扫描过程,配有网络的 PLC系统才有通信扫描过程,这一过程用于PLC之间以及PC与上位计算机或一些终 端设备。 5用户程序扫描过程机器处于正常运行状态下,每一扫描周期内都包含该扫描 过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的。随用户程序的长短,这个过程所用时间 也是变化的。 6输入输出服务扫描过程机器在正常运行状态下每一扫描周期内都包含这个扫 揽过。该程在机器返行中是看热行是可的。CPU在处理用户程序时,使用的输入 值不是直接从实际输入点读得的,运算的结果也不直接送到实际输出点,而是在内存中 设置了两个暂存区,个输入暂存风,一个输出氰存区。用户程序中所用的输入值是输 入状态暂存区的值,运算结果放在输出状态暂存区中。在输入服务扫描过程中,CPU把 实际输入点的状态读入到输入状态管存区;在输出服务扫描过程中,CPU把输出状态暂 存区的值传送到实际或出点 为了现场调试方便,PLC具有输入输出控制功能,用户可以通过编程器封锁或开放 输入输出。封锁输入输出就是关闭了输入输出服务扫描过程 从以上对扫描周期的分析可知,扫描周期基本上电三部分组成即保证系统正常运行 的公共操作系统与外设条信息的交换和用户程序的热行。第一部分的扫揽时间基态 上是定的,随机器类型而有不同第二部分并不是每个系统或系统的每次扫揽都有的 攴用的扫描旼间也是变化的。第三部分腹制对象工艺复杂性决定的用户制而变化。 因此这部分占用的扫描时间不仅对不同系统其长短不同,而且对同一系统的不同时间也 占用着不同的扫描时间。所以系统扫描周期的长短,除了因是否运行用户程序而有较大 的差别外,在运行用户程序时也不是完全固定不变的。这是因为执行程序中随变量状态 的不同,一部分程序段可能不执行而形成的。用户程底的扫描时间主要电CP的运算 速度和庑的长短决底。CPU的运算速度由系统硬件和系统软件决定,通常用执行1K 字程序所需时间长短来衡量。由于程序中所用语句的复杂程序不同,执行IK字程序所 需的时间差异很大,厂家应给出每条语句所用的时间,或简单给出执行1K字逻辑运算 程序所需时间和IK字数字运算程序所需的时间。且前比较慢的为22m人K字逻原 篡程底,60ms/JK字数字运篡程底:较快的为Jms/K字逻银运篡穩底,J0m/K 字数字算程底,前最快的为Q75m/JK字逻辑运篡稞庇。为了保证生产系统正 常运行,必须做到最长的扫描周期小于系统电器改变状态的时间。实际上扫描周期是不 固定的,正因为这一点,给机器实现某些控制带来一些困难 8.1.6可编程序控制器的基本技术指标 PLC的技术指标很多,但最主要的不外乎以下五个基本技术指标:CPU类型、存储 器容量、编程语言、扫描速度和IO点数 1存储容量 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序在机器出厂时由厂 家将其写入ROM中,用户不能访问,不能更改。其容量大小也都已确定,不能改动。 存放用户程序的存储器可用 EPROM,其容量取决于被控对象的控制复杂性。存放中间 数据的存储器一般用RAM存储。控制越复杂,存储量要求越多。一般小型机器的存储 量IK到几K,大型机器存几十K,甚至可达1~2M,用户可根据需要选择机型。 般来说,根据经验在遐控制系统中,所震内存量经验公式为
同 CPU 进行信息交换。 4 与网络进行通信的扫描过程 一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的 PLC 系统才有通信扫描过程，这一过程用于 PLC 之间以及 PLC 与上位计算机或一些终 端设备。 5 用户程序扫描过程 机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内都包含该扫描 过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的。随用户程序的长短，这个过程所用时间 也是变化的。 6 输入输出服务扫描过程 机器在正常运行状态下，每一扫描周期内都包含这个扫 描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的。CPU 在处理用户程序时，使用的输入 值不是直接从实际输入点读得的，运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中 设置了两个暂存区，一个输入暂存区，一个输出暂存区。用户程序中所用的输入值是输 入状态暂存区的值，运算结果放在输出状态暂存区中。在输入服务扫描过程中，CPU 把 实际输入点的状态读入到输入状态管存区；在输出服务扫描过程中，CPU 把输出状态暂 存区的值传送到实际或出点。 为了现场调试方便，PLC 具有输入输出控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放 输入输出。封锁输入输出就是关闭了输入输出服务扫描过程 从以上对扫描周期的分析可知，扫描周期基本上由三部分组成即保证系统正常运行 的公共操作；系统与外部设备信息的交换和用户程序的执行。第一部分的扫描时间基本 上是固定的，随机器类型而有不同。第二部分并不是每个系统或系统的每次扫描都有的， 占用的扫描时间也是变化的。第三部分随控制对象工艺复杂性决定的用户控制而变化。 因此这部分占用的扫描时间不仅对不同系统其长短不同，而且对同一系统的不同时间也 占用着不同的扫描时间。所以系统扫描周期的长短，除了因是否运行用户程序而有较大 的差别外，在运行用户程序时也不是完全固定不变的。这是因为执行程序中随变量状态 的不同，一部分程序段可能不执行而形成的。用户程序的扫描时间主要由 CPU 的运算 速度和程序的长短决定。CPU 的运算速度由系统硬件和系统软件决定，通常用执行 1K 字程序所需时间长短来衡量。由于程序中所用语句的复杂程序不同，执行 1K 字程序所 需的时间差异很大，厂家应给出每条语句所用的时间，或简单给出执行 1K 字逻辑运算 程序所需时间和 1K 字数字运算程序所需的时间。目前比较慢的为 2.2ms／1K 字逻辑运 算程序，60ms／1K 字数字运算程序；较快的为 1ms／1K 字逻辑运算程序，10ms／1K 字数字运算程序，目前最快的为 0.75ms／1K 字逻辑运算程序。 为了保证生产系统正 常运行，必须做到最长的扫描周期小于系统电器改变状态的时间。实际上扫描周期是不 固定的，正因为这一点，给机器实现某些控制带来一些困难。 8.1.6 可编程序控制器的基本技术指标 PLC 的技术指标很多，但最主要的不外乎以下五个基本技术指标：CPU 类型、存储 器容量、编程语言、扫描速度和 I/O 点数。 1 存储器容量 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。系统程序在机器出厂时由厂 家将其写入 ROM 中，用户不能访问，不能更改。其容量大小也都已确定，不能改动。 存放用户程序的存储器可用 EPROM，其容量取决于被控对象的控制复杂性。存放中间 数据的存储器一般用 RAM 存储。控制越复杂，存储量要求越多。一般小型机器的存储 量 1K 到几 K，大型机器存几十 K，甚至可达 l～2M，用户可根据需要选择机型。 一般来说，根据经验在逻辑控制系统中，所需内存量经验公式为
所轰内存字数三谡银变量数X1Q 逻鋇变量即输入点数和输忠点数之和 对于模拟量的控制,需要经过转换成数字量后进行处理的。需要进行数字传送和数 字运算指令组,一般来说,指令组的内存利用率是比较低的,所以所占内存数量要增多 而在只有模拟量输入系统中,相对来说,内存占有量相对较少。在模拟量输入、输出同 时存在时,内存需要量相对大些。根据经验内存量可以按下列公式选择: 只有模拟量输入时 所需内存字数=模拟量路数ⅹ120 在模拟量输入、输出同时存在时 所需内存字数=模拟量路数Ⅹ250 上述路数一般是以十路模拟量为标准考虑的,当路数小于十路时所需内存量要大 点,反之则小一些 所需内存容量与程序结构有关。当采用子程序结构或块式结构时有些程序可以采用 多次调用的方式。因此内存量可以大为减少,特别是在模拟量路数较多,输入转换、数 字滤波或各路的运算处理基本相同时,内存需求量就会有明显的减少。 2扫描周期 PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备,它一直在周而复始他循环扫描 并执 行由系统软件规定好的任务。图3-14为机器在起动之后进行的主要工作内容。我们定 义从扫描过程中的一点开始,顺序扫描后又回到该点的过程为一个周期。 从图6-=2可以看出,用户程序只是扫描周期的一个组成部分,用户程序不运行时 可编程序控制器也在扫描,只不过在一个周期中删除了用户程序和输入输出服务这两部 分任务。典型的PLC在一个周期中完成六个扫描过程 81.7PLC的编程语言 PLC是专为工业控制而开发的装置,主要使用对象是广大工程技术人员及操作维护 人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力,通常PLC不采用微机的编程语言,而常 常采用面向控制过程、面向对象的“自然语言”编程,这些编程语言有梯形图 LAD(Ladder Diagram)、语表STL( Statement List)、挖制系统流程图CsF( Control System Flowchart) 逻方程式或布尔代数式等。 下面介绍PLC常用的几种编程语言或编程方法 1.梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路,如图8-3所示。它是用各种图形符号连接 而成的,这些符号分别为常开接点、常闭接点、并联连接、串联连接、继电器线圈等 每一接点和线圈均对应有一个编号。不同机型的PLC,其编号方法不一。梯形图直观易 懂,为电气人员所熟悉,因此是应用最多的一种编程语言 2.语句表 语句表类似于计算机汇编语言的形式,它是用指令的助记符来编程的。但PLC的 语句表却比汇编语言的语句表通俗易懂,因此也是应用得很多的一种编程语言
所需内存字数 = 逻辑变量数 X 10 逻辑变量即输入点数和输出点数之和。 对于模拟量的控制，需要经过转换成数字量后进行处理的。需要进行数字传送和数 字运算指令组，一般来说，指令组的内存利用率是比较低的，所以所占内存数量要增多。 而在只有模拟量输入系统中，相对来说，内存占有量相对较少。在模拟量输入、输出同 时存在时，内存需要量相对大些。根据经验内存量可以按下列公式选择： 只有模拟量输入时 所需内存字数=模拟量路数 X 120 在模拟量输入、输出同时存在时 所需内存字数=模拟量路数 X 250 上述路数一般是以十路模拟量为标准考虑的，当路数小于十路时所需内存量要大 点，反之则小一些。 所需内存容量与程序结构有关。当采用子程序结构或块式结构时有些程序可以采用 多次调用的方式。因此内存量可以大为减少，特别是在模拟量路数较多，输入转换、数 字滤波或各路的运算处理基本相同时，内存需求量就会有明显的减少。 2 扫描周期 PLC 可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备，它一直在周而复始他循环扫描 并执 行由系统软件规定好的任务。图 3－14 为机器在起动之后进行的主要工作内容。我们定 义从扫描过程中的一点开始，顺序扫描后又回到该点的过程为一个周期。 从图 6－2 可以看出，用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时， 可编程序控制器也在扫描，只不过在一个周期中删除了用户程序和输入输出服务这两部 分任务。典型的 PLC 在一个周期中完成六个扫描过程。 8.1.7 PLC 的编程语言 PLC 是专为工业控制而开发的装置，主要使用对象是广大工程技术人员及操作维护 人员。为了满足他们的传统习惯和掌握能力，通常 PLC 不采用微机的编程语言，而常 常采用面向控制过程、面向对象的“自然语言”编程，这些编程语言有梯形图 LAD(Ladder Diagram)、语句表 STL(Statement List)、控制系统流程图 CSF(Control System Flowchart)、 逻辑方程式或布尔代数式等。 下面介绍 PLC 常用的几种编程语言或编程方法： 1．梯形图 梯形图在形式上类似于继电器控制电路，如图 8-3 所示。它是用各种图形符号连接 而成的，这些符号分别为常开接点、常闭接点、并联连接、串联连接、继电器线圈等。 每一接点和线圈均对应有一个编号。不同机型的 PLC，其编号方法不一。梯形图直观易 懂，为电气人员所熟悉，因此是应用最多的一种编程语言。 2．语句表 语句表类似于计算机汇编语言的形式，它是用指令的助记符来编程的。但 PLC 的 语句表却比汇编语言的语句表通俗易懂，因此也是应用得很多的一种编程语言
1000 1001 2000 2000 2000 2001 图8-3梯形图 8.2PLC控制系统设计 8.21PLC控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求,以 提高生产效率和产品质量。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则: (1)最大限度地满足被控对象的控制要求 (2)在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 (3)保证控制系统的安全、可靠 (4)考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC容量时,应适当留有余量 822PLC控制系统设计的基本内容 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此,PLC控制系统 设计的基本内容应包括 (以)选揉用启输入设惫(按钮、操作开关、眼位开关、传感器等),输出设备(继电器 接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。 (2)以C舶的选揉。PLC是PIC控制系统的核心部件。正确选择PLC对于保证整个控 制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择PLC,应包括机型的选择、容量的选 择、Ⅰ/O模块的选择、电源模块的选择等 (3)分配LQ绘制LQ连接图 (4)设计控制程序。包括设计梯形图、语句表(即程序清单)或控制系统流程图。控制 程序是控制整个系统工作的软件,是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此,控 制系统的设计必须经过反复调试、修改,直到满足要求为止。 (5)必要时还震设让挖制台想) (6)编制挖制系统的技术文件。包括说明书电气图及电气元供明细表等 传统的电气图,一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC控制系 统中,这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分, 因此在电气原理图中应增加PLC的I/O连接图。 此外,在PLC控制系统中的电气图中还包括程序图(梯形图),可以称它为“软件图”。 向用户提供“软件图”,可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序,并有利于用户 在维修时分析和排除故障。 82.3PLC控制系统设计的一般步骤 设计PLC控制系统的一般步骤如图8-4所示
图 8-3 梯形图 8.2 PLC 控制系统设计 8.2.1 PLC 控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工艺要求，以 提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： (1) 最大限度地满足被控对象的控制要求。 (2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。 (3) 保证控制系统的安全、可靠。 (4) 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有余量。 8.2.2 PLC 控制系统设计的基本内容 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC 控制系统 设计的 基本内容应包括： (l) 选择用户输入设备(按钮、操作开关、眼位开关、传感器等)，输出设备(继电器、 接触器、信号灯等执行元件)以及由输出设备驱动的控制对象(电动机、电磁阀等)。 (2) PLC 的选择。PLC 是 PLC 控制系统的核心部件。正确选择 PLC 对于保证整个控 制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。选择 PLC，应包括机型的选择、容量的选 择、I／O 模块的选择、电源模块的选择等。 (3) 分配 I／O 绘制 I／O 连接图。 (4) 设计控制程序。包括设计梯形图、语句表(即程序清单)或控制系统流程图。控制 程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。因此，控 制系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 (5) 必要时还需设计控制台(柜)。 (6) 编制控制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。 传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在 PLC 控制系 统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电气图的基础上增加了 PLC 部分， 因此在电气原理图中应增加 PLC 的 I／O 连接图。 此外，在 PLC 控制系统中的电气图中还包括程序图(梯形图)，可以称它为“软件图”。 向用户提供“软件图”，可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序，并有利于用户 在维修时分析和排除故障。 8.2.3 PLC 控制系统设计的一般步骤 设计 PLC 控制系统的一般步骤如图 8-4 所示
(1)根据生产的工艺过程分析控制要求,如需要完成的动作(动作须序、动作条件 必。须的保护和联锁等),操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等) (2)根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的IO点数。 (3)选择PLC (4)分配PLC的I/O点,设计I/O连接图(这一步也可以结合第2步进行) (5)进行PLC程序设计,同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。 在设计继电器控制系统时,必须在控制线路(接线程序)设计完后,才能进行控制台 (柜)的设计和现场施工。可见,采用PLC控制,可以使整个工程的周期缩短。 工艺过程 分析控制要求 确定用户IO设备 选择PC 分配I/O点,设计I/O连接图 PC程序设计 控制台(柜)设计 绘制流程图 及现场施工 设计梯形图 设计控制台(柜 编制程序清单 输入程序井检查 现场连线 调试 满足要求 联机联试 满足要求? 编制技术文件 交付使用 图8-4PLC控制系统设计步骤
(1) 根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作(动作须序、动作条件、 必。须的保护和联锁等)，操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等)。 (2) 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定 PLC 的 I/O 点数。 (3) 选择 PLC (4) 分配 PLC 的 I／O 点，设计 I／O 连接图(这一步也可以结合第 2 步进行)。 (5) 进行 PLC 程序设计，同时可进行控制台(柜)的设计和现场施工。 在设计继电器控制系统时，必须在控制线路(接线程序)设计完后，才能进行控制台 (柜)的设计和现场施工。可见，采用 PLC 控制，可以使整个工程的周期缩短。 图 8-4 PLC 控制系统设计步骤