PLC編程論文

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1、第一章. 緒論可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC 1.1 PLC的特點可靠性高，抗干擾能力強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)，

2、采用嚴格的生產(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。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。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。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，

3、已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎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(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)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(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子

4、電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕

5、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。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(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(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。運動控制PLC可以

6、用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(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)動步進電機或伺服電機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，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。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，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

7、制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。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)。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

8、PLC都具有通信接口，通信非常方便。第二章、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示： 一. 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。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(jīng)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(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行

9、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(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 二、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(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 三、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連

10、接到交流電網(wǎng)上去 第三章、PLC的工作原理一. 掃描技術(shù) 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何

11、情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且

12、排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 (三) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 第四章、plc目前的主要品牌松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，AB 等第五章. PLC電梯設(shè)計在電梯控制系統(tǒng)中，采用PLC構(gòu)成的系統(tǒng)具有故障率低，可靠性高，維修方便等優(yōu)點。在本實驗室中就是采用O

13、MRON的PLC作為電梯教學(xué)模型的制裝置。電梯模型控制系統(tǒng)可分為邏輯控制部分和調(diào)速部分。邏輯部分選用高可靠性的PLC，利用軟件邏輯控制，具有硬件簡單、工作可靠等特點。調(diào)速部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要影響，該教學(xué)模型調(diào)速部分是通過高性能的變頻器控制電梯升降電機來實現(xiàn)的，變頻器的頻率輸出和正反轉(zhuǎn)則由PLC的輸出來控制。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個硬件系統(tǒng)由一個8層電梯教學(xué)模型、一個與之相配套的專用實驗操作箱、變頻器、以及用作控制裝置的PLC組成。系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。我們所用的電梯模型為8層，它由轎箱、開關(guān)門機構(gòu)、升降電機、以及模型本身的控制系統(tǒng)組成。為了突出電梯運行控制這一重點，該電梯模型

14、實驗裝置的樓層顯示，電梯轎箱內(nèi)樓層指示燈，均已由電梯模型實驗箱完成,而各樓層電梯操作面板上的按鈕指示燈則需由用戶控制，這就是為了適合1臺控制器同時控制多臺電梯模型運行的情況。升降電機以給定的速度和轉(zhuǎn)向運轉(zhuǎn)。圖1 系統(tǒng)的硬件組成此模型共需有34點指令信號和20點以上的控制輸出信號，他們分別是:(1) 每層樓上、下請求按鈕指令信號，共14點(除去1樓下請求和8樓上請求)。(2) 每層樓的樓層限位開關(guān)指令信號，共8點(3) 轎箱內(nèi)8層樓樓層按鈕指令信號，共8點。(4) 開、關(guān)門按鈕指令信號，共2點。(5) 上下請求指示燈信號，共14點(除去1樓下請求和8樓上請求)。(6) 開、關(guān)門控制信號，共2點。

15、(7) 變頻器正、反轉(zhuǎn)信號，變頻器頻率選擇信號，共4點。其中(1)(4)為輸入信號，(5)(7)是輸出信號。PLC根據(jù)現(xiàn)場信號的狀態(tài)決定開門、關(guān)門，并決定發(fā)給調(diào)速系統(tǒng)(變頻器)的速度選擇信號。在進行PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計時，首先是確定現(xiàn)場輸入、輸出信號的類型、作用和數(shù)量，再選擇PLC的型號，在這里我們選擇了日本OMRON公司C200H的PLC來對電梯教學(xué)模型進行控制。3 電梯定向邏輯電梯的定向是根據(jù)電梯的上行請求信號、下行請求信號、電梯轎箱內(nèi)請求信號、電梯當前所處位置等信號來確定電梯繼續(xù)運行的方向。電梯的定向是電梯控制中的重要邏輯。在以往電梯的定向邏輯中，一般都是將電梯各個層的上、下行請求信號

16、、電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號、電梯當前樓層信號等綜合到一條或幾條語句中進行判斷。這樣一來，當樓層數(shù)目比較大時，每條語句的編程元件很多，不可避免的帶來程序復(fù)雜，容易出錯，調(diào)試麻煩，運行速度慢等問題。以下提出的用邏輯運算指令來進行電梯定向的方法可以比較好的解決該問題。(1) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式電梯的方向只有上升、下降2個方向，但電梯也可能由于沒有任何的上升或者下降請求信號而處于停止狀態(tài)。在電梯的方向處理過程中，電梯只能在上升狀態(tài)和停止狀態(tài)或者下降狀態(tài)與停止之間轉(zhuǎn)換，例如當電梯由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)時必須先由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止狀態(tài)以后再由停止狀態(tài)轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)。這樣的處理方式對電梯的運行是很有意義的，以往的電梯

17、控制系統(tǒng)中，當電梯響應(yīng)完某個方向上的所有信號后，若所有剩余的信號都是反方向的，電梯立刻改變方向，此時，在原方向前方若出現(xiàn)新的呼叫信號，電梯將不會立刻應(yīng)答，只是記憶該呼叫信號，而去響應(yīng)換向后的方向上的呼叫信號，這樣既不符合電梯選層的優(yōu)先原則，又不能有效的節(jié)約能源。采用圖2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方式，電梯在響應(yīng)完某個方向上的所有信號后并不是立刻反向，而是保持該狀態(tài)等待一段時間后進入停止狀態(tài)，然后再反向響應(yīng)相反方向的呼叫信號。對保持時間進行合理的選擇，完全可以做到既不會使得電梯的換向過程顯得遲鈍，又能有效的響應(yīng)同方向的新呼叫信號。圖2 電梯的狀態(tài)轉(zhuǎn)換從上面的分析可以看出，由于電梯的上升與下降狀態(tài)之間需要通過

18、“停止狀態(tài)”該中間狀態(tài)來轉(zhuǎn)換，故在電梯的方向判斷邏輯中需要考慮以下幾種情況:(2) 電梯處于上升狀態(tài)在該狀態(tài)下，當前樓層的上面有上升請求，當前樓層的上面有下降請求或者電梯轎箱內(nèi)請求在當前樓層的上面，3個條件有1個和多個成立時，電梯繼續(xù)處于上升狀態(tài);當以上3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進入停止狀態(tài)。(3) 電梯處于下降狀態(tài)在當前樓層的下面有下降請求，當前樓層的下面有上升請求或者電梯轎箱內(nèi)的請求在當前樓層的下面時，電梯繼續(xù)處于下降狀態(tài);當以上3種條件都不滿足時，電梯經(jīng)過一段定時時間后進入停止狀態(tài)。(4) 電梯處于停止狀態(tài)在當前層之上有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當前

19、層的上面則置電梯為上升狀態(tài);相反，若在當前層之下有下降、上升的請求信號或者電梯轎箱內(nèi)樓層請求信號在當前層的下面則置電梯為下降狀態(tài)。3.1 電梯定向邏輯電梯定向邏輯在程序處理上使用OMRON的C系列的PLC所具有的邏輯運算功能可以大大簡化程序的開發(fā)過程，并使程序的運行更加有效。將DM0000作為電梯上行的記憶信號。將它低8位中的一位用作表示該層有沒有上行請求信號產(chǎn)生且被接納。第一位代表電梯1樓上行請求信號，第二位代表電梯2樓的上行請求信號，依此類推。程序開始時首先將DM0000的低8位全部置為“0”，然后判斷在每一層是否又有上行請求信號，如果有，就將該層對應(yīng)的位置為“1”，否則就置該層對應(yīng)的位為

20、“0”。同理可以將電梯的下行信號記憶到DM0001的低8位中，將電梯當前的位置保存在DM0002的低8位中，將電梯的轎箱內(nèi)的請求信號保存在DM0003的低8位中。電梯處于上升狀態(tài)時方向判斷相對簡單，只需將保存當前電梯位置DM0002與DM0000(記憶上行請求)、M0001(記憶下行請求)、DM0003(記憶轎箱內(nèi)樓層請求)作比較就可以簡單的判斷在當前樓層之上有無上行請求、下行請求或者轎箱內(nèi)樓層請求是否在當前層之上，從而決定電梯是否繼續(xù)上升。當電梯處于下降狀態(tài)和停止狀態(tài)時的方向判斷則比較復(fù)雜一些，以下只以電梯處于下降狀態(tài)時為例來進行說明。為了判斷電梯在當前樓層以下是否有請求，在程序中用到了另外

21、一個DM單元(DM0004)來保存電梯的當前位置，但該單元的存儲方式則與DM0002完全不同。電梯當前所處的樓層和DM0004的低8位數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系如附表。DM0004與DM0000作“與”操作，則可以屏蔽當前樓層以上的所有上行請求，而保留當前樓層以下的所有上行請求。 若“與”后的結(jié)果不為零，則表示在當前樓層的下面仍然有上行請求存在，若“與”后的結(jié)果為零，則表示當前樓層以下已經(jīng)沒有上行請求存在了，程序如圖3所示。用相同的方法可以判斷在當前樓層的下面是否存在下行請求和轎箱內(nèi)的樓層請求信號。綜合以上3個判斷結(jié)果就可以判斷電梯是否繼續(xù)處于下降狀態(tài)。若電梯繼續(xù)下降的條件不成立，則電梯經(jīng)過一段定時后進入

22、停止狀態(tài)。附表 電梯當前所處樓層與DM0004低8位的對應(yīng)關(guān)系電梯處于停止狀態(tài)時的方向判斷的程序編制方法與電梯處于下降時有很大的相視之處，限于文章的篇幅就不在詳細敘述。 4 電梯調(diào)速在電梯控制系統(tǒng)中，電梯速度的控制是一個重要而難以解決的問題。電梯的速度控制對乘坐者的舒適感影響很大，又影響電梯的精確定位。在該電梯教學(xué)模型的控制系統(tǒng)中選用日本Panasonic交流馬達變頻調(diào)速器V700T750B1來控制電梯的速度。當PLC完成定向后，向變頻器發(fā)出方向使能的速度信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值啟動電機，達到最大速度后勻速運行。當電梯響應(yīng)呼叫，到達目的層的減速點時，PLC切斷高速度信號輸出，此時變

23、頻器以設(shè)定的減速度將最大速度減至爬行速度。在減速運行過程中，變頻器的調(diào)速器能夠自動計算出減速點到限位點之間的距離，并計算出優(yōu)化曲線，從而能夠按優(yōu)化曲線運行。圖3 判斷當前樓層下有無上行請求的程序使用PLC、變頻器來控制電梯還有一種比較好的速度控制方法可以使用，就是利用PLC的D/A模塊來實現(xiàn)。事先將數(shù)字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，在電梯的運行過程中PLC通過查表找出對應(yīng)的速度值寫入D/A模塊，再由D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬量后控制變頻器的頻率輸出。第六章. 結(jié)束語經(jīng)過一段時間的實驗證明，本系統(tǒng)能成功的對電梯完成自動控制，能準確地、及時地到達指定樓層，能按規(guī)定的頻率曲線完成對電梯的速度控制。采用

24、PLC控制電梯有明顯的優(yōu)越性，是一個改善電梯性能的有效方法優(yōu)點有:1.在電梯控制中采用PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。2.去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。3.PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。4.PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。5.用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。6.更改控制方案時不需改動硬件接頭參 考 文 獻【l】陳立定、吳玉香、蘇開才編電氣控制與可編程控制器，廣州：華南理工大學(xué)出版社200l【2】劉載文、李毫升、鐘亞林編。電梯控制技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社1996【31 SIMATIC s7200可編程序控制器系統(tǒng)手冊，西門子公司【4】STEP 7-MiertWIN 32 V31 sPl編程幫助手冊，西門子自動化設(shè)備公司【5】MCGs參考手冊、MCGs用戶指南、MCGS嵌人版說明書，北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司【6】王平崔納新，PLC在電梯控制中的應(yīng)用微計算機信息1999(2)10