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上海晉營自動化科技有限公司
 
  ：喬 靜
 
  電 話：（同號）

  郵 箱：3548508227

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• PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從*條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回*條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作等內(nèi)容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。

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      1．輸入處理 電 話：（同號）
      輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
        2．程序執(zhí)行
        根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關(guān)器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 
       3．輸出處理 
      程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。

隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及，成為自動化技術(shù)的重要組成。可編程控制器zui先出現(xiàn)在美國，1968年，美國的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下條件：

（1）編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；

（2）維護方便，是插件式；

（3）可靠性高于繼電器控制柜；

（4）體積小于繼電器控制柜；

（5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；
  （6）在成本上可與繼電器控制柜競爭；

（7）輸入可以是交流115V（即用美國的電網(wǎng)電壓）；

（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；

（9）在擴展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；

（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到4KB。

條件提出后，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上*臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。緊接著，美國MODICON公司也開發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制成了日本*臺可編程控制器。1973年，西歐國家也研制出他們的*臺可編程控制器。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，特別是進入80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為*處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡稱為PC，但為了與個人計算機（Persona1  Computer）的簡稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號控制強電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費時間長，嚴重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點，并將控制器和被控對象方便的連接起來。由于PLC是由微處理器、存儲器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計算機中的一類。

對用戶來說，可編程控制器是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

我國從1974年也開始研制可編程序控制器，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維護可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。

全集成自動化助力生產(chǎn)運行更上一層樓

全集成自動化，西門子推出的這一款工業(yè)自動化系統(tǒng)，是所有自動化組件高效協(xié)作的*。其中，開放式系統(tǒng)架構(gòu)覆蓋了整個生產(chǎn)過程，并且所有組件都具有以下特性：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一標準以及統(tǒng)一的硬件和軟件接口。

這些特性*縮短了工程組態(tài)時間，從而在大幅提升系統(tǒng)靈活性的同時顯著降低了成本和面市時間。

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了解全集成技術(shù)如何助力自動化組件高效協(xié)作：更快速、更智能、更靈活。

集成工程組態(tài)

所有生產(chǎn)階段均實施統(tǒng)一全面的工程組態(tài)，生產(chǎn)過程中所有階段的統(tǒng)一全面工程組態(tài)，顯著降低了組態(tài)時間、成本和工作量。

工業(yè)數(shù)據(jù)管理

憑借生產(chǎn)過程中所有重要數(shù)據(jù)的實時訪問，*提高了決策的可靠性以及工廠運營經(jīng)濟效益。

工業(yè)通信

基于跨供應(yīng)商的標準，輕松實現(xiàn)所有層級間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一透明傳輸。基于跨供應(yīng)商的標準，所有層級間的數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)統(tǒng)一、透明、無限制。

工業(yè)信息安全

統(tǒng)一的自動化安全防護機制，可系統(tǒng)性地保護工廠與設(shè)備，將各種攻擊威脅降至zui低。

安全集成

標準自動化技術(shù)中無縫集成安全防護機制，可*地保護人員、設(shè)備和環(huán)境安全。

PLCzui主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程。不同型號的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲杏嗔慷焕速M資源的機型（小、中、大形機器）。并且結(jié)合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后、、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的PLC機型。 

目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，國外有德國的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國的GE;韓國的LG等。國產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個方面入手。 

2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模 

依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝流程和復(fù)雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小?？煞譃榇蟆⒅?、小三種規(guī)模。 

小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機或者小規(guī)模生產(chǎn)過程，控制過程主要是條件、順序控制，以開關(guān)量為主，并且I/O點數(shù)小于128 點。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。 

中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點數(shù)在128——512 點之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。 

大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過程是大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)控制，I/O點數(shù)在512點以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)、智能控制、數(shù)據(jù)庫、中斷控制、函數(shù)運算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場總線結(jié)合實現(xiàn)工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制。 

2.2 確定PLC I/O 點的類型 

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費資源的機型（小、中、大型機器）。 

根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。 

電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動/停止應(yīng)采用晶體管輸出。 

2.3 確定PLC編程工具 

（1） 一般的手持編程器編程。 手持編程器只能用商家規(guī)定語句表中的語句表（STL）編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，具有體積小、價格低、易于現(xiàn)場調(diào)試等優(yōu)點。 這主要用于微型PLC的編程。 

（2） 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖（LAD）編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。 

（3） 計算機加PLC軟件包編程 。這種方式是效率zui高的一種方式，但大部分公司的PLC 開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。 

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 

PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。 

3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 

硬件設(shè)計是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。 

（1） PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。 

PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。 

（2） PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動作，并且響應(yīng)時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應(yīng)*繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。 

如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。 

當PLC掃描頻率為10次／min 以下時，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動負載。 

對于兩個重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。 

對于常見的AC220V交流開關(guān)類負載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動，避免PLC的DO接點直接驅(qū)動，盡管PLC手冊標稱具有AC220V交流開關(guān)類負載驅(qū)動能力。 

（3） PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。隨著工業(yè)自動化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來了許多干擾問題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮的問題。一般采用以下幾種方式: 

隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器，并將中性點經(jīng)電容接地。 

屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場屏蔽作用，防止空間輻射干擾。 

布線:強電動力線路、弱電信號線分開走線，并且要有一定的間隔;模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。 ?