可编程控制器网络

2024-06-05

可编程控制器网络（精选10篇）

可编程控制器网络篇1

1 引言

三菱FX系列PLC提供的计算机链接通信方式通过FX-485PC-IF,FX-485BD等设备可实现多台PLC与计算机的通信,从而组成一个网络,可通过计算机实现对PLC的监控。这种网络最多可以包括16台PLC,但在实际应用中,往往没有如此多的数量,而是和其它设备一起组成一个更为复杂的网络,为了能够好地对整个网络进行管理,有必要将PLC组成的网络与其他系统组成的网络进行区分,并通过某种方式实现各部分的通信。通过PLC的计算机链接方式,将PLC网络作为CAN总线的一个节点,可以很好地解决这一问题。

2 系统总体方案设计

FX系列PLC的计算机链接图如图1所示,由于计算机与FX-485PC-IF之间的通信协议为RS232;FX-485PC-IF通过FX-485BD与各PLC进行通信,FX-485PC-IF与FX-485BD之间采用RS-485协议[1]。

系统对这个拓扑进行了改动,通过Philips公司的P8xC591单片机与MAX485组成一个RS485通信接口,通过MAX485与FX-485BD进行相连接,实现PLC与单片机的通信。如图2,由P8xC591单片机取代PC,成为PLC计算机链接中的主控制器。无论是计算机还是单片机作为主控制器,这种拓扑都是采用主从式结构系统,通信方式都是以主站轮询的方式进行。但从实际应用看,单片机既可以作为主控制器对PLC数据的读写外,还可以作为数据采集的主控制器,对该部分控制所需要的数据进行采集。

P8xC591单片机集成了CAN总线控制器,只需要接上收发器就可以接到CAN总线上作为CAN总线的一个节点[2],如图3,P8xC591的CAN接口与收发器82C250相接,通过82C250实现与CAN总线的通信[3];另一方面,P8xC591的串行通信口RXD与TXD分别与MAX485的RO与DI相连接,通过MAX485与FX-485BD通信。MAX485与FX-485BD之间采用二线制方式,实际上,P8x C591与PLC之间的通信就采用半双工的工作方式。MAX485的引脚A与B分别与FX-485BD的RDA与RDB相连,在RDA与SDA之间接330Ω的电阻,RDB与SDB直接相连[5]。

3 单片机与PLC的通信数据格式

P8xC591与PLC之间通信采用异步半双工模式,在任何时候只能有一点处于发送状态,任何一次数据的传输都是由P8xC591单片机发起的。P8xC591访问PLC有读和写两种情况,其控制协议(格式1)如图4。所有数据均与ASCII码的形式传输。其中,ENQ、ACK与NAK分别为发送请求、信息确认应答与信息36H(D0096)+30H32H(两个单元)+34H31H和错误应答,各自的ASCII码分别为:05H、06H与15H。站号为当前要读取或写入的PLC中D8121的值,PC号固定为FFH(ASCII码46H,46H),对PLC的操作命令与ASCII码如下所示[1]:

批读:BR(42H,52H)、WR(57H,52H),

批写:BW(42H,57H)、WW(57H,57H),

测试:BT(42H,54H)、WT(57H,54H),

远程运行:RR(52H,52H),

远程停止:RS(52H,53H),

读PLC类型:PC(50H,43H),

接地:GW(47H,57H),

环路回送测试:TT(54H,54H)。

消息等待时间以10ms为单位,最小为0,最大为150ms,依次分别用0~F的ASCII码来表示。字符区域即为所要读取或写入的PLC元件地址与数据。读操作中由PLC返回的数据中,ETX(ASCII码为03H)为信息帧结束标志。和校验区域如图4所示,将这个区域中的所有ASCII码相加后取最低两位十六进制数并用ASCII码表示。

例:(1)读取PLC中D0096和D0097中的数据,(2)将02H和05H分别写入D0096和D0097中;消息等待时间均为10ms,PLC站号为01H,则单片机所发送的数据内容如下:

PLC接收到来自单片机的发送请求后,便将接收后面的数据,并进行解析,当接收完下划线部分的所有内容后,会将该部分数据进行累加得到和校验码,并与来自单片机的和校验码比较,以此来判断数据是否正确接收。接收完数据后,PLC的应答如下。

单片机收到后,返回确认信息给PLC:

(2)正确接收并执行

4 CAN数据与RS485数据的转发流程设计[4,5,6]

由于P8xC591与PLC的数据采用ASCII码的方式传输,而与CAN总线的数据则是直接的,没有经过任何编码的数据,只有根据不同的CAN协议来确定具体的意义,因此,要实现CAN的数据与RS485的数据转发,必须先对数据进行转换。具体算法如下。

(1)CAN数据转换为RS485的数据

以两个十六进制位为单位,将每个字节分成高位和低位,则每位均可以在0H~FH之间取得。若该位在0H觸9H之间,则将该位加上30H;在AH~FH之间,则将该位加上37H,得到该位的ASCII码,则一个字节的CAN总线数据要用两个ASCII码表示。

(2)RS485数据转换为CAN数据

每两个字节的RS485数据(ASCII码)表示一个CAN总线数据,因为0H~9H的ASCII码分别为30H~39H,AH觸FH的ASCII码分别为41H~46H,所以30H~39H之间的数据减去30H,41H~46H之间的数据减去37H,然后将两位合并成一个字节就完成了向CAN总线数据的转换。

图5为系统上电后的流程图,P8xC591对CAN控制器与串口初始化完成后,便对CAN控制器数据缓冲区进行查询,若有数据,则将数据进行编码转换并保存在数据RAM1中;若无数据,则读取RAM1中的指令与数据发到RS485网络,并等待RS485网络返回的数据。同样,若RS485有数据返回,则读取数据并编码,保存到数据RAM2中;若无数据返回,则将数据RAM2中的数据发送到CAN总线[4]。需要注意的是,P8xC591的片内数据RAM只有512个字节,为保证数据不丢失,数据量应小于数据RAM所能存储的最大值;而由于这些数据一旦发送到目标地址,数据RAM资源便得到释放,对于数据的传输影响很小。

5 总结

系统通过对三菱FX系列PLC计算机链接的简化,以P8xC591为核心将CAN总线与RS485总线连接在一起,使基于RS485总线的PLC网络成为CAN总线的一个节点,使得对PLC网络的远程监控更灵活,对组建包含PLC网络的CAN总线变得简单易行,此外,系统的与CAN总线接口部分引入光耦器件后,抗干扰能力将得到加强,在工业应用中有很好的应用前景。

参考文献

[1]Mitsubishi Electric Co.,Ltd.USER'S MANUAL FX COM-MUNICATION(RS-232C,RS485)[Z].Mitsubishi Elec-tric Co.,Ltd.2000.3,JY992D69901.

[2]PHILIPS Semiconductors.P8xC591Single-chip8-bit micro-controller with CANcontroller[Z].2000.

[3]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[4]邓检华.现场总线CANbus与RS-485之间透明转换的实现[J].电子技术应用,2001(5):51-52,57.

[5]周立功.增强型80C51单片机速成与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

可编程控制器网络篇2

可编程控制器（PLC）实验教案

实验一 PLC软硬件介绍

硬件部分主要了解TVT-90A箱式PLC学习机的基本配置及其机构、基本工作原理，掌握输入输出接口及各种指示灯的连接方法。

软件部分主要学会使用FPWIN GR软件的安装、程序输入、编辑、下载与上传、参数设置、打印等功能。

实验二基本指令编程方法及训练

学会逻辑指令、定时指令、计数指令的输入方法；初步掌握如何应用逻辑指令、定时指令、计数指令来解决实际程序设计问题。1．逻辑指令

任务1：程序输入练习（见指导书P17）；（略）任务2：根据时序图（见指导书P17）编写程序。

2．定时指令

任务1：利用TM指令编程，产生连续方波信号输出，其周期设为3s，占空比为2：1。

任务2：根据时序图（见指导书P18）采用TM指令进行编程。

电气控制与PLC应用电子教案

3．计数指令

任务1：采用CT指令实现上述定时指令任务2的加工工序要求；

任务2：用一个按钮开关控制三个灯，按钮按一下1灯亮，再按三下2灯亮，再按三下3灯亮，再按一下全灭，如此反复。

电气控制与PLC应用电子教案

任务3：用可逆计数指令实现图示时序图（见指导书P17）的控制过程。（根据学生知识掌握水平可增删）。

解1：

电气控制与PLC应用电子教案

解2：

电气控制与PLC应用电子教案

解3：

实验三高级指令编程方法及训练

学会基本及高级传送指令、移位、算术运算指令的输入方法；初步掌握如何应用传送指令、移位、算术运算指令来解决实际程序设计问题。1．传送指令

任务1：用传送指令实现当按钮X1按下时，将“1949，10，1”这组数据分别送入DT0~DT2中，当X0按下时又可全清且清零优先。

电气控制与PLC应用电子教案

任务2：用传送指令实现输入开关对输出灯亮多少的控制：

X7=OFF时

Xn=ON：输出端n个灯亮，其余灭；

X7=ON时

Xn=ON：输出端n个灯灭，其余亮。

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2．数据移位指令

任务1：利用移位指令使输出的8个灯从左到右以s速度依次亮；当灯全亮后再从左到右依次灭。如此反复运行。

任务2：利用左右移位指令，使一个亮灯以0.2s的速度自左向右移动，到达最右侧后，再自右向左返回最左侧，如此反复。X2=ON时移位开始，X22=OFF时，清零。（根据学生知识掌握水平可增删）

3．算术运算指令

任务1：分别用BIN算术运算指令和BCD算术运算指令完成下式的计算：(12344321)12345651234

（1）BIN算术运算指令

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（2）BCD算术运算指令

实验四电机控制实验/八段码显示实验

掌握电机控制、八段码实验板的接线方法，弄清楚电机控制、八段码实验板的控制原理，并完成相应的程序设计任务。1．电机控制实验

任务1：利用电机控制实验板编程实现电动机的Y/⊿启动控制；

任务2：利用电机控制实验板编程实现电动机的正反转和Y/⊿启动控制。

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2．八段码显示实验

任务1：将指导书P23中四组抢答器的PLC程序输入PLC进行调试，并领会的程序设计思路与方法；

解：另一种设计方法：

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任务2：在任务1的基础上完成五组抢答器的程序设计。

实验五数值运算实验/天塔之光实验

掌握八段码显示实验板、天塔之光实验板的接线方法，弄清楚八段码、天塔之光实验板的控制原理，并学会利用八段码显示实验板完成相应的数值运算程序设计任务，利用天塔之光实验板完成相应的流水灯控制程序设计任务。1．数值运算实验

任务1：将指导书P24中两位BCD代码相加的PLC程序输入PLC进行调试，并领会的程序

设计思路与方法；（略）

任务2：完成一位BCD码减一位BCD码的运算，显示运算结果，有借位则小数点亮；

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任务3：完成一位BCD码乘一位BCD码的运算，循环显示运算结果，小数点亮的表示个位，无小数点的表示十位；

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任务4：完成一位BCD码除一位BCD码的运算，循环显示运算结果，小数点亮的表示商，无小数点的表示余数。

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2．天塔之光实验

任务1：用PLC控制灯光闪烁：L1、L4、L7亮，1s后灭，接着L2、L5、L8亮，1s后灭，接着L3、L6亮，1s后灭，接着L1、L4、L7亮，1s后灭„„，如此反复。

任务2：用PLC控制灯光闪烁：L1亮2s后灭，接着L2、L3、L4亮2s后灭，接着L6、L7、L8亮2s后灭，接着L1亮2s后灭„„，如此反复。

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实验六交通信号灯控制实验/水塔水位自动控制实验

掌握交通信号灯控制、水塔水位自动控制实验板的接线方法，弄清楚交通信号灯控制、水塔水位自动控制实验板的控制原理，并完成相应的程序设计任务。1．交通信号灯控制

任务1：将指导书P26中交通信号灯中指的PLC程序输入PLC进行调试，并领会的程序

设计思路与方法；另一种解法：

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任务2：根据任务1的设计思路，将绿灯亮的时间从主机板上的拨码器高两位输入，而绿灯闪烁和黄灯亮的时间皆为2s。（本题适合于基础较好的同学）

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2．水塔水位自动控制实验

任务1：根据下述控制要求完成程序设计：

当水池水位低于水位界（S4=ON）时，电磁阀Y打开进水。当水位高于水池高水位界（S3=ON），阀Y关闭。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低位界时，S2为ON，电机M运转，开始抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时，电机M停止。

任务2：根据下述控制要求完成程序设计：

当水池水位低于低水位界（S4=ON）时，电磁阀Y打开进水定时器开始定时，2s后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低位界时，S2为ON，电机M运转，开始抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时，电机M停止。

实验七自控成型机实验/自控轧钢机实验（根据学时数、学生掌握知识情况可增删）

掌握自控成型机实验、自控轧钢机实验板的接线方法，弄清楚自控成型机实验/自控轧钢机实验板的控制原理，并完成相应的程序设计任务。1．自控成型机实验

任务1：根据下述控制要求完成程序设计：

（1）初始状态：当原料放入成型机时，各液缸为初始状态：Y1=Y2=Y4=OFF，Y3=ON。S1=S3=S5=OFF，S2=S4=S6=ON。

（2）启动运行：当按下启动键，系统动作要求如下：

1）Y2=ON，上面液压缸的活塞B向下运动，便使S4=OFF。

2）当该液压缸活塞下降到终点时，S3=ON，此时，启动左液压缸，A的活塞向右运动，右液压缸C活塞向左运动，Y1=Y4=ON时，Y3=OFF，S2=S6=OFF。3）当A缸活塞运动到终点时，S1=ON，并且C缸活塞也到终点，S5=ON时，原料已成型，各液压缸开始退回到原位。首先，A，C缸返回，Y1=Y4=OFF，Y3=ON，使S1=S5=OFF。4）当A，C缸返回到初始位置，S2=S6=ON时，B液压缸返回，Y2=OFF，使S3=OFF。

电气控制与PLC应用电子教案

5）当B缸返回到初始位置，S4=ON时，系统回到初始状态，延时10s，取出成品，放入原料后，开始下一工件的加工。

任务2：根据下述控制要求完成程序设计：

（1）初始状态：当原料放入成型机时，各液缸为初始状态：Y1=Y2=Y4=OFF，Y3=ON。（2）启动运行状态：当按下启动键，系统动作要求如下：

1）Y2=ON，上面液压缸的活塞B向下运动，便使S4=OFF。

（3）停止操作：按一下停止按钮后，在当前的工件加工完毕后，回到初始状态并停止运行。

电气控制与PLC应用电子教案

2．自控轧钢机实验

任务1：根据下述控制要求完成程序设计：当启动按钮按下，电动机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1有信号（为ON），表征有钢板，则电动机M3正转，S1的信号消失（为OFF），检测传送带上钢板到位的传感器S2有信号（为ON），表征钢板到位，电磁阀Y1动作，电动机M3反转，S2的信号消失。接着S1有信号，电动机M3正转„„，重复经过三次反复循环，S2有信号后，则停机一段时间（10s），取出成品后，继续运行。当按下停车按钮后则停机，需重新启动。

实验八多种液体自动混合实验（根据学时数、学生掌握知识情况可增删）

掌握多种液体自动混合实验板的接线方法，弄清楚多种液体自动混合控制实验板的控制原理，并完成相应的程序设计任务。

任务1：根据下述控制要求完成程序设计：

（1）初始状态：容器是空的，各个阀门皆关闭，Y1、Y2、Y3均为OFF，传感器L1、L2、L3均为OFF，电动机M为OFF，加热器H为OFF。

（2）起动操作：按下起动按钮，开始下列操作：

1）Y1=Y2=ON，液体A和B同时注入容器，液面上升；当液面达到L2处时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1和Y2阀门，打开液体C阀门Y3。

2）当液面达到L1处时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，电动机M启动开始搅拌。3）经10s搅匀后，M=OFF，停止搅拌，H=ON，加热器开始加热。

4）当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使电磁阀Y4=ON，开始放出混合液体。5）当液面下降到L3时，L3从ON到OFF，再经过5s，容器放空，使Y4=OFF，开始下一个周期。

（3）停止操作：按下停车按钮，在当前的混合工作处理完毕后（当前周期循环到底），电气控制与PLC应用电子教案

可编程控制器网络篇3

摘要：随着社会的不断发展，我国的城市化进程也得到了飞速的发展。伴随建筑物高度的不断增加，电梯已成为市场经济中不可或缺的运输工具。目前，我国电梯制造企业忽视电梯的自主开发与研制过程，将主要的资金用于引进国外先进技术上，该现象会导致我国电梯制造企业呈现非正常的发展趋势。而可编程控制器是我国电梯行业广泛应用的控制装置，本文分别从以下几个方面对可编程控制器在电梯控制系统的应用进行相关研究与探讨。

关键词：可编程控制器；电梯控制系统；电梯制造行业；电梯；高层建筑物

一、电梯的概述

（一）电梯的基本结构

一个电梯主要包含机房、梯门、井道、轿厢、层站以及其他系统共同构成。

1.机房系统

该系统主要包含电源、限速器、开关、曳引器、信号柜、导向轮、控制柜、制动抱闸装置、电源接线板以及机座等。

2.层站系统

该系统主要包含召唤盒、层站开关门、厅门、楼层显示以及门锁等装置。

3.井道系统

井道系统主要由导轨、缓冲器、分线盒、轨道支架、补偿链、照明、限速器、对重、底坑以及随行电缆等装置共同组成。

4.轿厢系统

该系统主要包含轿厢、层装置、导靴、指层灯、轿厢门、门操纵箱、安全窗、报警装置以及通讯装置等。

5.梯门系统

梯门系统是由层门、联动机制、轿厢门、开门机、门锁等装置共同构成。开门机是连接层门与轿厢门的动力；而轿厢门是由门靴、门扇、门刀以及门导轨支架等装置共同组成。

（二）电梯的分类

目前，我国对电梯进行分类的方法有很多，但主要包括按速度、按用途以及按控制方式进行分类三种。按照速度主要将电梯分为高速、中速及低速三类电梯；而按照用途可将电梯分为货梯、客梯、客货梯、住宅梯、船舶梯、病床梯、杂物梯以及观光梯等。按照控制方式则可将电梯分为按钮、信号、手动、层间、并联、集选以及群体控制等。

（三）电梯的运行过程

1.电梯的运行周期

电梯的运行周期是指电梯运转一周或往返一次所耗费的时间，即电梯从基站出发，完成运送任务再次返回基站所耗费的时间。值得注意的是，承载物离开电梯轿厢所使用的时间也包含在内。

2.电梯的运行过程

电梯是一个没有司机的自动化系统，电梯乘坐者进入电梯内部之后，只要按下自己想到达的楼层，电梯会在几秒的迟疑后关闭电梯门，然后开始加速，直至稳定运行。在运行的过程中，控制系统还会记录外部各个楼层的信号召唤，一旦信号与运行方向相一致，电梯就会自动停止并打开梯门，当该操作完成后，控制系统也会将该信号自动消除。当所有的同向信号一一完成后，如果外厅没有信号召唤，电梯会处于待命停机状态，在出现反向的信号时，电梯又会自动换向并重新运行。

3.电梯的理想运行曲线

电梯的理想运行曲线是为满足电梯乘坐者的舒适感而制定完成的，研究表明，加速度一旦超过每秒一点五米就会致使乘坐者产生异样的感觉。目前，我国的电梯通常会使用梯形、三角形以及正弦波形三种理想曲线，但因正弦波形曲线的加速度变化率难以实现，三角形曲线加速度过大等不良因素影响，使得梯形曲线得到最为广泛的应用。

二、可编程控制器的概述

（一）可编程控制器的基本知识

可编程控制器的实质是专用于工业的可操作的数字运算系统，其内部的存储设备可实现信息存储、逻辑运算、定时、顺序控制等过程。其在运行过程中具有较强的适用性及抗干扰性，因此，其可代替其他系统在工业生产中使用。

（二）可编程控制器的特点

1.编程方便，操作简单

可编程控制器使用最多的语言便是梯形图，而梯形图的符号与先前使用的继电器原理图很相似，这会大大缩短技术人员认识和熟悉梯形图符号的时间，此外，梯形图比其他曲线具备更好的直观性与操作性。

2.程序可变，控制灵活

可编程控制器内部因使用模块化的形式而使得自身具备多种类型的硬件装置，这就使得用户在使用该系统时可以自行选择所需的配置，而不同的选择就会造就不同的系统。这也是可编程控制器代替其他继电器控制系统而存在的原因。

3.扩充方便，功能性强

可编程控制器内部包含成千上万的编程元件，而这些元件的存在是实现复杂控制过程的关键。另外，在遇到逻辑很强的系统，而元件数目不足时，操作者只要增加扩展单元即可解决该问题，因此，该编程系统具有比其他系统更强的操作性能。

4.抗干扰，可靠性高

可编程控制器是为工业生产专门制定而成的系统，因此，其内部具有大量的抗干扰设施，隔离、屏蔽、储备电池、电源保护等措施可使该系统在数万个小时内进行无故障运行，因此，其可被直接应用于工业生产，并得到企业的广泛认可。

三、电梯控制系统的硬件设计

电梯控制系统主要由变频调速单元、输送单元以及主控单元等共同组成，该系统的主要任务是实现电梯开关门及曳引电气的运行过程，此外，该过程也通过对变频器的使用完成对速度、电流及位移的协调控制。

四、电梯控制系统的软件设计

目前，我国的电梯制造业多会采用专业的编程软件完成对电梯控制系统的设计，而该过程也常采用功能模块设计法进行设计。该方法先是对电梯系统的控制功能进行模块性的划分，然后根据各个模块的具体功能进行梯形图的设计。通过使用该方法可以实现电梯同种功能间的统一性结合，从而使得整个程序结构更加明晰，便于调试的同时也可随时增加其他的功能。

五、总结

本文分别从电梯、可编程控制器、控制系统硬软件设计方面对可编程控制器在电梯控制系统的应用进行详细的探讨与研究。就我国的目前形势来看，电梯生产业的发展与城市发展程度不能相符，而电梯生产技术的落后是导致该现象发生的关键，因此，在今后的产业发展过程中，应将资金投入到新技术的研究与开发过程中，而不是用于向其他国家购买高水平电梯上。

参考文献：

[1]白晓旭，陈广华，霍凯等.基于PC-PLC的虚拟电梯控制系统设计[J].计算机仿真，2014，31（6）：443-446.

[2]许少衡，张廷锋，莫文贞等.基于PLC 电梯控制系统设计的创新实验[J].中国现代教育装备，2011（3）：127-129.

[3]闾琳，胡玖.基于数学建模的电梯控制系统的设计[J].成都电子机械高等专科学校学报，2012，15（2）：36-39.

可编程控制器网络篇4

1 项目介绍

本文以污水控制项目为例, 分析如何在工业系统设备中将可编程逻辑控制器与网络技术有效结合, 以提高生产设备的利用率和工作效率。该系统平台的结构框架如图1所示。

设计和实现基于Web的PLC远程监控, 其主要目的不仅仅是简单地监测和控制生产设备, 还为工业生产提供了一套完整的自动化解决方案。其应用价值主要体现在以下三方面: (1) 综合利用计算机技术可完成在传统生产中无法实现的操作过程和监控过程, 并完善自动化控制。 (2) 顺应科技发展, 使管理网络化。 (3) 建立远程监控网站后, 用户可以通过Web网页实时浏览生产数据, 还可以实时控制现场设备, 这有利于操作人员之间的交流、沟通。

2 项目任务

本文研究的项目不仅仅是要建立一套基于Web与PLC相结合的远程监控系统, 更重要的是, 该方法无需购买付费软件, 便可实现SLC 500 PLC与网络浏览器之间的数据交流。

在传统方法中, 需要用到的软件有罗克韦尔的Allen-Bradley RSView32 Web server、RSLinx、RSLogix 500和RSView 32。具体如图2所示。

从图3中可看出, 该方法无需应用罗克韦尔的应用软件, 即可对SLC500实现网络远程监控, 且.net技术在数据传输速度上具有一定的优势。在该项技术中, 要用到的工具有VB.NET、Web Services和ASP.NET。总而言之, VB编程在工业界, 尤其是在视频显示系统, 例如在HMI (人机交换界面) 和SCADA (数据采集与监视控制系统) 中具有较大的优势。

在本次研究中, 核心目标是利用VB.NET读写SLC500可编程控制器的内存数据, 并通过图形用户界面 (GUI) 显示实时数据。此外, 还需运用ASP.NET或网页应用技术实现网络数据的交换。其中, 静态网页技术和动态网页技术承担了数据访问和数据交换的任务。ASP.NET可被发展成为脚本语言, 例如VB.NET或JAVA, 并在HTML平台上运行。

3 实际应用

为了验证该方法的可行性, 我们选择了污水厂的污水处理项目作为研究实例。图4为采用VB创建的人机交换界面。通过利用Allen-Bradley SLC 5/04 PLC, 将其RS232串口接入工作站的通信串口, 然后利用VB.NET可达成网络通讯中的第一环节, 即可编程控制器与工控机界面之间的数据读写;第二环节——在线监控与控制可由ASP.NET和网页服务实现。图5中历史数据为工作中的故障处理提供了有效的资源整合分析。

4 结束语

综上所述, 通过阐述工业控制领域罗克韦尔一系列远程监控软件需要付费的问题, 提出了关于利用VB.NET和ASP.NET技术的解决方案, 并在污水处理实例中验证了该方法的可行性。此外, 该方法不仅确保了数据的稳定和较高的传输速度, 还灵活运用visual basic设计、开发了人机界面。

摘要：在目前的工业体系中, 如何实现远程监测和控制各种设备是工程师和自动化产业面临的巨大挑战。其中, 网络科技扮演着重要的角色。通过结合艾伦布拉德利SLC500系列中的可编程逻辑控制器 (PLC) , 可利用网络服务器和浏览器远程监控设备。这种远程获取信息的方式为监控器提供了实时数据。就在不利用任何付费型软件的情况下, 讨论如何通过Allen Bradley PLC和网络服务器远程获取实时数据。

关键词：可编程逻辑控制器,污水控制,自动化,付费软件

参考文献

[1]严盈富.监控组态软件与PLC入门[M].北京:人民邮电出版社, 2007.

[2]张统.间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社, 2002.

《可编程控制器》实训任务书篇5

（电气122）

一、实训的目的

通过典型PLC控制环节的设计与实现，加深理解与巩固电气控制与PLC控制的基本知识，提高PLC应用编程的实际技能，初步具备PLC逻辑控制系统的设计与调试能力，以及工程实践能力。

二、实训内容与要求

1、实训内容

设计题目1 电动机的Ｙ-△起动控制

控制要求：

（1）电动机M能实现正、反向Y-△启动。（2）电气操作流程说明：

按动正向启动按钮SB2，KM1和KM4闭合（Y型起动），经3秒后KM4断开，KM3闭合，实现正向△型运行；按动反向启动按钮SB3，KM2和KM4闭合（Y型起动），经3秒后KM4断开，KM3闭合，实现正向△型运行，按停车按钮SB1，电动机M停止运行。

设计要求:（1）根据电动机Y-△起动要求，设计PLC外部电路（配合通用器件板开关元器件）；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）得到正确的运行结果。

设计题目2 自动送料装车系统

控制要求 : 初始状态：绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，允许汽车开进装料，此时，进料阀门（k1），料斗阀门（k2），电动机（M1，M2，M3）皆为OFF状态。

当汽车到来时，检测开关S3接通（负载板上未设，可从通用器件板选取），红色信号灯L2亮，绿色L1灭，传送带驱动电动机M3运行；2秒后，电动机M2运行；再经过2秒钟M1运行，依次顺序起动送料系统。

电动机M3运行后，进料阀门K1即可打开料斗进料，（设1料斗物料足够装满1车）当料斗装满，检测开关S1=1时，要将进料阀门K1关闭；料斗出料阀门K2在M1运行及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。（编程注意当K2动作、装车开始后，K1=0即料不满属于正常动作，不必再进料，也不要停止装车）。

当装满汽车后，称重开关S2动作，料斗出料阀门K2关闭，同时电动机M3断电停止，2秒后M2停止，再过2秒M1停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。

设计要求:（1）根据自动送料装车系统的控制要求，设计PLC外部电路，；

（2）连接PLC外部（输入、输出）电路（配合通用器件板开关元器件），编写用户程序；

（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）得到正确的运行结果。

设计题目3 多种液体自动混合系统

控制要求:（1）液体自动混合系统的初始状态：

在初始状态，容器为空，电磁阀Y1，Y2，Y3，Y4 和搅拌机M以及加热元件R均为OFF，液面传感器L1，L2，L3和温度检测T均为OFF。

（2）液体混合操作过程：

按动启动按钮，电磁阀Y1闭合（Y1为ON），开始注入液体A，当液面高度达到L3时（L3为ON）→ 关闭电磁阀Y1（Y1为OFF），液体A停止注入，同时，开启电磁阀门Y2（Y2为ON）注入液体B , 当液面升至L2时（L2为ON）→ 关闭电磁阀Y2（Y2为OFF），液体B停止注入，同时，开启电磁阀Y3（Y3为ON），注入液体C，当液面升至L1时（L1为ON）→ 关闭电磁阀Y3（Y3为OFF），液体C停止注入，然后开启搅拌电动机M，搅拌10秒 → 停止搅拌，加热（启动电炉R）→ 当温度（检测器T动作）达到设定值时 → 停止加热（R为OFF），并放出混合液体（Y4为ON），至液体高度降为L3后，再经5秒延

时，液体可以全部放完 → 停止放出（Y4为OFF）。液体混合过程结束。

按动停止按钮，液体混合操作停止。

设计要求:（1）按液体混合要求，设计PLC外部电路;（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）得到正确的运行结果。

设计题目4 水塔水位自动控制系统

控制要求:（1）初始状态：水箱没有水，液位开关S4断开（S4为OFF）。

（2）控制要求：本装置上电后，按动启动按钮，电动阀Y通电（Y为ON）水箱开始注水，水箱水位达到S4高度后，液位开关S4闭合（S4为ON），水箱水位达到S3高度(水满)时，液位开关S3闭合（S3为ON）→ 注水电动阀Y断电（Y为OFF），水箱停止注水。此后，随着水塔水泵抽水过程的进行，水箱液面逐渐降低，液位开关S3（S3＝OFF）复位，随着抽水过程的继续进行，水箱液面继续降低，当液面低于开关S4时，液位开关S4复位（S4为OFF）→ 电动+阀Y再次通电（Y为ON）水箱(自动)注水，水位达到S3时再次停止注水。如此循环，使水箱水位保持在S3～S4之间。

当水箱水位高于S4液位，并且水塔水位低于水塔最低允许液面开关S2时（液位开关S2为OFF）→ 水泵电动机M开始运行，向水塔抽水。当液面达到最高液位开关S1时 → 水塔电机M停止抽水（M为OFF）；循环控制使得水塔水位自动保持在S1～S2之间变化。

设计要求:（1）按水塔水位的控制要求，设计PLC外部电路；（2）连接PLC外部（输入、输出）电路，编写用户程序；（3）输入、编辑、编译、下载、调试用户程序；（4）得到正确的运行结果。

设计题目5 十字路口交通灯控制系统（采用步进控制指令编程）

控制要求

(1)系统受一个启动按钮控制，按下启动按钮，信号灯系统开始工作，直到按下停止按钮，系统停止工作。

(2)系统启动后，南北红灯亮25秒，在此同时东西绿灯亮20秒，到20秒时东西绿灯开始闪亮，闪亮3秒后绿灯熄灭、东西黄灯亮，东西黄灯亮2秒后熄灭，然后东西红灯亮，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

(3)东西红灯亮30秒，在此同时南北绿灯亮25秒，到25秒时南北绿灯开始闪亮，闪亮3秒后熄灭、南北黄灯亮，南北黄灯亮2秒后熄灭，又回到南北红灯亮，东西红灯熄灭，东西绿灯亮的状态。

(4)两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为0.5秒。

(5)两个方向的信号灯，按上面的要求周而复始地进行工作。

参考接线图

设计题目6 机械手控制系统设计

三、实训参考

电气控制与可编程控制器

四、实训考核办法

1、爱护实验设备、遵守纪律、学习态度端正（20%）

2、各阶段程序任务完成情况（60%）

可编程控制器维修实践篇6

1. 交流电源型。检查接线端是否松脱及供电情况, 断定为PLC内部故障, 更换PLC部件。

2. 直流电源型。查接线端是否松脱及直流电源供电容量是否下降, 断定为PLC内部故障, 予以更换。

3. PLC内置的用于输入信号的直流电源长期使用容量下降。增设直流电源。

4. 有否受到磁场、噪声干扰。将PLC置于PROG (编程) 状态, 断电片刻再上电, 然后置于RUN (运行) 。

5. 用户程序出现失真、乱码。多是由于支持CPU的电池未及时更换或受到异常干扰, 需要清除旧程序输入新程序。

6. 运行方式由RUN自动跳至PROG。

首先是方式转换开关故障, 实践中, 多次将使用多年又已断货的PLC, 用短接法固定方式转换开关成为永久RUN状态, 可继续使用很长时间。若是CPU故障, 更换PLC。其次是数据出现超溢所致, 曾经遇到由于A (模拟) /D (数字) 单元自身故障, 将异常数据传至CPU而导致不能运行, 可更换A/D单元。

二、不能输出

1. 检查接线端子有无松脱。

实践中, 在安装端子台时, 电路板上一只歪斜的插头将端子台一个孔座内金属片顶移位变形, 该公共端子接触不良, 造成共用该端子的八只输出点均无信号输出。

2. 检查PLC外围执行元件。如中继、电磁铁线圈等。

3. 检查加在负载的电源是否合适。

4. 检查PLC内部输出电路有无异常。

如输出继电器、晶体管及线路板, 继电器故障可更换同型号元件;晶体管异常, 体型较大者可更换, 体积小或制造商故意不标示型号的, 则更换PLC部件。这类故障一般由负载工作电流异常造成, 必须查负载。实践中, 一台PLC是晶体管输出型, 拖动一只7W电磁铁工作。维修人员更换执行器时, 误将一只14W电磁铁接入, 击毁了输出晶体管。该晶体管尽管体型较大, 但无型号标示, 只好更换PLC部件。

三、不能输入

1. 检查接线端子有无松脱现象。

2. 检查PLC外围元件故障:如按钮、压力开关、接近开关等。

3. 检查输入的直流电源。电源长期使用造成容量降低, 可予更换或增设。

4. 检查PLC自身输入侧线路电阻有无异常, 实践中, 一

块16点输入的扩展机, 使用8年, 陆续更换电阻元件达16只, 实在无法更换才放弃修理。

四、输入/输出指示灯不亮

该现象有时是个别灯不亮, 有时是所有输入或输出不亮, 应分别对待。输入指示灯个别不亮, 用手持编程器的监控功能, 监视指示灯对应输入点, 该点临时接入工作电源, 判断是否输入正常。仅仅是指示灯不亮, 用手持编程器的强制ON/OFF功能, 强制不亮指示灯对应的输出点, 同时用万用表测输出端子通断, 判断是否仅仅指示灯不亮而输出正常;输入/输出个别指示灯不亮, 若不影响功能, 设备正常运行, 可作好标示不处理。所有的输入 (输出) 指示灯不亮, 同时不能输入 (输出) 信号, 多为PLC内部线路板故障, 更换PLC部件。

五、A/D、D/A转换故障

1. 检查接线端有无松脱或接线不正确。

2. 传感器故障。如热电偶、热电阻及各类变送器。

3. 连接扩展的电缆故障。

若断定PLC外围元件正常, 怀疑PLC部件异常, 采取更换部件法。日常要有备件方便随时换用。

六、按钮造成PLC故障假象

作为信号输入元件的按钮, 因自身故障而输入错误信号, 会造成PLC故障的假象。例如一台PLC同时控制左右两台相同结构机器, 程序设计为两台机器轮换运动。实践中, 右机一个常开按钮因卡死触头处于常闭, 导致左机认定右机处于运动状态 (其实右机已进入休眠阶段) 而拒绝运动。维修人员针对左机不运动而查找涉及左机的PLC及外围元件, 很久找不到故障原因。笔者通过对PLC所有明 (暗) 指示灯进行分析, 指出不该常亮的输入点, 更换按钮后故障消除。

七、模块型PLC

模块型PLC有电源、CPU、输入、输出、入/出混合、智能等单元, 用户依据需求设计组装而成。可根据其故障现象和判断, 采用更换某个单元的方法, 逐步缩小查找故障范围, 方便锁定故障点。日常应备齐各型号单元模块。

八、PLC升级换代

制造商每隔几年都会推出新产品淘汰旧品, 造成备件断供。作为PLC终端用户, 可及时与代理商沟通, 在断货之前合理储备, 了解升级换代信息, 提早准备升级换代方案。

九、关于手持编程器

制造商备有手持编程器待售, 价格约为笔记本电脑的1/5～1/4, 能满足一般现场维修需求, 适合现场调试、检查、监控、测试及少步序修改程序。实践中, 当维修人员对PLC外围元件排查结束仍未知故障点时, 手持编程器可从以下方面参与故障排查: (1) 程序总体检查。 (2) PLC自诊断, 依据诊断代码分析故障。 (3) 监控被怀疑输入点、输出点、内部计数器、内部计时器等。 (4) 测试点, 可强制PLC内部继电器、计时器、计数器为ON/OFF, 有助于判明输入/输出点故障。 (5) 修改程序, 一是为满足生产工艺而修改, 如改变数据寄存器的值, 改变输入、修改、插入、删除部分指令。其次是排除故障, 如某输入点出现无法修复故障时, 修改指令中操作单元号, 启用PLC上未利用输入点, 不用更换PLC部件就可快速投入生产。输出点的故障也可参照执行。建议设计阶段选择PLC型号时, 不论输入还是输出点, 均应预留3～5点, 为今后修理工作留有余地。

十、结束语

PLC的故障种类繁杂, 具有多样性、多源性及多变性。电气维修人员应在精通本工种作业的同时, 具备中级钳工知识, 在故障初期及早分辨是机械还是电气方面问题, 避免走弯路。

摘要：针对可编程控制器常见故障, 提出分析故障的思路、应对方法和预见性措施。

可编程控制器的发展趋势篇7

1 向微型化、专业化的方向发展

随着数字电路集成度的提高、元器件体积减小、质量提高,PLC结构更加紧凑,设计制造水平在不断进步。有些微型PLC的体积非常小,如三菱公司的FX0N,FX0S,FX2N系列PLC均为超小型PLC,与该公司的F1系列相比,其体积只有前者的1/3左右。

微型PLC的体积虽小,功能却很强,过去大中型PLC才有的功能如模拟量处理、通信、PID调节运算等等,均可以被移植到小型机上。如FX2N的基本指令执行速度高达0.08μs/步,有功能很强的128种298条功能指令,可以作16位或32位二进制运算,具有数据传送、比较、四则运算、转移、循环、子程序调用、多层嵌套主控等功能。FX2N为用户提供了大量的编程元件,如3000多点辅助继电器、1000点状态、256点定时器、200多点计数器、8点内附高速计数器、8000多点数据寄存器、128点跳步指针和15点中断指针。配上特殊扩展模块可实现模拟量控制、定位控制、温度控制、可编程凸轮控制和模拟量设定。FX系列PLC可以通过串行通信接口与PC和三菱公司的A系列PLC联网,FX系列PLC也可以组成RS-485通信网络。

2 向大型化、高速度、高性能方向发展

大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展,使之能与计算机组成集成控制系统,对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。大型PLC大多采用多CPU结构,如三菱的An A系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现PLC全部功能的32位微处理器,即顺序控制专用芯片,其扫描一条基本指令的时间为0.15μs。另外,松下公司的FP10SH系列PLC采用32位5级流水线RISC结构的CPU,可以同时处理5条指令,顺序指令的执行速度高达0.04μs/步,高级功能指令的执行速度也有很大的提高。在有2个通信接口、256个I/O点的情况下,FP10SH总的扫描时间为0.27~0.42ms,大大提高了处理的速度。在模拟量控制方面,除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块,某些PLC还具有模拟量模糊控制、自适应、参数自整定功能,使调试时间减少,控制精度提高。同时,用于监控、管理和编程的人机接口和图形工作站的功能日益加强。如西门子公司的TISTAR和PCS工作站使用的APT(应用开发工具)软件,它使用工业标准符号进行基于图形的组态设计。APT的程序检测和模拟功能减少了安装和开发需要的时间,APT根据用户确定的控制策略自动生成组态程序。可以认为这是控制设计领域的重大革新,是过程控制的CAD。TISTAR的命令均为组态方式,不需要任何编程工作,大大简化了控制系统的建立和调试工作。

3 编程语言日趋标准

与PC相比,PLC的硬件、软件体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面,各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用,各公司的总线、通信网络和通信协议一般也是专用的。编程语言虽然多用梯形图,但具体的指令系统和表达方式并不一致,因此各公司的PLC互不兼容。为解决此问题,国际电工委员会IEC1994年5月公布了PLC标准(IEC1131),其中的第三部分(IEC1131-3)是PLC的编程语言标准。标准中共有五种编程语言,顺序功能图(SFC)、梯形图、功能块图、指令表和结构文本。除了提供几种编程语言可供用户选择外,标准还允许编程者在同一程序中使用多种编程语言,这使编程者能够选择不同的语言来适应特殊的工作。几乎所有的PLC厂家都表示在将来完全支持IEC1131-3标准。

4 与其他工业控制产品更加融合

PLC与个人计算机(PC)、分布式控制系统(DCS,又称集散控制系统)和计算机数控(CNC)在功能和应用方面相互渗透,互相融合,使控制系统的性价比不断提高。在这种系统中,目前的趋势是采用开放式的应用平台,即网络、操作系统、监控及显示均采用国际标准或工业标准。

(1)PLC与PC的融合

PC的价格便宜,有很强的数据运算、处理和分析能力。目前PC主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端。

将PLC与工业控制计算机有机地结合在一起,形成了一种称之为IPLC(Integrated PLC,即集成可编程控制器)的新型控制PC的价格便宜,有很强的数据运算、处理和分析能力。目前PC主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端。

将PLC与工业控制计算机有机地结合在一起,形成了一种称之为IPLC(Integrated PLC,即集成可编程控制器)的新型控制装置,其典型代表是A-B公司与DEC公司联合开发的金字塔集成器(Pyramid Integrator)。它由A-B公司的大型PLC(PLC-5/250)和DEC公司的Micro VAX计算机组合而成,放在同一块VME总线底板上。可以认为IPLC是能运行DOS或Windows操作系统的PLC,也可以认为它是能用梯形图语言以实时方式控制I/O的计算机。

(2)PLC与DCS的融合

DCS(Distributed Control System)指的是集散控制系统,又叫分布式控制系统,主要用于石油、化工、电力、造纸等流程工业的过程控制。它是用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制装置,是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术竞相发展、互相渗透而产生的,既不同于分散的仪表控制技术,又不同于集中式计算机控制系统,而是吸收了两者的优点,在它们的基础上发展起来的一门技术。

集散控制系统具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装调试方便、运行安全可靠等特点。它由集中管理部分、分散控制监控部分和通信部分组成。集中管理部分又可以分为工程师站、操作员站和管理计算机。工程师站主要用于编程组态和维护,操作员站用来监视和操作,管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制。分散控制监测部分按功能可以分为控制站、监测站或现场控制站。通信部分主要由数据通道和各个站的通信模块组成,它连接系统的各个分布部分,完成数据、指令及其他信息的传递。集散控制系统的软件由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件组成,使用组态软件可以生成用户要求的应用程序。

PLC日益加速渗透到以多回路为主的分布式控制系统,这是因为PLC已经能够提供各种类型的多回路模拟量输入、输出和PID闭环控制功能,以及高速数据处理能力和高速数据通信联网功能。西门子公司的SIMATIC PCS是具有PLC功能的新型集散控制系统,该系统集电气控制、过程控制和系统管理于一身,把批量控制、连续控制、高速逻辑控制、高级运算以及管理集成于一体。其灵活的系统扩展性、基于UNIX操作系统和X-Windows的图形环境、开放的“客户/服务器”结构,使用户可以根据过程本身的特点,而不是根据控制设备的功能来选择控制方式。

(3)PLC与CNC的融合

计算机数控(CNC)已受到来自PLC的挑战,目前PLC已经用于控制各种金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯和其他需要位置控制和速度控制的场合。过去控制几个轴的内插补是PLC的薄弱环节,而现在已经有一些公司的PLC能实现这种功能。如三菱公司的A系列和An S系列大中型PLC均有单轴/双轴/三轴位置控制模块,集成了CNC功能的IPLC620可以完成8轴的插补运算。

5 与现场总线相结合

现场总线(Field Bus)是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量通信代替0~10m A或4~20m A现场电动仪表信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信为一体,可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表,接线简单,只需一根电缆,从主机开始,沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。

现场总线控制系统将DCS的控制站功能分散给现场控制设备,仅靠现场总线设备就可以实现自动控制的基本功能。例如将电动调节阀及其驱动电路、输出特性补偿、PID控制和运算、阀门自校验和自诊断功能集成在一起,再配上温度变送器就可以组成一个闭环温度控制系统。

PLC与现场总线相结合,可以组成价格便宜、功能强大的分布式控制系统。一些主要的PLC厂家将现场总线作为PLC控制系统中的底层网络,如Rockwell公司的PLC5系列PLC安装了Profibus(过程现场总线)协处理器模块后,能与其他厂家支持Profibus通信协议的设备,如传感器、执行器、变送器、驱动器、数控装置和PC通信。西门子公司的PLC也可以连接Profibus网络,如该公司的S7-215型CPU模块能提供Profibus-DP接口,传输速率可达12Mbit/s,可选双绞线或光纤电缆,连接127个节点,传输距离为9.6km(双绞线)/23.8km(光纤电缆)。Schneider公司的Modicon TSX Quantum控制系统的Lon Works模块可用于实时性要求不高的场合,如楼宇自动化控制。

6 通信联网能力增强

PLC的通信联网功能使PLC与PC之间以及与其他智能控制设备之间可以交换数字信息,形成一个统一的整体,实现分散控制和集中管理。PLC通过双绞线、同轴电缆或光纤联网,信息可以传送到几十千米远的地方。

浅谈可编程控制器的原理及控制篇8

关键词：可编程控制器,原理,发展

引言.

可编程控制器(Programmable Controller)是20世纪60年代末首先在美国出现的,称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,目的是用来取代继电器控制盘,具有逻辑判断、定时、计数等顺序功能。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。

1PLC的由来及定义

60年代,大规模生产线的控制电路大多是由继电器控制构成的,这种控制装置可靠性低、体积大、耗电多,改变生产程序则更为困难。为了改变这种状况,提高生产效益,1968年,美国通用汽车公司对外公开招标,想用新的控制装置(即PLC)取代继电控制盘,并对新型控制器提出了如下要求:

1.1编程方便,现场可修改程序;

1.2维修方便,采用插件式结构;

1.3可靠性高于继电器控制装置;

1.4体积小于继电器控制装置;

15数据可直接送入管理计算机;

1.6成本可与继电器控制装置竞争;

1.7输入可为市电;

1.8输出可为市电,要求2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;

1.9在扩展时,原系统只要很小变更;

1.10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。根据上述指标,1969年美国DEC公司制成了第一台可编程控制器,投入通用汽车公司的汽车生产线控制中,取得令人满意的效果,由此开创了可编程控制器的新纪元。这种新型的工业控制装置以其简单易懂,操作方便,可靠性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。同时也受到世界其他国家的高度重视。1971年日本从美国引进这项新技术,很快研制出日本第一台PLC。1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义:“PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”由此可见,可编程控制器是“数字运算的电子系统”,属于“专为工业环境下应用而设计”的工业控制计算机产品。

2 PLC的主要特点

2.1可靠性高,抗干扰能力强

PLC是专为工业控制而设计的,在硬件方面采用了电磁屏蔽、光电隔离、模拟量和数滤波、优化电源电路等措施,并对元件进行严格的筛选;在软件方面则采取了警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施,利用后备电池对程序和动态数据进行保护。因此,PLC具有其它工业控制设备无可比拟的高可靠性,其平均无故障时间达到(3～5)×104h。

2.2编程方便,使用简单

PLC使用简单,一般情况下不需要考虑接口问题,只需用螺丝刀就可以完成全部接线工作。PLC可以采用一种面向控制过程的梯形图语言,它与继电器原理图非常接近,易学易懂,电气工人可以在短时间内学会。因此,世界上许多国家的可编程控制器生产公司都将梯形图语言作为第一用户语言。

23功能完善,应用灵活

PLC的基本功能包括数字和模拟量输入/输出、算术和逻辑运算、定时、计数、移位、比较、代码转换等,其扩展功能有批数据传送、排序查表、中断控制、函数运算、通信联网、PID闭环控制、监控报警等,可组成功能完善的控制系统。

2.4模块化结构

为适应各种工业控制需要,除单元式的小型PLC外,绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件,包括CPU,电源,1/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户需要自行组合。

3 PLC的基本组成

PLC实质是一种用于工业控制的计算机,其硬件结构与微型计算机基本相同,如图所示:

3.1 中央处理单元(CPU)

中央处理单元(CPU是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。

3.2存储器

存储器用于存放程序和数据。PLC配有系统存储器和用户存储器,前者用于存放系统的各种管理监控程序,一般由EPROM构成;后者用于存放用户编辑的程序,一般由CMOSRAM构成。采用锂电池作为后备电源,停电后RAM中的数据可以保存1～5年。

3.3电源

PLC的供电电源一般是市电,有的也用电源24V供电。PLC对电源稳定性要求不高,一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

3.4软件

PLC的软件分为监控程序和用户程序,前者包含系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用三大部分,其功能的强弱直接决定着一台PLC的性能;后者则是使用者编辑的,用于实现对具体生产过程的控制。它可以是梯形图、指令表、高级语言、汇编语言等。

4 PLC的工作原理

PLC不像计算机那样只要顺序执行程序就可以完成控制任务,而是采用循环扫描的工作方式,即执行完一次用户程序后,又返回去执行第二次、第三次……直至停机。PLC的工作过程分为3个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。在每一个扫描周期内,PLC将定时采集现场的全部有关信息存放在输入映像区,通过执行用户程序取出,再由输出映像区去输出改变一个控制方法后集中输出,进而改变被控对象的状态。

4.1输入采样阶段

在本阶段,PLC以扫描方式读入输入端的状态并存入输入映像区的相应寄存器中,接着进入程序执行阶段。在非输入采样阶段,无论输入状态如何变化,输入映像寄存器的内容都保持不变,直到进入下一个扫描周期的输入采样阶段,PLC才会将输入端的状态读入输入映像寄存器中。

4.2程序执行阶段

在程序执行阶段,根据梯形图程序先左后右、先上后下的扫描原则,PLC顺序扫描用户程序,遇到跳转指令,则根据转移条件决定程序的走向。若指令中的元件为输出元件,则使用当时输出映像寄存器中的状态值进行运算。若程序的结果为输出元件,则将运算结果写入输出映像寄存器。输出映像寄存器中的每一个元件会随着程序执行的进程而变化。

4.3输出刷新阶段

在程序执行完毕后,输出映像寄存器中的继电器的通断状态传送至输出锁存器,形成PLC的实际输出,驱动相应外设。

5可编程控制器的发展

随着数字控制技术、微型计算机技术及微电子技术的飞速发展和日益成熟,PLC应用领域在不断扩大,本身也在不断发展,表现为功能越来越强,性能越来越可靠,速度越来越快,集成度越来越高,使用越来越方便。其发展方向为:向小型化方向发展;向高速度、大容量和智能化方向发展;向网络化方向发展;编程工具与编程语言的多样化、高级化、标准化;发展容错技术和故障诊断等。

参考文献

可编程控制器的原理与应用篇9

工业生产一般对控制设备的可靠性提出很高的要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣环境中可靠的工作。平均无故障率高，故障修复时间短。这是PC控制优先微机控制的一大特点。PC控制系统的故障通常有两种，一种是偶发性故障，即由于外界恶劣环境所致。如:电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压等引起的故障。这类故障只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统随之恢复正常。另一类是由于元器件不可恢复的损坏引起的故障，称为永久性故障。PC设计中从硬件和软件两方面采取措施，防止以上两方面故障的发生，以提高其可靠性。

1. 硬件措施

(1) 屏蔽。对电源变压器、PCU编程器主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

(2) 滤波。对供电系统及I/O线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除高频干扰和削弱各种模块之间的相互影响。

(3) 电源的调整与保护。对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压影响。

(4) 隔离。在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离有效地隔离输入/输出间电的联系，减少故障和误动作的可能性。

(5) 连锁。所有输出模块都受开门信号控制，而这个信号只有在规定的各种条件都满足时才有效，这样就有效地防止了产生不正常输出的可能性。

(6) 采用模块式结构。这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换使系统恢复正常工作，同时也有助于加快查找故障的速度。

(7) 设置环境检测和诊断电路。这部分电路与软件配合后，可以实现灵活保护与故障指示等功能。

2. 软件措施

(1) 故障检测。软件定期地检测外界环境，对诸如掉电、强干扰信号等情况能及时进行处理。

(2) 信息保护与恢复。对偶发故障只要故障条件出现时，不破坏PC内部信息，一旦故障条件消失就可恢复正常，可继续原来工作。所以PC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储器内容被破坏。一旦检测到外界干扰消失，便恢复到故障发生前的状态继续原来的处理。用程序驱动的故障指示，诊断的方法是经常执行一段程序，使硬件产生一些规定的信号，用这些信号来指示CPU处于正常状态，若CPU发生故障，这些规定信号自然不会出现，从而指出CPU的故障状态。

(3) 编程简单，使用方便。这是PC优于微机的另一个特点。目前大多数PC均采用继电 (器) 控制形式的“梯形图编程方式”，既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工矿企事业电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受因而很受欢迎。这种面向生产编程方式与目前微机控制生产对象中常用的汇编语言相比，更容易被操作人员所接受。虽然由于在PC内部增加了解释程序，从而增加了执行程序的时间，但对大多数的机电控制设备来说是微不足道的。PC是为车间操作人员而设计，一般只要提供为期五六天的训练课程便能掌握并学会编程和使用。而微电脑则要求具有一定的计算机知识的办公人员操作。当然PC的功能开发，需要有软件专家来帮助和指导。

(4) 具备高灵活性及很强的信息处理能力和多能。原先PC开发的目的是为了替代当时广泛应用的可靠性和灵活性较差的硬接线继电器控制系统，由于微电子技术的发展和应用，使PC产品在许多方面更快的前进了，不仅提高了可靠性、灵活性，而且增强了信息处理能力和其他功能。例如:采用了PCRT显示和常规打字机键盘，实现现场输入或修改指令，增强了人机通讯能力。加强了数据处理能力同计算机的通讯能力，使之可以与控制生产活动的整个计算机系统连成一体。增强了四则运算功能及更为复杂的指令系统，使之能同提供数据的仪表设备一起工作，计算处理测到的数据，采用大容量存储器使PC增加许多新功能，如刀具精确定位控制、速度控制、阀门位置控制等等。

(5) 体积小、重量轻。以中档的F-40MR为例，主机尺寸仅为225mm×80mm×100mm，重量为1.5公斤，是传统的继电器逻辑柜无法相比的，可以方便地应用于各类机床或自动生产线的自动控制现场。

(6) 扩充方便，组合灵活。PC产品一般都具有各种扩充单元，可以方便地组成适应不同工业控制需要的不同输入/输出点数的系统。

(7) PC是实现“机电一体化”的重要手段和发展方向。由于PC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备的内部，因而成为实现“机电一体化”较理想的控制设备。

由于PC具备了以上特点，而把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合在一起，最新发展的PC产品还把DDC (直接数字控制) 技术加进去，并具有与监控计算机联网的功能。因而它的应用几乎覆盖了所有工业企业及事业、机关等部门。既能改进传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。

二、PC的应用与发展

我国PC技术的应用与发展，起步较国外晚四至五年。始于1973年，国内先后有十家工厂和研究所研制过各种类型的程序控制器，也组织过型谱讨论和联合设计活动，但处于初级阶段，成批生产的也都是一些简易型顺序控制器。当时所研制的PC技术水平相当于国外第一代水平，电路组成、编程方式都还留有小型计算机简化压缩痕迹。近年来开始引进了一些国外的PC产品，主要有美国通用电气公司的GE系列，哥德公司的M系列，西门子公司的S系列，日本三菱公司的F系列，K系列等等。国内各行各业中采用PC技术在提高产品质量、生产效率和改善管理控制等方面已取得初步成功，推动了PC的进一步发展。目前国内PC技术的应用大部分还是引进国外产品，从国内的PC产品来看，无论在生产性能、质量、产值和销售额等方面，都要落后国外十几年。其主要原因:一是人们对PC的认识、了解、重视不足;二是与传统控制方式相比，价格昂贵;三是缺少软件支撑系统。

近年来国内广大科技人员在引进国外技术的基础上，为加快PC产品的国产化做了大量工作并已取得了可喜的成果。例如上海起重电器厂已经研制出CF-40MR型国产PC产品，其性能指标已达到国外同类产品水平，而产品价格却比同类引进产品低。为了加速PC的开发和应用，必须加快PC国产化步伐，要进一步宣传推广PC应用技术，培养专业人才。

三、可编程序控制器的基本原理

PC的基本控制原理。任何一种继电器控制系统都是由三个基本部分组成，即输入部分、逻辑部分和输出部分。其中输入部分是指各类按钮、开关等主令电器，逻辑部分是由各种继电器及触电组成的实现一定逻辑功能的控制线路，而输出部分则是包括各种电磁阀线圈，接通电动机的各种接触器，信号指示灯等执行电器。

系统的控制过程是根据操纵台上的操作指令来执行的。通过按下按钮、扳动开关或来自被控制对象上的各种开关信息，如限位开关、光电管信号去动作逻辑电路。它是一种按被控制对象实际需要的动作要求而设计，并由许多继电器按某种固定方式接好的控制线路。程序固定在线路中不能灵活变更，则由逻辑电路动作结果去驱动电路，执行电器和继电器系统类似，PC也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。

各部分的主要作用是:

(1) 输入部分是收集并保存被控制对象实际运行的数据和信息。

(2) 逻辑部分是处理输入部分所取得的信息并判断哪些功能需做输出。

(3) 输出部分是提供正在被控制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。

其中输入部分基本上仍与继电器控制系统相同，但为了将不同的电压或电流形成的信号源转换成微处理器所能接收的低电平信号，需要加入变换器。同时若将微处理器控制的低电平信号输出，输出部分也需要加变换器。

PC采用由大规模集成电路构成的微处理和存储器来组成逻辑部分。对于大型PC还具有数值运算、过程控制等各种复杂功能，因而这一部分的组成、工作原理、运行方式与继电器控制系统是截然不同的。通过编程可以灵活地改变其控制程序，相当于改变了继电器控制的硬接线线路，这就是所谓的“T编程序”。程序由编程器送入处理器中的存储器，也可以方便地读出、检查与修改。

由于PC是专为工业控制需要而设计，因而对于使用者来说，编程时完全可以不考虑微处理器内部的复杂结构，也不必使用各种计算机使用的语言，而是把PC内部看成由许多“软继电器”组成，给使用者提供一种按设计继电器控制线路方式的编程方法，更突出了计算机可编程序的优点，而且即使对计算机不太了解的电气技术人员也能得心应手地使用PC，从而使操作者和广大用户所接受。PC的输出部分也与继电器控制系统类似，程序执行结果提供一系列需要的输出信号，直接按要求的方式工作去控制执行元件。用于顺序控制、条件控制、定时计数控制、单脉冲控制等场合。

参考文献

[1]方承远, 王炳勋.电气控制原理与设计[M].银川:宁夏人民出版社, 1989:221-256.

可编程控制器的应用与发展篇10

1 可编程控制器的定义

可编程控制器, 简称PLC (Programmable logic Controller) , 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会 (International Electrical Committee) 颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计。”

2 PLC的特点

2.1 可靠性高, 抗干扰能力强。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术, 采用严格的生产工艺制造, 内部电路采取了先进的抗干扰技术, 具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说, 使用PLC构成控制系统, 和同等规模的继电接触器系统相比, 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一, 故障也就大大降低。此外, PLC带有硬件故障自我检测功能, 出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中, 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序, 使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样, 整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.2 配套齐全, 功能完善, 适用性强。

PLC发展到今天, 已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外, 现代PLC大多具有完善的数据运算能力, 可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现, 使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展, 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

2.3 易学易用, 深受工程技术人员欢迎。

PLC作为通用工业控制计算机, 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易, 编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近, 只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

2.4 系统的设计、建造工作量小, 维护方便, 容易改造。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑, 大大减少了控制设备外部的接线, 使控制系统设计及建造的周期大为缩短, 同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

2.5 体积小, 重量轻, 能耗低。

以超小型PLC为例, 新近出产的品种底部尺寸小于100mm, 重量小于150g, 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部, 是实现机电一体化的理想控制设备。

3 PLC的应用领域

目前, PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业, 使用情况大致可归纳为如下几类。

3.1 开关量的逻辑控制。

这是PLC最基本、最广泛的应用领域, 它取代传统的继电器电路, 实现逻辑控制、顺序控制, 既可用于单台设备的控制, 也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

3.2 模拟量控制。

在工业生产过程当中, 有许多连续变化的量, 如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量, 必须实现模拟量 (Analog) 和数字量 (Digital) 之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块, 使可编程控制器用于模拟量控制。

3.3 运动控制。

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说, 早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构, 现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能, 广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

3.4 过程控制。

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机, PLC能编制各种各样的控制算法程序, 完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块, 目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3.5 数据处理。

现代PLC具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算) 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能, 可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较, 完成一定的控制操作, 也可以利用通信功能传送到别的智能装置, 或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统, 如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统, 如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

3.6 通信及联网。

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展, 工厂自动化网络发展得很快, 各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能, 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口, 通信非常方便。

4 PLC的国内外状况

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司 (DEC) 研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平, 早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成, 可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器, 使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能, 完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用, 可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言, 并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期, 可编程控制器进入实用化发展阶段, 计算机技术已全面引入可编程控制器中, 使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初, 可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多, 产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

5 PLC未来展望

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