基于plc的四路搶答器的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 V； 7) 輸出驅動能力在 AC115V/2A 以上； 8) 硬件維護方便，最好采即 “插接式”結構； 9) 擴展時，只需要對原系統進行很小的改動； 10) 用戶存儲器容量 至少可以擴展到 4KB。 包頭鋼鐵職業技術學院畢業實踐任務書 6 根據以上要求，美國數字設備公司 (DEC 公司 )在 1969 年首先研制比了全世界第一臺可編程序控制器，并稱之為“可編程序邏輯制器”〔 Programmable Logic Controller，簡稱 PLC)。試樣機在 GM 公司的應用獲得了成功。此后， PLC 得到了快速發展，并被廣泛用于各種開義量邏輯運算與處理的場合。 早期 PLC的硬件主要由分立元件與小規模集成電路構成，它雖然采用了計算機技術，但指令系統、軟件與功能相對較簡單，一般只能進行邏輯運算的處理，同時通過簡化計算機的內部結構與改進可靠性等 措施，使之能與工業環境相適應。 正因為如此，在 20 世紀 70 年代初期曾經出現過一些出二極管矩陣、集成電路等器件組成的所謂“順序控制器”； 20 世紀 70 年末期曾經出現過以 MCl4500 工業控制單元(Industrial control unit，簡稱 ICU)為核心．出 8 通道數據選擇器〔 MCl4512)、指令計數器 (MCl4516)、 8 位可尋址雙 向鎖存器 (MCl4599)、存儲器 (2732)等組成的“可編程序控制器”等產品。這些產品與 PLC 相比，雖然具有一定的價格優勢，但最終還是因可靠性、功能等多方面的原因，未能得 到 進 一步的推廣與發展；而 PLC 則隨著微處理器價格的全面下降，最終以其優良的性能價格比，得到了迅速發展，并最終成為了當代工業自動控制技術的重要支 柱 枝術之一。 ． PLC的定義 PLC 技術一經出現，立即引起了全世界的廣泛關注， 1969 年首先將其進行商品化并推向市場的是美國 GOULD 公司 ； 1971 年，在引進美國技術后，日木研制出了自己的第一臺 PLC； l973 年，德國 SIEMENS 公司也研制出了歐洲第一臺 PLC； 1974 年，法國隨之也研制出了 PLC。 到了 20 世紀 70 年 代中期， PLC 開始采用微處理器。 PLC 的功能也 從 最初的邏輯運算拓展到具 有數據處理功能，并得到了更為廣泛的應用。由于 當時的 PLC 功能已經不再局限于邏輯 處理的范疇，為此， PLC 也隨之改稱為可編程序控制器 (Programmable Controller，簡稱 PC)。 1980 年，美國電氣制造商協會 (National Electronic Manufacture Association，簡稱 NEMA)對可編程序控制器進行了如下定義： “可編程序控制器是一種帶有指令存儲器，數字或模擬輸入 /輸出 接口；以位運算為主；能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功 能；面向機器或生產過程的自動控制裝置”。 并 將其統 一 命名為 Programmable Controller (PC)。 PLC的基本結構 包頭鋼鐵職業技術學院畢業實踐任務書 7 PLC 實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，如 圖 所示： 圖 PLC硬件結構 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據：檢查電源、存儲器、 I/O 以 及警戒定時 器的狀態，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場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 I/O 映象區，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定執行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將 I/O 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行 。 為了進一步提高 PLC 的可靠性， 靈活性， 近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統，或采用三 CPU 的表決式系 統。這樣，即使某個 CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。 存儲器 （ Memory） 可編程控制器的控制中樞，在系統監控下工作，承擔著將外部輸入的信號的狀態寫入映像寄存器區域，然后將結果送到輸出映像寄存器區域。 CPU 常用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。小型 PLC 的 CPU 多采用單片機或專用的 CPU。大型 PLC 的 CPU 多用位片式結構，具有高速數據處理能力。 基本 I/O 接口電路 （ 1）輸入接口單元。 PLC 內部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開關、按鈕、包頭鋼鐵職業技術學院畢業實踐任務書 8 傳感器等）提供的、符合 PLC 輸 入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至 PLC 內部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應時間一般在~15ms 之間。多數 PLC 的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。 （ 2）輸出接口單元。 PLC 輸出電路用來將 CPU 運算的結果變換成一定形式的功率輸出，驅動被控 負載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。 PLC 輸出電路結構形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。 接口電路 PLC 接口電路分為 I/O 擴展接口電路和外設通信接口電路兩類 （ 1） I/O 擴接口電路 I/O 擴展接口電路用連接 I/O 擴展單元，可以用來擴充開關量 I/O 點數和增加模擬量的 I/O 端子。 I/O 擴展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。 根據被控制對象對 PLC 控制系統的技術和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設備，據此確定 PLC 的 I/O 點數。 （ 2） 外設通信接口電路 通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成 PLC的控制網絡。 PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485 接口和電纜與計算機連接，可以實現編程、監控、聯網等功能。 電源 PLC 內部配 有一個專用開關式穩壓電源，將交流 /直流供電電源轉化為 PLC 內部電源需要 的 工作 電源 （ 5V 直流）。當輸入端子為非干接點結構時，為外部輸入元件提供 24V直流電源（僅供輸入點使用）。 PLC的特點 軟硬件功能強 使用維護方便 運行穩定可靠 組織靈活 PLC的發展趨勢 從當前產品來看， PLC 的發展仍然主要體現在提及的縮小與性能的提高兩大方面。 包頭鋼鐵職業技術學院畢業實踐任務書 9 1．向高速度、大容量方向發展 2．向超大型、超小型兩個方向發展 3． PLC 大力開發智能模塊，加強聯網通信能力 4．增強外部故障的檢 測與處理能力 5．編程語言多樣化 PLC 工作原理 循環掃描的特點 輸入映像寄存器的內容是由設備驅動的，在程序執行過程中的一個周期內輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執行。 掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執行是可控的。 對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執行結果。 各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是 PLC 的主要缺點。 在讀輸入階段， CPU 對各個輸入端子進行掃描， 通過輸入電路將各輸入點的狀態鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執行階段， CPU 按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態執行用戶程序，同時將執行結果寫入輸出映象寄存器。 PLC 中的存儲器 PLC 中的存儲器按用途分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數據存儲器。 用戶程序存儲器用來存儲根據控制要求而編制的用戶應用程序。 用來存儲工作數據的區域稱為工作數據區。 系統程序存儲器