陳學(xué)釗

（江門市新會(huì)機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東江門，529141)

1 PLC的基本組成和工作原理

1.1 PLC的基本組成

PLC，全稱可編程邏輯控制器，其發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)間，早期繼電器的出現(xiàn)，意味著開(kāi)始有了PLC的雛形，現(xiàn)在，功能強(qiáng)大的PLC基本形成，并有了固定的組成結(jié)構(gòu)。PLC與微處理器十分相像，主要由電源，中央處理器，輸入輸出接口和存儲(chǔ)單元構(gòu)成。電源主要為PLC的運(yùn)行提高電力保障，PLC的上電處理是PLC正常運(yùn)行的第一步，主要包括PLC內(nèi)部的硬件系統(tǒng)恢復(fù)默認(rèn)值，檢查輸入輸出接口的工作模式和其它一些需要還原為默認(rèn)值的處理。中央處理器相當(dāng)于整個(gè)PLC的大腦，PLC輸入接口將外界輸入信號(hào)發(fā)送給中央處理器，由中央處理器處理后，再通過(guò)輸出接口單元輸出確定的值以控制相應(yīng)的裝置。PLC的輸入輸出接口主要實(shí)現(xiàn)PLC與外界之間的通訊，輸入接口將外界信號(hào)采集并傳送給中央處理器處理，經(jīng)處理后，中央處理器會(huì)發(fā)出一定的控制信號(hào)，此時(shí)再由輸出接口單元輸出。存儲(chǔ)單元主要是存儲(chǔ)PLC內(nèi)部的系統(tǒng)軟件，包括故障復(fù)位系統(tǒng)，開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)系統(tǒng)等，同時(shí)還用來(lái)存儲(chǔ)待中央處理器處理的數(shù)據(jù)和處理后待輸出的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代的PLC功能強(qiáng)大，還有網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，為PLC提供網(wǎng)絡(luò)接口，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。

1.2 PLC的工作原理

PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。當(dāng)PLC上電工作后，內(nèi)部程序進(jìn)行硬件接口的復(fù)位和軟件的自啟動(dòng)工作，CPU根據(jù)操作員的程序指令，按照地址號(hào)做周期性的掃描。一次完整的掃描過(guò)程包括輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出更新階段。

輸入采樣階段時(shí)，PLC以一定順序掃描所有的輸入接口數(shù)據(jù)和輸入鎖存器中輸入端子的通斷狀態(tài)，并將掃描到的數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器中，此時(shí)輸入端子關(guān)閉其輸入功能，與外界保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，不再接收外界的數(shù)據(jù)，隨即開(kāi)始程序執(zhí)行階段。

在程序執(zhí)行階段，程序以從左到右，從上到下的順序執(zhí)行，PLC中央處理器計(jì)算和分析前一時(shí)刻輸入的數(shù)據(jù)，并將它們存儲(chǔ)在寄存器中，等待輸出。

在輸出更新階段，PLC執(zhí)行完全部的指令后，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)存儲(chǔ)到輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式將CPU的輸出控制信號(hào)輸出，用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

2 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 通用性強(qiáng)

PLC控制器之所以能在工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛應(yīng)用，就是因?yàn)槠錁O強(qiáng)的通用性。PLC可根據(jù)不同的控制需要，提供不同的控制解決方案?，F(xiàn)階段工業(yè)控制的四大參數(shù)，溫度、壓力、流量和液位，都可以用PLC編程實(shí)現(xiàn)控制，其控制系統(tǒng)的構(gòu)成也正是基于PLC作為中央控制器。同時(shí)，PLC對(duì)于不同的編程開(kāi)發(fā)人員，提供了不同的模塊化結(jié)構(gòu)，程序員只需要調(diào)用相應(yīng)的模塊，就可以完成控制任務(wù)。

2.2 可靠性和安全性高

PLC的出現(xiàn)在很大程度上解放了人力，有些工業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不再需要人力的參與，只需要為PLC提供相應(yīng)的傳感器，將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)傳輸?shù)絇LC的中央處理器，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算再輸出，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)參數(shù)的控制。這樣的工作模式，降低了人為因素造成的誤差和干擾，有利于提高控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。PLC的基本輸入輸出都是開(kāi)關(guān)量，輸入和輸出單元采用的是光耦合元件，可以降低外界因素對(duì)輸入和輸出模塊的干擾。

2.3 PLC控制靈活方便

PLC作為一種高性能的處理器，其體積小，集成度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠充分取代原控制系統(tǒng)中繁雜的硬件電路和連線，對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化起著十分重要的作用。PLC技術(shù)十分適合于應(yīng)用在自動(dòng)生產(chǎn)的流水線作業(yè)中，其靈活多變的控制方式，可以確保生產(chǎn)線更新?lián)Q代時(shí)，不需要進(jìn)行大規(guī)模的維護(hù)和安裝，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境給予了充分的考慮，只需要將PLC拆卸下來(lái)，換上新的處理器即可。

3 PLC的硬件設(shè)計(jì)

3.1 輸入電路設(shè)計(jì)

PLC的電源是維持PLC正常工作的能量來(lái)源，現(xiàn)代PLC對(duì)供電電源的適應(yīng)范圍較寬，一般為交流85—240V，為了減少電源浮動(dòng)對(duì)PLC正常工作的影響，需要在輸入電路中加裝電源凈化元件，增強(qiáng)電源的抗干擾性。PLC輸入電路中的電源帶負(fù)載時(shí)要注意容量，一般應(yīng)采用直流24V。在PLC工作時(shí)，要避免因輸入端短路對(duì)其造成的損害，所以，在輸入電路中加裝防止短路裝置也是十分重要的?？稍谳斎腚娐返闹芳友b短路保險(xiǎn)絲，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，及時(shí)有效的保護(hù)PLC整體不受損害。

3.2 輸出電路設(shè)計(jì)

PLC系統(tǒng)的輸出單元，需要就PLC的基本元件進(jìn)行配置。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)各個(gè)動(dòng)力頭的主軸電機(jī)控制，需要對(duì)相應(yīng)的接觸器進(jìn)行配置；為了顯示各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，需要就狀態(tài)指示的元件進(jìn)行配置；為了實(shí)現(xiàn)指示控制系統(tǒng)的各部件的運(yùn)行情況和運(yùn)行進(jìn)程，需要就各種指示燈進(jìn)行配置；為了對(duì)系統(tǒng)狀況進(jìn)行指示和預(yù)警，需要對(duì)故障信號(hào)指示元件進(jìn)行配置；為了及時(shí)報(bào)警故障，需要就電鈴和蜂鳴器等進(jìn)行配置。

4 PLC的軟件設(shè)計(jì)

PLC設(shè)計(jì)中，最常用的語(yǔ)言為梯形圖。梯形圖編程語(yǔ)言主要是其結(jié)構(gòu)類似于梯形，具有形象，簡(jiǎn)單，直觀的特點(diǎn)。梯形圖的左右母線類似于繼電器的電源線，輸出線圈作為負(fù)載，輸入觸點(diǎn)作為按鍵，梯形圖的程序從上而下依次排列。目前，PLC的梯形圖設(shè)計(jì)方法主要為經(jīng)驗(yàn)法，經(jīng)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)思路主要是以繼電線圈的“自鎖”、“聯(lián)鎖”、“互鎖”為依據(jù)，按照傳統(tǒng)的繼電器和接觸器的電路圖，以現(xiàn)在的梯形圖作為編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、線圈等的控制。經(jīng)驗(yàn)法有很大的隨機(jī)性，主要依據(jù)設(shè)計(jì)人的編程習(xí)慣不同而不同，同一種實(shí)現(xiàn)算法，也可能會(huì)出現(xiàn)兩種截然不同的梯形語(yǔ)言。

5 PLC在實(shí)際自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用-以PLC在飲料罐裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用為例

飲料灌裝生產(chǎn)線的設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，PLC可以進(jìn)行上電操作，并調(diào)整到自動(dòng)運(yùn)行模式，PLC通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)飲料罐的傳送速度，當(dāng)有傳感器檢測(cè)到一個(gè)空瓶子時(shí)，PLC首先對(duì)瓶子定位，準(zhǔn)確找到瓶子口的位置，然后需要調(diào)用延時(shí)程序，對(duì)灌裝的時(shí)間進(jìn)行控制，調(diào)用延時(shí)程序的同時(shí)，還需要控制飲料注入罐內(nèi)的速度，通過(guò)不斷的調(diào)試，使飲料注入速度和延時(shí)時(shí)間相協(xié)調(diào)，并實(shí)現(xiàn)最快的灌裝速度，提高運(yùn)行效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制器的出現(xiàn)，將工業(yè)自動(dòng)化的水平推向了一個(gè)全新的高度。PLC簡(jiǎn)化了工業(yè)生產(chǎn)線的控制過(guò)程，并極大的提高了控制的精度和效率。在PLC沒(méi)有問(wèn)世之前，控制主要是通過(guò)硬件電路，許多復(fù)雜的控制方式需要極其大量的硬件元器件，這給整個(gè)生產(chǎn)線的管理造成了很大的困難，PLC技術(shù)有效的解決了這樣的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)PLC的不斷研發(fā)和創(chuàng)新，我們有理由相信，工業(yè)自動(dòng)化必將進(jìn)行更深層次的變革。

[1]劉祥祥.PLC柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（32）

[2]李慧茹.探討PLC技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2014（15）