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近几年来PLC新兴的应用领域

(1) 近年来，和利时矿用PLC产品的不断推陈出新，以其可靠性、高性能等优势得到了用户的广泛认可。和利时矿用PLC产品大量应用于低压馈电开关、高压配电装置、组合开关、负荷中心等产品，正逐步替代单片机保护器和普通PLC类产品，装备和利时矿用PLC开始成为一些矿用设备公司产品的卖点和优势。

 

(2) 利用PLC来开发新型的集热式太阳能热水器，可以克服传统的太阳能热水器存在受气候影响大、水温不稳定等缺陷，还可以对多个用户集中供水。采用西门子S7-200 系列PLC 进行控制操作，配合相应的温度、液位和流量传感器及PLC的模拟量输入扩展实现对集热式太阳能热水器中水温、水位和流量的控制。同时，PLC与西门子文本显示器T D400 集成，实现人机交互界面，对集热式热水器内部的水温和水位进行实时在线显示和设置。

 

(3) 随着科技的发展和社会的进步，自动门在日常生活中也得到了广泛的应用。过去的自动门系统一般采用逻辑控制模块控制，因故障率高、可靠性低、维修不方便等原因而逐步被淘汰。在自动门控制系统中选用三菱PLC作为控制器，以一个发射的超声开关和一个接收的光电开关作为此系统的输入设备，两套不同的传感器输入控制信号给PLC，利用PLC对系统的编码表、I/O分配表和自动门的动作过程等实施控制，从而实现控制门的开放或关闭( 上升或下降) 。

 

其他还有很多新应用领域如：物联网，市政，新能源发电，智能楼宇电量采集，医疗系统配电电源等，就不一一列举了。

SIEMENS公司的PLC网络的结构原理和特点介绍

西门子PLC的网络是适合不同的控制需要制定的，也为各个网络层次之间提供了互连模块或装置，利用它们可以设计出满足各种应用需求的控制管理网络。西门子S7系列PLC网络采用3级总线复合型结构，最底一级为远程I/O链路，负责与现场设备通信，在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制。中间一级为Profibus现场总线或主从式多点链路。前者是一种新型现场总线，可承担现场、控制、监控三级的通信，采用令牌方式与主从轮询相结合的存取控制方式；后者为一种主从式总线，采月主从轮询式通信。最高一层为工业以太网，它负责传送生产管理信息。在工业以太网通信协议的下层中配置以802.3为核心的以太网协议，在上层向用户提供TF接口，实现AP协议与MMS协议。   图1  SIEMENS公司的PLC网络

PLC的工作的三个基本过程内容

  PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
      1．输入处理
      输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
        2．程序执行
        根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 
       3．输出处理 
      程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成。可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的汽车制造公司通用汽车公司(GM)提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：

（1）编程简单，可在现场修改程序；

（2）维护方便，最好是插件式；

（3）可靠性高于继电器控制柜；

（4）体积小于继电器控制柜；

（5）可将数据直接送入管理计算机；
  （6）在成本上可与继电器控制柜竞争；

（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）；

（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；

（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更；

（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

条件提出后，立即引起了开发热潮。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。紧接着，美国MODICON公司也开发出同名的控制器，1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1  Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

艺术彩灯造型PLC编程接线及梯形图设计

一、项目所需设备、工具、材料

见表1。

二、训练内容：

 1、 项目描述

某艺术彩灯造型演示板如图6所示，图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯，呈环形分布。控制要求如下（灯的点亮顺序是）：

将启动开关K1合上，八只灯泡同时亮，即ABCDEFGH同时亮1秒；接着 八只灯泡按逆时钟方向轮流各亮1秒，即A亮1秒→B亮1秒→C亮1秒→D亮1秒→E亮1秒→F亮1秒→G亮1秒→H亮1秒；接下来八只灯泡又同时亮1秒，即ABCDEFGH同时亮1秒；然后八只灯泡按顺时钟方向轮流各亮1秒，即H亮1秒→G亮1秒→F亮1秒→E亮1秒→D亮1秒→C亮1秒→B亮1秒→A亮1秒。然后按此顺序重复执行。按下停止开关K1，所有灯灭。

2、实训要求

2.1 输入和输出点分配

见表2。

2.2  PLC接线图

按图7接好线。注意COM1、COM2相连接，因为采用相同额定电压的指示灯。输入接启动开关和停止开关。

2.3  程序设计

图8中，PLC运行时，程序9～19步中，M11导通，由于程序步50～120中，M11动合触点闭合，分别控制了Y0～Y7的导通，因而彩灯ABCDEFGH同时点亮，因T0延时1秒钟，故ABCDEFGH同时点亮1秒钟。1秒钟时间到，程序第40步，T0动合触点闭合，移位指令执行，实现轮流点亮，即 ABCDEFGH轮流点亮，因为1秒钟T0闭合一次，故ABCDEFGH轮流点亮的时间间隔为1秒。程序步20～29中，当M20通时，将M101置位，由 M101动合触点与MI2～M19动合触点配合，分别轮流点亮H～A，即H、G、F、E、D、C、B、A每隔1秒轮流点亮。程序步30～39中，当M20通时，将M101复位，M101动断触点与MI2～M19动合触点配合，分别串联点亮A～H，即A、B、C、D、E、F、G、H每隔1秒轮流点亮。任何时候将停止开关K2合上，在第114步，区间复位指令使M12～M19全部复位，所有灯均不亮。

2.4 运行并调试程序

（1）将梯形图程序输入到计算机，检查电源正确无误。

（2）对程序进行调试运行。

a.接通PLC电源后，将PLC置RUN状态，将K1闭合，观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。

b.将K2闭合，观察A、B、C、D、E、F、G、H的亮显情况。

（3）调试运行记录。

三、实训报告要求与考核标准

1、实训报告要求

（1）整理实训操作结果，按标准写出实训报告。

（2）请用步进指令完成本次实训。

PLC的功能丰富体在什么地方

PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。

    它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。

    它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。

    它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！

    它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。

    而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。

    它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。

    PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。

    PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。

    PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。

    丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。

    像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。

西门子PLC控制（无反馈的电动机星形——三角形起动器）举例

这个示例程序控制三相感应电动机的星形—三角形起动过程。当与输入点10.0相连的点动开关ON(开机)接通时，电动机绕组星形连接运转。经过预置时问5秒钟后，电动机绕组切换为三角形连接。 当关机点动开关OFF或电动机电路断路器(分别与输入点10.1和10.2相连)动作时，电动机关机。当开机开关(ON)和停机开关(OFF)同时被按下时，电动机仍然处于停机状态。 程序框图 在每个扫描周期的起始处程序都要检查是否必须将内部存储器标志位M 10.0设置为互锁状态。当关泪L开关(10.1)和开泪L开关(10.0)同时动作时，M10.0被设置成互锁状态。自到这两个开关都恢复为初始状态，互锁才解除。互锁的作用是防比误操作。 内部存储器标志位M 11 .0用于开机过程。当与输入点10.0相连的开机点动开关闭合，且主电源起动器尚未接通时，将M 11 .0置位。当电动机绕组正处于星形一三角形连接切换时，也就是主电源起动器(Q0.0)和星形起动器(Q0.1)同时接通时，也将M 11 .0置位。 只有当电路断路器触点(10.2)和关机开关触点(10.1)都没有打开，且三角形起动器(Q0.2)没有工作时，M11.0才有可能被置位。 满足下述条件时输出Q0.1被置位，使星形起动器工作:用于开机过程的内部存储器标志位M 11 .0被置位;定时器丁37没有溢出(预置时问为5秒);且没有互锁标志(M10.0)。 用于开泪L过程的内部存储器标志位M 11 .0被置位时，只要没有互锁标志，限时定时器T37就开始计时(预置时问为5秒)。定时器丁37的基准时问是100ms，也就是说，当T37 的预置值为50时，实际预置时问就是5秒。 控制主电源起动器的输出触点Q0.0闭合的条件是:接在输入点I0.0上的开机点动开关和控制星形起动器的输出点Q0.1都己经闭合，与输入点I0.1相连的人停机点动开关没有动作，且与输入点I0.2相连的电动机电路断路器没有断开，同时没有互锁标志。 当主电源起动器闭合，星形起动器切除后，控制三角形起动器的输出点Q0.2被置位。

交流电机单向运转的启停控制线路图、PLC接线图和梯形图

交流电机单向运转的启停控制。

图1   继电器控制线路图

图2  PLC控制的接线图

图3  PLC梯形图

 

表1  PLC控制的助记符程序

PLC工作原理举例说明

 下面用一个简单的例子来进一步说明PLC的扫描工作过程。图1-6给出了PLC的外部接线图和梯形图，起动按钮SB1停止按钮SB2和热继电器FR的常开触点分别接在编号为X0~X2的PLC的输入端，交流接触器KM的线圈接在编号为Y0的PLC的输出端。图1-6b是这4个输入／输出变量对应的I／O映像寄存器，图l-6c是PLC的梯形图，它与图1-3所示的继电器电路的功能相同。但是应注意，梯形图是一种软件，是PLC图形化的程序。图中的X0等是梯形图中的编程元件，X0~-X2是输入继电器，Y0是输出继电器。梯形图中的编程元件X0与接在输入端子X0的SBl的常开触点和输入映像寄存器X0相对应，编程元件Y0与输出映像寄存器Y0和接在输出端子Y0的PLC内部的输出电路相对应。

 

 

梯形图以指令的形式储存在PLC的用户程序存储器中，图l-6中的梯形图与下面的5条指令相对应，“；”之后是该指令的注释。   

    LD     X0    ：接在左侧母线上的X0的常开触点

    OR     Y0    ；与X0的常开触点并联的Y0的常开触点

    ANI    X1    ；与并联电路串联的X1的常闭触点   

    ANI    X2    ；串联的X2的常闭触点

    OUT   Y0    ；Y0的线圈

  图1-6中的梯形图完成的逻辑运算为   

 

    Y0=(X0+Y0)·X1·X2

在输入处理阶段，CPU将SBl，SB2和FR的常开触点的状态读入相应的输入映像寄存器，外部触点接通时存入寄存器的是二进制数l，反之存入0。

    执行第l条指令时，从X0对应的输入映像寄存器中取出二进制数并保存起来。执行第2条指令时，取出Y0对应的输出映像寄存器中的二进制数，与X0对应的二进制数相“或”(电路的并联对应“或”运算)。

执行第3条或第4条指令时，分别取出xl或X2对应的输入映像寄存器中的二进制数，因为是常闭触点，取反后与前面的运算结果相“与”(电路的串联对应“与”运算)，然后存入运算结果寄存器。 

    执行第5条指令时，将运算结果寄存器中的二进制数送入Y0对应的输出映像寄存器。    在输出处理阶段，CPU将各输出映像寄存器中的二进制数传送给输出模块并锁存起来，如果Y0对应的输出映像寄存器存放的是二进制数1，外接的KM的线圈将通电，反之将断电。

    如果读入输入映像寄存器X0～X2的均为二进制数0，在程序执行阶段，经过上述逻辑运算过程之后，运算结果仍为Y0=0，所以KM的线圈处于断电状态。按下起动按钮SBl，X0变为l状态，经逻辑运算后Y0变为1状态，在输出处理阶段，将Y0对应的输出映像寄存器中的1送到输出模块，PLC内Y0对应的物理继电器的常开触点接通，接触器KM的线圈通电.

液体混合装置PLC控制系统流程图及梯形图

一、题目控制要求：

初始状态，Y1、Y2、Y3以及M、H状态均为OFF，液位传感器L1、L2、L3状态均为OFF。

按下起动按钮SB1，开始注入液体A，当液面高度达到L2时，停止注入液体A，开始注入液体B，当液面上升到L1时，停止注入液体，开始搅拌10S，10S后继续搅拌，同时加热5S，5S后停止搅拌，继续加热8S。

8S后停止加热，同时放出混合液体C，当液面降至L3时，继续放2S，2S后停止放出液体，同时重新注入液体A，开始下一次混合。

按下停止按钮SB2，在完成当前的混合任务后，返回初始状态。

液体混合装置

二、答案：

1、进行I/O地址分配；

2、画出程序流程图；

3、写出控制程序。

解：（1）I/O地址分配

起动按钮SB1	I0.0
停止按钮SB2	I0.1
液位传感器L1	I1.4
液位传感器L2	I1.5
液位传感器L3	I1.6
电磁阀Y1	Q4.0
电磁阀Y2	Q4.1
电磁阀Y3	Q4.2
搅拌电机M	Q5.0
加热电炉H	Q5.1

（2）流程图

（3）控制程序

OB100：

OB1：

T1505系统通过现场接口模板(FIM)连接SIMATIC S7-212编程

本例描述了如何将SIMATIC S7-212(或S7-214)与SIMATIC T1505可编程逻辑控制系统连接起来。主设备(T1505}通过现场接u模板((FIM)向从设备(S7-212发送信息。数据传输的协议为4字(4-Word)简单协议。这样T1505可控制新型SIMATIC PLC及其它支持此协议的设备(例如某些SE &A驭动器)。

通过自山端模式(Freeport Mode)，S7-212接收来自主设置的信息，以及向主设备发送信息。由几个中断程序完成从设备的数据处理。

程序和注释

本程序长度为181个字。

PLC的硬件上主机、I/O扩展机及外部设备的主要类型介绍

   PLC由哪几部分硬件组成？
PLC的硬件一般由主机、I/O扩展机及外部设备组成。
（1）主机包括：微处理器（MPU）。常用的微处理器有：Z80A、8085、M6800、M6809、8086、M68000。单片机有：8039、8031、M6801。
存储器：PLC的存储器用于存储程序和数据，一般采用ROM或EPROM。
I/O接口：I/O接口是主机与外部设备、I/O模块等的连接部件，用于扩弃PLC总线的驱动能力输入输出点数。
（2）电源：电压范围在160VAC-260VAC。
（3）输入/输出模块：用于调理输入输出信号，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等。包括直流开关量输入模块，交流开关量输入模块，直流开关量输出模块，交流开关量输出模块。
（4）功能模块：包括A/D模块和D/A模块，温度传感器模块，高速计数模块，PID模块，远程I/O模块，通讯模块。
（5）扩展口
（6）编程器
（7）其他外设：打印机，显示器。

 PLC的中央处理器（CPU 一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。

 

    与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制中枢，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作。CPU主要完成下述工作：

 

    （1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。

 

    （2）用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。

 

    （3）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。

 

    （4） PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作。

 

    （5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。

 

    PLC采用的CPU随机型不同而不同， 目前，小型PLC为单CPU系统，中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前，PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。