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西门子802S机床伺服系统  西门子802S机床伺服系统

 

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西门子802S机床伺服系统

逻辑设计法实现基于PLC的交通灯控制系统举例

逻辑设计法是以布尔代数为理论基础，根据生产过程中各工步之间的各个检测元件（如行程开关、传感器等）状态的变化，列出检测元件的状态表，确定所需的中间记忆元件，再列出各执行元件的工序表，然后写出检测元件、中间记忆元件和执行元件的逻辑表达式，再转换成梯形图。该方法在单一的条件控制系统中，非常好用，相当于组合逻辑电路，但和时间有关的控制系统中，就很复杂。

下面将介绍一个交通信号灯的控制电路。

【例】用PLC构成交通灯控制系统。

（1）控制要求：如图1所示，起动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮。到20s时，东西绿灯闪亮，3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮，3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。

 

图1  交通灯控制示意图

 

（2）I/O分配

 

输入                        输出

起动按钮：I0.0            南北红灯：Q0.0     东西红灯：Q0.3

      南北黄灯：Q0.1     东西黄灯：Q0.4

      南北绿灯：Q0.2     东西绿灯：Q0.5

                南北车灯：Q0.6     东西车灯：Q0.7

（3）程序设计

   根据控制要求首先画出十字路口交通信号灯的时序图，如图2所示。

 

       

图2   十字路口交通信号灯的时序图

   根据十字路口交通信号灯的时序图，用基本逻辑指令设计的信号灯控制的梯形图如图3所示。分析如下：

   首先，找出南北方向和东西方向灯的关系：南北红灯亮（灭）的时间=东西红灯灭（亮）的时间，南北红灯亮25S（T37计时）后，东西红灯亮30S（T41计时）后。

   其次，找出东西方向的灯的关系：东西红灯亮30S后灭（T41复位）→东西绿灯平光亮20S（T43计时）后→东西绿灯闪光3S（T44计时）后，绿灯灭→东西黄灯亮2S（T42计时）。

   再其次，找出南北向灯的关系：南北红灯亮25S（T37计时）后灭→南北绿灯平光25S（T38计时）后→南北绿灯闪光3S（T39计时）后，绿灯灭→南北黄灯亮2S（T40计时）。

   **后找出车灯的时序关系：东西车灯是在南北红灯亮后开始延时（T49计时）1S后，东西车灯亮，直至东西绿灯闪光灭（T44延时到）；南北车灯是在东西红灯亮后开始延时（T50计时）1S后，南北车灯亮，直至南北绿灯闪光灭（T39延时到）。

  根据上述分析列出各灯的输出控制表达式：

东西红灯：Q0.3=T37                     南北红灯Q0.0=M0.0·T3

东西绿灯：Q0.5=Q0.0·T43+T43·T44·T59     南北绿灯Q0.2=Q0.3·T38+T38·T39·T59

东西黄灯：Q0.4=T44·T42                  南北黄灯Q0.1=T39·T40

    东西车灯：Q0.7=T49·T44                  南北车灯Q0.6=T50·T39

                                           

                                                

                           

                                  

                       

        

 图3 基本逻辑指令设计的信号灯控制的梯形图

什么是硬PLC?硬PLC的特点举例说明

什么是硬ＰＬＣ呢？所谓硬ＰＬＣ从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ＡＳＩＣ芯片来实现ＰＬＣ指令的持行．而软ＰＬＣ是用一些通用的ＣＰＵ或者ＭＣＵ来实现ＰＬＣ指令的解释或者编译持行．
像三菱（ＦＸ）和欧姆龙的ＰＬＣ多是硬ＰＬＣ，而西门子的有几种型号是属于软ＰＬＣ的。 
硬ＰＬＣ的核心是一个位处理器，也就是一个持行ＰＬＣ专用指今的ＡＳＩＣ芯片，以前各厂商的这种处理器执行的是自家指令，但自从伟大而神圣的ＩＥＣ６１１３１－３出现后，大家都向这个标准上看齐了，ＩＥＣ６１１３１－３定义了５种语言——LD、FBD、SFC、ST、IL其中ＩＬ是**像汇编的，所以大多数厂商的这个位处理器都是执行的一种类IL语言。我们在这里将这个位处理暂命名为ＩＥＣ处理器。也有厂商用ＦＰＧＡ来实现这个处理器，由于这个处理器执行的是专用指令，所以速度相对软ＰＬＣ来说要快许多倍。但它也有它的弱点，就是灵活性不高，并具一般只能处理位指令，而现代的ＰＬＣ功能越来越强大，对模拟量的处理已和ＤＣＳ不相上下，所以厂商一般要另加一块通用ＣＰＵ来处理模拟量和复杂功能的实现。软ＰＬＣ分为编译和解释两种实现方式，其中解释型有点像早期的大型机一样，是基于一个虚拟机的，程序由一些伪代码组成，工程师在上位机编好程后通过编译器转换为这种专用的伪代码下载到ＰＬＣ内。运行时虚拟机扫描并解释这些指令运行，这样的实现方式使工程人员编的Ｔ型图之类的与底下ＰＬＣ的软件平台无关，保证了ＰＬＣ核心的独立性，同时它能很好的扩展软件和功能块而不受硬件环境的影响，但这种方式是**慢的一种方式。 
软ＰＬＣ还有一种是编译方式，编译方式是将各种ＩＥＣ指令转换为汇编或者Ｃ语言，再将其插入到一个框架代码内调用Ｃ或汇编编译器生成真正的ＣＰＵ指令。 

常用PLC按容量分类的方法

 大致可分为“小”、“中”、“大”三种类型。

a.小型PLC

I/O点总数一般小于或等于256点。其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。如OMRON的C**P/H、CPM1A系列、CPM2A系列、CQM系列，SIMENS的S7-200系列。

b.中型PLC

I/O点总数通常从256点至2048点，内存在8K以下，I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入、刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。如OMRON的C200P/H，SIMENS的S7-300系列。

c.大型PLC

一般I/O点数在2048点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。如OMRON的C500P/H、C1000P/H，SIMENS的S7-400系列。

按结构分可将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。

a.整体式PLC

它是将PLC各组成部分集装在一个机壳内，输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入/输出状态。面板上留有编程器的插座、EPROM存储器插座、扩展单元的接口插座等。编程器和主机是分离的，程序编写完毕后即可拔下编程器。

具有这种结构的可编程控制器结构紧凑、体积小、价格低。小型PLC一般采用整体式结构。如图2所示的三菱FX_1S系列PLC。

b.模块式PLC

输入/输出点数较多的大、中型和部分小型PLC采用模块式结构。

模块式PLC采用积木搭接的方式组成系统，便于扩展，其CPU、输入、输出、电源等都是独立的模块，有的PLC的电源包含在CPU模块之中。PLC由框架和各模块组成，各模块插在相应插槽上，通过总线连接。PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和其他特殊模块，硬件配置灵活，维修时更换模块也很方便。采用这种结构形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。图3所示为三菱MELSEC-Q系列PLC的外形图。

c.叠装式PLC

上述两种结构各有特色，整体式PLC结构紧凑、安装方便、体积小，易于与被控设备组成一体，但有时系统所配置的输入输出点不能被充分利用，且不同PLC的尺寸大小不一致，不易安装整齐；模块式PLC点数配置灵活，但是尺寸较大，很难与小型设备连成一体。为此开发了叠装式PLC，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元等高等宽，它们不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的体积小巧的长方体，而且输入、输出点数的配置也相当灵活。带扩展功能的PLC，扩展后的结构即为叠装式PLC，如图4所示的三菱公司FX_2N系列PLC外形图。

PLC提供的编程语言简介

PLC的编程语言与一般计算机语言相比具有明显的特点，它既不同于一般高级语言，也不同于一般汇编语言，它既要易于编写又要易于调试。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。 

    目前，PLC为用户提供了多种编程语言，以适应编制用户程序的需要，PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图 

    1、梯形图 

    梯形图编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC的梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，但是在使用符号和表达式等方面有一定区别。

    梯形图具有形象、直观、简单明了，易于理解的特点，特别适合开关量逻辑控制，是PLC**基本、**普遍的编程语言。 

    2、语句表（STL） 

   语句表是用助记符来表达PLC的各种功能。它类似计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，也是较为广泛应用的一种编程语言。使用语句表编程时，编程设备简单，逻辑紧凑、系统化，连接范围不受限制，但比较抽象。一般可以与梯形图互相转化，互为补充。目前，大多数PLC都有语句表编程功能。 

    3、顺序功能图(SFC) 

    顺序功能图编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。它的编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每个工艺方框的输入和输出端，标上特定的符号即可。采用顺序功能图编程，可以使具有并发、选择等复杂结构的系统控制程序大为简化。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令，它是一种效果显著、深受欢迎的编程语言，目前国际电工委员会（IEC）也正在实施并发展这种语言的编程标准。 

    4、 功能块图（FBD） 

逻辑功能图是一种由逻辑功能符号组成的功能块来表达命令的图形语言，这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图。对每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的人员来说，使用非常方便。

 

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