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简单PLC控制系统的设计与实现
简单PLC控制系统的设计与实现
创建时间：
　　一种基于（PLC）构成的控制系统，实现设备信号的采集与自动控制。本文以八盘峡水电厂低压空压机技术改造为例，介绍设计及实现的主要内容。
PLC 低压机 系统集成 程序设计
1. 八盘峡水电厂概况：
　　八盘峡水电厂是黄河兰州段刘、盐、八梯级水电厂的最后一级，是径流河床式调峰电站。全厂共6台机组，单机容量36MW，是一个生产运行了30年的老厂。
2. 原设备概况：
　　我厂低压风系统的两台2V-6/8型低压机，是全厂辅助系统中的主要设备，由其提供的0.8MPa风压，主要供给发电机制动风闸、顶盖围带密封等处。由于该风压是全厂发电机组开机条件之一，因此是不允许间断的。
　　原控制回路主要由老式继电器构成，结构复杂，老化严重，给运行及检修人员带来极大不便。气压信号由电接点压力表采集，由三相交流启停电机，故障报警及电机（40KW）保护装置十分简单，控制回路故障频繁发生，难以保证全厂低压技术用风的正常供给。
3． 改造方案：
　　经过具体研究和分析后，决定采用性价比高的PLC集中控制模式，更换原有的控制盘，将更换为无触点的固态开关，用压力变送器取代电接点压力表。预备用PLCRS-485串行通讯接口，通过双绞线与发电机组监控上位机连接，实现远方监控（见图1）。为了便于运行人员掌握，系统操作方式完全移植原有的运行操作方式。方案确立后，根据现场需要选定了所需设备型号。
4. 控制系统的结构
5．控制系统组成及主要设备技术指标：
　　采用标准控制盘柜，选用日本公司PLC及串行通讯设备，恩威电子公司的两台型固态开关，北京三吉利佳兆公司的气压变送器。选用相应的操作把手、电源开关、按钮、光字牌、信号指示灯、电源隔离变压器及电源监视继电器。
固态开关(SWK)
压力变送器
6．流程的设计：
　　控制流程切合实际进行设计，通过在现场多方面的调试,完全满足现场各方面的需要。
程序设计技术指标
7．控制系统运行方式：
7.1 切换运行方式
　　两台低压机分别由两个操作把手控制，可任意切换四种运行方式&&自动、备用、手动、切除。
7.2电源运行方式
　　控制系统分别由厂用一段、厂用二段电源供电，互为备用。控制系统盘柜上的电源切换把手，任意切换三种供电方式&&厂用一段电源投入、厂用二段电源投入、电源切除。
7.3 PLC运行方式
　　PLC有两种工作方式&&运行及调试，由一控制按键切换。运行态时PLC正常开入，运算，控制开出。调试态时PLC正常开入，但禁止所有开出控制。
8．实现功能:
8.1对两台低压机实现可靠的自动控制。
8.2对两台低压机及控制系统本身实现全面可靠的自动保护
l 对低压机的保护
低压机两级气缸温度过高的保护
低压机两级气缸压力过高的保护
l 对40KW电动机的保护
过流、过载、欠压、缺相、三相不平衡
l 对PLC的保护
PLC的工作电源用隔离变压器隔离，减少尖峰波形电压对PLC的冲击。
8.3完善的报警系统及显示光字
　　现场报警系统共有10个显示光字，远方中控室有2个显示光字，组合起来共反映24种不同故障。
8.4压力变送器可对气压信号进行模拟量的采集,便于监视。
8.5 随时根据需要与上位机通讯，实现远方监控。
9．新系统在运行中体现的优点
9.1 PLC工作性能可靠，免去了对原设备继电器的校验与清扫工作。
9.2 固态开关优良的性能以及对电机全方位的保护
　　固态开关，控制低压机三相交流电动机的启停，主回路采用电力晶闸管为开关元件，并采用先进的电子技术进行全方位的检测与控制。启动电流与运行电流的调整完全数字化，整定方便。固态开关无触点损耗，不存在主接触头接触不良、三相拉弧等现象，能够频繁启动大型电机，可免维护使用。
　　固态开关能对负载的短路、电机的过流、三相不平衡、电源欠压进行综合保护。操作简单，状态显示直观，保护迅速可靠。
9.3 气压变送器的使用
　　用数字式压力变控器采集气压信号，压力值显示直观，动作值准确，校验调整方便。
9.4 PLC操作简单
　　PLC人机接口简单方便，逻辑控制回路完全由软件实现，随时可按运行人员要求改变控制流程，满足现场运行需要。
9.5 报警系统的完善：
　　低压机监控系统报警显示明确，运行人员通过光字显示，可直接了解故障点，从而迅速处理。保护范围全面。
9.6 工作环境的改善
　　PLC控制柜布局紧凑，结构合理，盘面美观大方，运行显示一目了然，控制操作方便。
9.7 远方监控
　　PLC可随时建立与上位机的通讯，将采集的开关量数据及模拟量数据上传远方ALP工作站，便于远方监测。上位机还可下传控制指令，实现低压机的远方控制。
10．新系统的运行效果：
10.1 PLC的使用消除了原控制系统多发故障的因素, 大大提高了我厂辅助设备的自动化控制水平。自99年6月投运以来，在运行缺陷记录本上，再未出现低压机控制系统故障的记录。
10.2 多次及时的反应了低压机的机械故障，准确保护了运行中的主要机械设备。
10.3 控制系统已达到了免检性能。自投运以来从未进行检修维护，大大降低了检修工作量，节约了大量的检修费用。
10.4 本系统操作方式完全移殖原系统操作方式，运行人员不需培训便可直接进行操作。
　　低压机监控系统采用先进的PLC控制，设计合理，使整个系统性能优于原控制系统，这一点在实际运行中得到了充分的证实与考验，并获得显著的经济效益，为我厂安全生产，发挥了实际作用，对其它设备的独立改造具有一定的参考价值。PLC控制系统设计如何确定控制对象和控制范围
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由图5-1可知，控制系统设计的第一步就是要确定控制对象和控制范围。因为这样，才知道PLC控制系统所应该具有的功能，从而去选择一款适合的PLC机型。 首先，要详细分析被控对象、控制过程和要求，熟悉了工艺流程并列出了所有的功能和指标要求后，与继电器控制系统和工业控制系统进行比较，加以选择。如果对于可靠性和安全性
&&& 由图5-1可知，控制系统设计的第一步就是要确定控制对象和控制范围。因为这样，才知道PLC控制系统所应该具有的功能，从而去选择一款适合的PLC机型。
&&& 首先，要详细分析被控对象、控制过程和要求，熟悉了工艺流程并列出了所有的功能和指标要求后，与继电器控制系统和工业控制系统进行比较，加以选择。如果对于可靠性和安全性的要求比较高，同时控制对象所处的环境又比较差，特别是系统工艺复杂多变，输入／输出又以开关量居多，那么比较适合用PLC进行控制，而用常规的继电器控制系统往往难以胜任。确定了控制对象之后，应进一步确定PLC的控制范围。对于那种机械重复式的操作，或者容易出错的操作，以及要求比较精确的操作，应该交给PLC来控制。而那些紧急状况的处理和对智能判断要求比较高的操作，可以留有人工的手动操作方式的接口。
&&& 机型选择基本原则：在功能满足的前提下，力争最好的性价比，并有一定的可升级性。首先，按实际控制要求进行功能选择：单机控制还是要联网通信；一般开关量控制，还是要增加特殊单元；是否需要远程控制；现场对控制器响应速度有何要求；控制系统与现场是分开还是在一起等。然后，根据控制对象的多少选择适当的I/O点数和信道数；根据I/O信号选择I/O模块，选择适当的程序存储量。在具体选择PLC的型号时可考虑以下几个方面。
&&& 1．功能的选择
&& &对于以开关量为主，带少量模拟量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要求。对于模拟量控制的系统和具有很多闭环控制的系统，可视控制规模的大小和复杂程度，选用中档或高档机。对于需要联网通信的控制系统，要注意机型统一，以便其模块可相互换用，便于备件采购和管理。功能和编程方法的统一，有利于产品的开发和升级，有利于技术水平的提高和积累。对有特殊控制要求的系统，可选用有相同或相似功能的PLC。选用有特殊功能的PLC，而不必添加特殊功能模块。配了上位机后，可方便地控制各独立的PLC，连成一个多级分布的控制系统，相互通信，集中管理。
&&& 2．基本单元的选择
&&& 基本单元的选择包括响应速度、结构形式和扩展能力。
&&& 对于开关量控制为主的系统，一般PLC的响应速度足以满足控制的需要。但是对于模拟量控制的系统，则必须考虑PLC的响应速度。在小型PLC中，整体式比模块式的价格便宜，体积也较小，只是硬件配置不如模块式的灵活。在排除故障所需的时间上，模块式相对来说比较短。应该多关注能扩展单元的数量、种类，以及扩展所占用的信道数和扩展口等。
&&& 3．编程方式
&&& PLC的编程方式有在线编程和离线编程。
&&& 1)在线编程PLC：有两个独立的CPU，分别在主机和编程器上。主机CPU主要完成控制现场的任务，编程器CPU处理键盘编程命令。在扫描周期末尾，两CPU会互相通信，编程器里的CPU会把改好的程序传送给主机，主机将在下一扫描周期的时候，按照新的程序进行控制，完成在线编程的操作。可在线编程的PLC由于增加了软硬件，因此价格较高，但应用范围比较宽广。
&&& 2)离线编程PLC：主机和编程器共享一个CPU。在同一时刻，CPU要么处于编程状态，要么处于运行状态，可通过编程器上的&运行／编程&开关进行选择。减少了软硬件开销，因此价格比较便宜，中、小型的PLC多采用离线编程的方式。
（责任编辑: 佚名 ）
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如何设计PLC控制系统的方案
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3秒自动关闭窗口PLC应用系统设计开发步骤
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&&&&&&&学习了PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计—个较大的PLC控制系统时，要全面考虑许多因素，不管所设计的控制系统的大小，一般都要按图所示的设计步骤进行系统设计。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&图1&PLC应用系统设计开发步骤&&&&&&&1、分析任务、确定总体控制方案&&&&&&&随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。但PLC还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备(PLC、单片机、DCS或IPC)来完成该任务最合适。比如仪器仪表装置、家电的控制器就要用单片机来做；大型的过程控制系统大部分要用DCS来完成。而PLC最适合的控制对象是：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入／输出以开关量为主的工业自控系统或装置。其实，现在的可编程序控制器不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，已可取代工业控制计算机(IPC)作为主控制器，来完成复杂的工业自动控制任务。&&&&&&&控制对象及控制装置(选定为PLC)确定后．还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外一部分，如紧急停车等环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。&&&&&&&2、PLC的选型&&&&&&&当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I／O点找出来，包括开关量I／O和模拟量I／O以及这些I／O点的性质。I／O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，电压多大，输出是用继电器型还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们被交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下，继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲输出，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。知道了这些以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC了。对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：&&&&&&（1）功能方面&&&&&&&所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以做出正确的选择。&&&&&&（2）价格方面&&&&&&&不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I／O点数相当的PLC的价格能相差40％以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价是必须考虑的因素。&&&&&&（3）个人喜好方面&&&&&&&有些工程技术人员对某种品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情绪有时也会成为选择的理由。PLC的主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等。&&&&&&（4）输出接口电路&&&&&&&若模块的输出为继电器型，其输出电路的等效电路如图7.5所示。外部电源及负载与PLC内部是充分隔离的，内外绝缘要求为1&500VAC一分钟，继电器的响应时间为10&ms，在5～30VDC／150VAC电压下的最大负载电流为2A／点。但要注意，驱动电感性负载时，要降低额定值使用，以免烧坏触点，尤其是直流感性负载；要并联浪涌吸收器，以延长触点的寿命。但并联浪涌吸收器后，整个开关延时会加长。该模块输出端中有一个公共点，当输出点较多时，会有多个输出公共端，一般4个或8个输出端公用一个公共端，由于公共端是相互隔离的，因此不同组的负载可以有不同的驱动电源。&&&&&&&&对晶体管型输出，在环境温度40度以下时，最大负载电流为0.7&A／点；若环境温度上升则，应该减低负载的电流。使用晶体管输出的好处是其响应速度快，约为25&μs(通)和120μs&(断)。&&&&&&&（5）输入接口电路&&&&&&&&PLC所有的输入都与内部电路之间有光电隔离电路，其等效的电路如图7.4所示。&&&&&&&（6）I／O点数扩展和编址&&&&&&&&CPU&22*系列的每种主机所提供的本机I／O点的I／O地址是固定的，进行扩展时，可以在CPU右边连接多个扩展模块，每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I／O链中所处的位置。编址方法是同种类型输入或输出点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无以及所处的位置不影响本类型模块的编号。&&&&&&&3、I/O地址分配&&&&&&&输入／输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I／O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I／O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。分配输出点地址时，要注意前文提到的负载类型问题。&&&&&&&在进行I／O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。&&&&&&&&4、系统设计&&&&&&&系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制PLC控制程序。&&&&&&&&选定PLC及其扩展模块(如需要的话)、分配完I／O地址后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I／O接线和自动部分、手动部分的详细连接等，有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装图、端子接线图等，以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。&&&&&&&控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异。对经验丰富的工程技术人员来说，在长时间的专业工作中，受到过各种各样的磨练，积累了许多经验，除了一般的编程方法外，更有他自己的编程技巧和方法。但不管怎么说，平时多注意积累和总结是很重要的。&&&&&&&在程序设计时，除I／O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)和存储单元(V)以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。&&&&&&&在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：&&&&&&&(1)有些PLC使用梯形图编程不是很方便(例如书写不便)，则可用语句表编程；但梯形图总比语句表直观。&&&&&&&(2)经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。&&&&&&&(3)如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。&&&&&&&5、系统调试&&&&&&&系统调试分模拟调试和联机调试。&&&&&&&硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是否正确。&&&&&&&软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟量信号I／O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC机上编程，并可在电脑上直接进行模拟调试。&&&&&&&联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时就要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电，只对控制电路进行联调即可。通过现场联调信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，有时厂家还要对某些控制功能进行改进，这种情况下，都要经过反复测试系统后，才能最后交付使用。&&&&&&&系统完成后一定要及时整理技术材料并存档，不然日后会需要几倍的辛苦来做这件事。这也是工程技术人员良好的习惯之一。
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PLC顺序控制系统的几种简易设计方法 .
添加：不详
引言&&&在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制系统的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制系统梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用经验设计法来设计PLC顺序控制系统，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。本文提出的4种简易设计方法，能快速地一次设计成功PLC顺序控制系统。&&&&顺序控制系统的特点及设计思路&&& 1．特点顺序控制系统是指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制系统。其受控设备通常是动作顺序不变或相对固定的生产机械。这种控制系统的转步主令信号大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件作为某些步的转步主令信号。&&&&为了使顺序控制系统工作可靠，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电必须以前一步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统前一步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若前一步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。&&& 2．设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。&&&&由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。图1&顺序控制流程&&&&下面分别介绍各种设计方法。其中，前3种方法的设计依据都是图1所示的顺序控制流程。图中，步1的转步主令信号X0为连接启动按钮的输入继电器（为简明起见，后述的转步主令信号均省去“输入继电器”几个字，只提输入信号），X1为原位开关信号，X2、X3、X4分别为步2、3、4的转步主令开关信号。M1～M5分别为各步的受控辅助继电器。Y1～Y4分别为各步受控的输出继电器。&&&&一、逐步得电同步失电型步进顺序控制系统设计法&&&&如图2所示，这种设计方法是根据“与”、“或”、“非”的基本逻辑关系，设计成串联、并联或串、并联复合的电路结构。图2&逐步得电同步失电步进顺控梯形图&&& 1．步进阶梯的设计步进阶梯的结构&&&&如图2a所示。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），满足原位条件后按起动按钮X0才能得电。M1得电后自锁，并为步2提供步进条件信号（M1的常开触点）。步1的执行动作完成时触发的行程开关信号X2作为步2的转步条件信号。步2的M2的输入满足其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件信号。按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件信号和转步条件信号分别为：最后一个工作步M4发出的步进条件信号（M4的常开触点）和该步动作完成时所触发的转步信号X1。由于M5的得电信号令控制系统失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的最左端。从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个系统失电。如不用分支回路的结构，也可采用图3所示的回路。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令信号有多个，则应将多个转步主令信号互相串联。图3&逐步得电同步失电梯形图&&& 2．输出阶梯的设计输出阶梯&&&&如图2b所示。其设计方法是：（1）在控制流程图中，找出某输出继电器M在哪一步开始得电和在哪一步开始失电，以此确定其得电信号（步进阶梯中使M开始得电的辅助继电器常开触点）和失电信号（步进阶梯中使M开始失电的辅助继电器常闭触点）；（2）将得电信号、失电信号和受控输出继电器线圈串联。如果某个输出继电器在一个工作循环中多次得电失电，则将每次得失电的串联信号互相并联即可。例如，图1中输出继电器Y1要求在步1和步3得电，在其余步失电。在图2b画其控制回路时，将图1所示的第一次得电信号M1和第一次失电信号M2串联，第二次得电信号M4和第二次失电信号串联，然后将二者并联起来，再与Y1的线圈串联便构成Y1的控制回路。其余依此类推。&&&&二、逐步得电逐步失电型步进顺序控制系统设计法&&& 1．步进阶梯设计&&&&按图1所示的控制流程，采用逐步得电逐步失电型顺序控制系统设计法设计的步进阶梯如图4a所示，其电路结构与图3的不同点之一是每步的失电由下一步辅助继电器的常闭接点控制；之二是步1回路必须串联步2至最后工作步4的辅助继电器常闭触点。以防电路工作时，因误操作再次起动而导致控制顺序错乱。其余的电路结与图3相同。&&& 2．输出阶梯设计输出阶梯如图4b所示，输出继电器的控制回路根据控制流程直观确定。例如，输出继电器Y1要求在步1、3得电，则将步1、3的辅助继电器M1、M3的常开触点并联，再与Y1的线圈串联即可。其余输出继电器的控制回路构成方法与此相同。图4&逐步得电逐步失电型顺控系统梯形图PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。本文从11方面介绍了PLC在其上的应用趋势。&&&&&前&言&&&&长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。&&& PLC技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业PC面前，PLC将会一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工业应用领域仍将为PLC提供一定的市场份额。&&&&在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，安装有SoftPLC组态软件和基于工业PC控制系统的市场份额正在逐步得到增长，这些事实使传统PLC供应商在思想上已经发生了戏剧性的变化，他们必须面对现实，在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是PLC控制器的核心，PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。&&&&一、开放和基于工业PC控制&&& PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。PLC制造商认为，虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。&&&&诚然，几年前在工业现场明显存在着新旧PLC混合使用的情况，工业用户不得不同时学习相关的新旧知识，甚至彼此借鉴学习。大多数PLC制造商为工业用户仅仅提供了软逻辑和一种操作平台。&&&&在高端应用方面，很难进一步区分PLC控制系统和工业PC控制系统之间的差异，因为这两者均采用了同样类型的微处理器和内存芯片。形象地打个比喻，如果你忘掉工业PC和PLC这些词语字面上的含义，那么在箱子里所能够观察到的恰恰是一些基本计算机硬件技术，我们更多观察到的却是那些基本技术的复杂化和混合体，这些技术被有效地组合到控制系统中去。&&&&另外，采用开放控制的原因一方面是系统功能集成的需要，另一方面也是由于一些工业用&户对功能过分苛求所致。如果能够给予高度的重视，就能够获得更多的基本技术知识。PLC制造商专注于系统功能化，而工业用户则专注于系统应用。人们可以看到，将来的发展趋势是将更多的功能进一步集成到一个控制箱内。因而像顺序控制和过程控制这样的事件将会采用功能化方式进行处理，其他像运动控制等也能够共享到相同的控制结构体系中。&&&&可以相信，PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。后者除了在灵活性方面比传统PLC具有截然不同的优势外，还具有其他优点，如能够缩短系统投放到市场的周期，降低系统投资费用，提高从工厂底层到企业办公自动化的数据信息流动效率等。&&&&关于工业PC控制系统的实时响应问题已经得到很好的解决，也许其主要的东西仍然隐藏在技术背后，但缺乏相应的跟踪记录。对于PLC来讲，坚固性是其主要特点之一，这已经有相当多的跟踪记录来验证。工业用户仍然非常小心地对待PLC，他们正在对PLC作不同的技术测试工作。在利用一种新技术时，工业用户需要考虑的问题是要冒多大的风险，同时需要考虑对其商务活动能够带来多少机会和收益。&&&&但工业用户不完全相信开放式控制系统所带来的好处。随着技术的进一步发展，他们开始逐渐淡化这些思想观念。工业用户正在平衡采用新技术所存在的风险和给他们的商务活动所带来的收益，以便为今后的决策提供有效的保障。&&&&工业PC技术提供了许多功能，能够增强PLC的功能特性，包括内藏视频和高速浮点数字协处理器。尽管Microsoft公司没有进一步提升该项功能特性的计划，但新的WINOOWs CE 3.0完全能够更好地满足过程控制的需要。&&&&不久前，Siemens公司公布了一套新的基于开放式控制系统的软件产品，即3.0版本的SIMATIC WinAC(WINOOWs自动化中心)。WinAC是基于WINOOWs NT，与SIMATIC S7 PLC兼容的适合于工业PC的控制系统解决方案。WinAC 3.0提供了具有较高集成度的Profibus现场总线局域网的连接性能，以及远程程序设计。此外，它还为现场控制设备本地化集成提供了一种新的DeviceNet I/O设备驱动程序，用于连接所安装的DeviceNet I/O设备。&&& Steeplechase软件公司也已推出了一套支持硬实时过程控制的嵌入式WINOOWs NT操作系统接口部件。该部件进一步结合了Steeplechase公司采用SBS技术并运行于WINOOWs NT环境的工业Compact PCI的硬实时控制软件。现在，Steeplechase公司的可视化逻辑控制器已经升级到5.0版。该控制器适合于WINOOWs NT 4.0和WINOOWs 2000两种操作系统，它的实时引擎能够直接与普通的Ethernet和TCP/IP集成在一起。5.0版本的控制器利用了一种增强型OPC服务器驱动程序，因而比以前的版本具有更快的运行速度。其他一些特点还包括新OI网络特性，以及能够让工业用户自己设计出丰富多彩的动态图形画面等。&&& Transysoft公司最近推出了新版本的ISaGRAF系列工业控制组态软件包，即ISaGRAF PRO，它是基于IEC 61131-3国际标准，并独立于任何硬件平台的软逻辑自动化控制软件包。在一个网络化过程控制系统环境中，该软件包能够应用于多种组态和分布式控制系统的开发，它包含了一套开发工具、应用程序工作平台，以及相应的“虚拟机器”运行时目标。该运行时目标能够运行于各种各样的硬件平台。&&& CTC自动化工程公司已经发布了一套新的控制软件包MachineLogic PCLC（工业PC逻辑控制器），该软件可以让工业PC扮演PLC的角色，且仍然保持着工业PC的功能特性。该软件能够完成一台PLC所确定的控制任务，并且与程序执行时间一样快，均在1 ms以内；还能够同时处理多任务工作，但不能同时超过16个控制任务。一种具有优先级和多任务处理内核的机制保持着对每一件控制任务的跟踪，确保控制任务能够取得最高的优先权。该软件能够运行全部5种IEC 61131-3标准程序设计语言和PID控制程序，支持两种类型的I/O控制设备。一种是像Profibus和DeviceNet等这样的现场总线I/O设备；另一种是像ISA和PC/104这样的工业PC I/O模板。另外，该软件还提供了对控制系统的在线编辑组态功能。程序可以在WINOOWs 95/98和WINOOWs NT下开发并运行，但也能够在RTXDOS下执行。&&& SoftPLC公司也提供了一种工控软件产品Tealware，有人非常形象地把这种软件产品称作穿着工业PC衣服的PLC。那些安装在支架上的控制系统已经有了小型PLC的形状系数，但SoftPLC公司的控制软件已经被嵌入到CPU中。Tealware软件能够满足各种类型工业用户的需要，从小型、单机系统到大型、分散多控制工作站应用。其特点包括全系列I/O模件、内藏Ethernet和工业串行通信接口。&&&&最近，Tealware软件已经升级到2.3版本。其中，控制软件提供了事实上无限的梯形图逻辑控制步序，同时允许有超过百万字的数据表；许多OI/SCADA应用接口；内藏Java引擎和FTP服务器用于远程维护与管理；支持用户自己编写的C、C++、Java程序和设备驱动程序；适合于嵌入式Web服务器用；程序设计的在线运行模式；坚固的I/O模件支持能力和许多其他标准PLC功能；可以运行所输入的，或者是经过转换的A-B公司的PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序。&&&&二、Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术&&&&当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展。PLC也例外，现在，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间，我们已经看到，发展比现有普通小快灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗？也许最终结果是这样的，但现在还为时尚早。对于在PLC上提供Ethernet接口将能够解决所有通信问题，人们普遍存在着误解。Ethernet仅仅定义了OSI参考模型底部的几层协议标准，如果上层协议相互之间不能兼容，那么仍然不可能进行相互之间的通信处理。打个比方，这如同一个不懂英语的中国人与一个不懂汉语的美国人之间是不能够通过电话进行对话一样。因此，协议就是设备之间相互通信的语言。&&&&另一方面，前进的步伐已经迈出，我们只有迎着困难而上，为了将Ethernet技术应用到工厂底层的现场过程控制设备中去，ODVA协会为此建立了一套全球性标准技术规范，即Ethernet/IP标准，以便能够解决在实际工作中所遇到的困难。&&&&向Ethernet靠近的一个目的在于通过Internet能够连接到所希望的任何地方。实际上，在一些意想不到的地方，Web服务器正在显露出其应有的威力。几年前，有一些PLC系统已经内藏了Web服务器，这无疑又为PLC系统增加了更多的特点。其他类型的控制设备也正在准备进一步集成Web服务器。例如，Square D公司已经有一个具备Ethernet连接接口的发动机控制中心，并正在准备开发一种内藏Web服务器连接接口的变速装置。&&&&内藏Web服务器所体一风的益处包括开放网络、商业工具的影响、客户机/服务器关系。在过去，工业用户可能会有代表性地询问一些有关PLC方面的信息，但在现在，由于新技术的不断诞生和发展，工业用户很容易就可以得到有关这方面的信息。另一方面，随着芯片和处理器大规模的生产，PLC生产制造商能够生产并提供开放网络的产品，让工业用户花较少的费用就能够购买到功能非常完善的PLC产品。&&&&在为将PLC连接到Ethernet和Web上提供技术支持方面，Schneider公司已经成了先驱者之一。最近，该公司推出了一种运行于Premium PLC平台的新型快速Ethernet(100 Mb/s)模件。该模件为PLC能够连接到TCP/IP的Ethernet提供了全双工自适应10/100Mb/s的连接速度，现场过程控制器之间可以共享实时数据信息，自动扫描Momentum I/O模件和其他任何基于Modbus通信协议的现场控制设备，采用一个嵌入式Web服务器提供HTML通信服务，同时提供了SNMP用于标准网络通信管理。在一次展览会上，Schneider公司还向工业用户展示了他们有关透明工厂的观念。&&&&另外，Schneider公司最近还推出了基于Modicon公司的Momentum MIE系列处理器的适配器，该适配器提供了标准IEC程序控制性能，进一步为e-制造提供了完美的解决方案。该适配器还提供了将智能化I/O系统和其他现场过程控制设备连接到Internet和Ethernet的能力，现场过程控制设备包括所有功能化实时过程控制器。&&&&几年前，Rockwell自动化公司也在其PLC产品中提供了Ethernet接口，而且正在坚定不移地稳步提高Ethernet的功能特性。该公司最近已经公布了一种柔性I/O模件解决方案，这种柔性I/O模件利用非专利版本的Ethernet技术能够提供实时过程控制性能。A-B公司提供的1756型ControlLogix I/O也是基于标准Ethernet TCP/IP和UDP数据传输协议的组件，其应用层使用了一种开放式、面向对象、基于生产者/&消费者的技术。这种技术在ControlNet、DeviceNet和FF现场总线H1网络系统中也能够找到。三、置位/复位指令型顺序控制系统设计法&&& 1．步进阶梯设计图5a为用置位/复位指令设计的顺序控制系统步进阶梯。其设计依据也是图1所示的控制流程。该步进阶梯结构的特点是每步的辅助继电器都有一个置位线圈和一个复位线圈，二者编号相同。步1利用置位指令S使辅助继电器M1置位（即M1线圈得电后内部自锁），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号。当步2的转步主令信号发出（X2闭合），指令S使M2置位，建立步2程序，同时复位指令R使M1复位，撤销步1程序。同理可画出后续各步继电器置位/复位梯形图。当最后一步完成并回到原位（X1闭合）时，指令R使M4复位，系统的工作循环结束。&&& 2．输出阶梯设计图5b为输出阶梯结构，与图4b完全相同，不再赘述。图5&置位/复位指令型顺序控制电路&&&&四、移位指令型顺序控制系统设计&&&&1．步进阶梯设计设计依据如图6所示。图7a为按图6所示要求采用移位指令设计法设计的顺序控制系统步进阶梯，这种步进阶梯由一个8位移位寄存器（由移位指令定义辅助继电器M20～M27而成）作为控制元件。该移位寄存器中的IN为移位数据输入端，CP为移位脉冲输入端，R为复位端。这三个输入端的输入信号均为脉冲上升沿有效。对顺序控制系统来说，输入IN的信号必须是一个单脉冲信号，即移位数据为“1”。起动步1时，IN和CP同时输入按钮信号X0的脉冲上升沿后，在IN端生成的移位数据“1”便移入移位寄存器的M20位，此时该位有输出（即输出M20的常开触点闭合信号），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号；M20的常闭触点即时断开IN输入端和CP的步1输入端，完成数据“1”输入和移位脉冲输入。从步2起，本步的转步主令信号一发出（X2接通），便输入一个移位脉冲上升沿，使原来移入M20位的数据“1”移入M21位，建立步2程序，并为步3提供步进条件信号。移位后，M20位的状态变为0，即其相应的步1被撤销，输出为0。依此类推便可实现整个步进阶梯逐步得电和逐步失电。最后一步完成并回到原位（X1接通）时，接通移位寄存器的复位端R，使移位寄存器复位清零，整个控制系统失电停止。图6&移位顺序控制流程图图7&移位指令型顺序控制电路&&&&设计这种步进阶梯时要注意以下问题：（1）在一个自动工作循环内，移位寄存器的移位数据输入端IN只允许起动时输入一个单脉冲信号。也就是说起动时只能输入移位数据“1”。步进阶梯的工作原理就是根据输入的数据“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位来实现逐步得电和逐步失电。所以输入端IN要串联每个移位输出位的常闭触点；（2）移位寄存器对移位脉冲输入端开关的抖动非常敏感。若开关抖动一次，相当于多输入了一个移位脉冲，移位数据“1”随之多移了一位。由于接点式开关被触发时难免产生抖动。为消除这种影响，在移位脉冲输入端的步1输入回路，必须串联移位寄存器0位（本例为M20）的常闭触点，一旦移位数据移入M20位，便断开步1的输入回路；而从步2开始，每步的输入回路也要串联上一位的常开触点。例如步2的输入回路要串联上一位M20的常开触点。这样，当移位到步2转步主令信号对应的M21位时，便立即断开步2的输入回路。采用这样的移位脉冲输入回路结构，可确保每步的转步输入信号持续时间只有PLC的一个扫描周期（一般只有几Mｓ），因开关的抖动时间远大于PLC的一个扫描周期。所以可有效地消除开关抖动的影响。&&& 2．输出阶梯设计图7b为输出阶梯，其结构与图4b相同，只是辅助继电器编号不同而已。&&&&结束语&&&&上述4种PLC顺序控制系统设计方法的共同特点是：&&&&（1）由输入继电器控制辅助继电器（包括由置位/复位指令和移位指令定义的辅助继电器），按此构成步进阶梯；&&&&（2）由辅助继电器控制输出继电器，以此构成输出阶梯；&&&&（3）无论步进阶梯还是输出阶梯，都是很有规律的回路结构。不管要设计的顺序控制系统有多少步，也不管其输入输出点数有多少，只要弄清各种设计方法所设计的步进阶梯和输出阶梯的回路结构的规律性，根据设计依据，套用其中任一种设计方法的回路结构，就能快速地一次成功设计出较复杂的PLC顺序控制系统。
作者：未知 点击：364次
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