密码锁的PLC系统设计说明

./文摘

本文介绍了密码锁的基本原理以及工作流程,然后以一次解锁过程为例,把解锁过程分为几个程序块,然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在密码锁中的作用。程序涉及到了密码锁工作的绝大部分过程。利用PLC控制的密码锁提高了系统的稳定性,保证密码锁能够长期稳定运行。

关键词密码锁；可编程序控制器；梯形图

随着人们生活水平的提高,如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其的突出,传统的机械锁由于其构造的简单,被撬的事件屡见不鲜,同时,机械锁一般配有金属钥匙,带起来太重,万一弄丢了,锁可能也就没用了。电子锁性高,密码泄露了,换个密码,锁照样能用；使用灵活性好,万一忘记密码,可以通过功能键,给用户提示密码；安全系数高,能够防止不法分子多次试探密码；性价比好,因此,密码锁受到了广大用户的青睐。

出于安全、方便等方面的需要,许多智能锁〔如指纹辩识、IC卡辩识已相继问世,但这些产品的特点是针对特定指纹或有效卡,只能适用于要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间等,而且卡片式IC卡还有易丢失等特点,加上其成本一般比较高,一定程度上限制了这类产品的普及和推广。本数字密码锁成本则相对较小。

远古时代,锁最初的样式只是用于捆绑物品的绳子和绳结,以表示主人对物品的占有。在古希腊著名的传说里,马其顿国王的王子亚历山大侵入阿拉伯半岛,占领了格尔迪奥恩。在城市的街道中心有的神殿中摆放有一辆古老的战车,战车上是著名的"格尔迪奥斯绳结",根据传说解开绳结的人就是亚洲的统治者。亚历山大都无法解开它。最后,他拔出了宝剑,用亚历山大的方式,一剑将绳结砍为两断。

很难说亚历山大的方式是不是真正地打开了绳结,但是今天的偷车贼们,在面对坚固的方向盘锁无从下手,干脆用锯子把方向盘锯开,他们会不会想到,他们的祖师爷,居然会是烜赫一时的亚历山大？

不过锁具的发源,却并不是从亚历山大的王国开始。世界各国的专家们,普遍认为锁具的发源中心有两个：一是两河流域及埃及,最后传到希腊、罗马甚至整个西欧,直至英伦三岛,再到美国；另一个中心就是中国,北上传入朝鲜,东进传入日本,南下传至越南等地。这一切变化,都发生在人类有了房间和房门以后。

最初限定房门的只是粗陋的木栓——它逐渐演变成了更为结实的金属锁栓,为了能把它们插在锁里固定住,机构中便使用了发条和簧片——这些装置的结构位置加以改变,各种制式的锁具便诞生了出来,为了打开它们,我们需要特定的钥匙。

早期的各种机械锁定装置是基于各种力学原理的基础之上创造出来的。钥匙的功能就是使锁的锁定机构发生相应的变动,在开锁<解码>的过程中,只有当钥匙编码和锁编码经机构鉴别确认一致匹配时,才能通过传动机件使锁栓、锁舌动作,释放锁扣,顺利解码。

机械锁具的安全性能,依靠两条机械原理,一是依靠锁固定的障碍物,阻止假钥匙进入并旋转,第二则利用一个或多个可移动的限位物,安装在锁,由钥匙决定它是否在之前预定开启的位置上,其数量越多,则编码越复杂,安全性能也相应提高。

机械锁里这些原理,已经诞生了上千年,仍被不断地改进着,锁钥机械结构编码的发展,直至今天,仍在伴随着我们的生活。虽然越来越多的电子元器件被用于新的锁具,但是机械门锁在设计上一定会继续下去。尽管电子设备的成本在今天已经被大大降低,但是随着材料工艺的发展,电子锁要完全取代机械锁,还需要相当长的时日。

电子锁是采取电子电路控制,以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具,相比传统的机械锁具,电子所不使用金属钥匙,性、精度都有很大提高。

电子锁的发明思路,源自古代发明的自动机械,例如古希腊数学家赫伦的液压自动门,中国古代诸亮的木牛流马,它们以重力或蒸汽压力驱动,最广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生,使得以微小电量驱动机械成为可能,于是有了电子锁一日千里的跃进。

据有关资料介绍,电子锁的研究从30年代就开始了,在某些特殊场所早就有所应用。研究这种锁的初衷,是提高锁的安全性,因为电子锁的密钥量〔密码量极大,可以和机械锁配合,避免因钥匙被仿制而出现的问题。在安全性极高的前提下,它的另一个特点——无需钥匙却被越来越多的人所欣赏。因为人们携带的钥匙很多已成为累赘,而电子锁只需记住一组密码,无需携带金属钥匙,免除了人们的烦恼。电子锁的种类繁多,从大的方面讲可能有数十种,例如数码锁、指纹锁、卡片锁、磁卡锁、生物锁等等。但能谈上的上实用一些或者大众化一些的还是按键式电子密码锁。这是一种操作方式类似于按键机的电子锁,通过键盘上的数码按键一次输入一组密码,如果密码与部已约定的密码相同,则输出一个电信号,以驱动电磁铁或者小马达将门闩打开,完成一个开锁过程。进入20世纪80年代后,随着电子锁专用集成电路的出现,电子锁的体积缩小,可靠性提高,廉价产品开始出现。实用性已经具备,可以说已经有了冲击机械锁市场的条件。

1密码锁介绍

1.1密码锁功能分析

这部分阐述了密码锁的各种动作功能和控制要求,给出了完整的密码锁操作规程,并介绍了密码锁运行系统种所包括的人工操作步骤。

.密码锁基本功能

在进行上、下位机程序编写之前,首先要做的工作是确定密码锁本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。

在实际生活中,我们用到密码锁的地方很多,有密码箱。保险柜等等。本文是设计密码锁在自动门上的应用,

我们在门上装上密码按键,也就是从0到9这十个数字。在PLC中它分别表示SB0-SB9这十个按钮,键盘上还有确认键,密码修改键,还有个按钮在门中,用门把手来控制是否启动密码锁。它的基本控制过程为

1、当输入密码40812453后,再按确认键,门上绿色指示灯亮,表示密码正确,这时将门把手向下扭动,即可打开门。

2、当输入密码错误超过三次时,红灯闪烁,同时发出警报声

3、当再次锁上门时,可根据需要看是否启动密码锁,如果需要,则将把手向上扭动,密码锁启动,否则不启动密码锁

4、如果密码泄露,可启动密码2。密码为198728,启动密码2后。密码1失效,在正常情况下,也可以选择启动密码1或密码2。

5、在密码确认前,如果失误将密码安错,可按修改键,重新输入密码。

密码锁的工作流程图如图1所示。

图1密码锁工作流程图

1.2PLC的选型原则

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。一方面要选择多大容量的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以及输出是用继电器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,如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀,又有24V的指示灯,则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。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。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费,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,就要使用无触点的晶体管输出的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信要求；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,以便做出正确的选择。

〔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,这样的差价当然是必须考虑的因数。

PLC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。

1.3PLC的概述

1.3.1PLC的产生

20世纪20年代起,人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统,控制各种生产机械,这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜,在一定围能满足控制要求,因而使用面甚广,在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大,可靠性差,动作速度慢,功能少,难与实现较复杂的控制,特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统,接线复杂,当生产工艺或对象改变时,原有的接线和控制盘就要更换,所以通用性和灵活性较差.

20世纪60年代末期,美国的汽车制造业竞争激烈,各生产厂家的汽车型号不断更新,它必然要求生产线的控制系统亦随之改变,以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚,适应白热化的市场竞争要求,1968年美国通用汽车公司公开向社会招标,对汽车流水线控制系统提出具体要求,归纳起来是：

〔1编程方便,可现场修改程序

〔2维修方便,采用插件式结构

〔3可靠性高于继电器控制装置

〔4体积小于继电器控制盘

〔5数据可直接送入管理计算机

〔6成本可与继电器控制盘竞争

〔7输入可以是交流150V以上

〔8输出为交流115V,容量要求在2A以上,可直接驱动接触器,电磁阀等

〔9扩展时原系统改变最小

〔10用户存储器至少能扩到4KB〔适应当时汽车装配过程的需要

十项指标的核心要采用软布线〔编程方式代替继电控制的硬接线方式,实现大规模生产线的流程控制。

1.3.2PLC的定义

美国国际电工委员会〔IEC在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统,它采用了可编程序的存储器,用来在其部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入或输出,控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备,都应按照易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。

定义强调了PLC应直接应用与工业环境,它必须具有很强的抗干扰能力,广泛的适应能力和应用围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。

定义还强调了PLC是"数字运算操作的电子系统",他也是一种计算机,它是"专为在工业环境下应用而设计的"工业计算机。这种工业计算机采用"面向用户的指令",因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作,它还具有"数字量和模拟量输入和输出"的能力,并且非常容易与"工业控制系统联成一体",易于"扩充"。

1.3.3PLC的发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。

〔1向小型化、专用化、低成本方向发展

随着微电子技术的发展,新型器件大幅度的提高功能和降低价格,使PLC结构更为紧凑,相当与一本精装本书的大小,操作使用十分方便。PLC的功能不断增加,将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。

〔2向大容量、高速度方向发展

大型PLC采用多微处理器系统,有的采用了32位微处理器,可同时进行多任务操作,处理速度提高,特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外,存储容量大大增加。

〔3智能型I/O模块的发展

智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件,它们的CPU与PLC的主CPU并行工作,占用主CPU的时间很少,有利于提高PLC的扫描速度。

〔4基于PC的编程软件取代编程器

随着计算机的日益普及,越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态,即设置硬件的结构和参数,例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。

〔5PLC编程语言的标准化

与个人计算机相比,PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面,各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致,因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题,IEC制定了可遍程序控制器标准。标准中共有5种编程语言,允许编程者在同一程序中使用多种编程语言,这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。

〔6PLC通信的易用化

PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息,使系统形成一个统一的整体,实现分散控制和集中控制。

〔7组态软件与PLC的软件化

个人计算机〔PC的价格便宜,有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。

〔8PLC与现场总线相结合

现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。

〔9开发新型特殊功能模块

I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。

<10>CPU的处理速度进一步加快

目前,PLC的处理速度与计算机相比还比较慢,其高的CPU也不过80486,将来会全面使用64位的RISC芯片,采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式,将各种模块智能化,部分系统程序用门阵列电路固化,这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

1.3.4PLC的特点

〔1抗干扰能力强,可靠性好

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验,主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：

1隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施,使外部电路与部电路之间避免了电的联系,可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响,同时防止外部高电压串入,从而减少故障和误操作。

2滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路,用以对高频干扰信号进行有效的抑制。

3对部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施,以减少外界干扰,保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立,以避免电源之间的干扰。

4部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog〔"看门狗"等电路,一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟〔WDT规定时间〔预示程序进入了死循环,立即报警,以保证CPU可靠运行。

5利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测,并采用信息保护和恢复措施。

6对用户程序及动态工作数据进行电池备份,以保障停电后有关状态或信息不丢失。

7采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构,以适应工作现场的恶劣环境。

8以集成电路为基本元件,部处理过程不依赖于机械触点,以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式,也提高了抗干扰能力。

〔2控制系统结构简单,通用性强

PLC及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

〔3编程方便,易于使用

PLC是面向用户的设备,PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯,PLC程序的编制,采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似,这种编程语言现象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识和语言,只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间学会。

〔4功能完善

PLC的输出/输入功能完善,性能可靠,能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC部具有许多控制功能,诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器,它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能,不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能,而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。

〔5设计、施工、调试、的周期短

用继电接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出继电器屏的布置和接线图等,进行安装调试,以后修改起来十分不便。而采用PLC控制,由于其硬软件齐全,为模块化积木式结构,且已商品化,故仅需按性能、容量等选用组装,而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行,因而缩短了设计周期,使设计和施工可同时进行。

〔6体积小,维护操作方便

PLC体积小,质量轻,便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态,还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。

〔7易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

〔8可实现三电一体化

PLC将电控〔逻辑控制、电仪〔过程控制和电结〔运动控制这三电集于一体,可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统,以适应各种工业控制的需要。

1.3.5PLC的主要功能

〔1条件控制功能

条件控制〔或称逻辑控制或顺序控制功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接,进行开关控制。

〔2定时/记数控制功能

定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制,以取代时间继电器和记数继电器。

〔3数据处理功能

数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。

〔4步进控制功能

步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中,只有前一道工序完成以后,才能进行下一道工序操作的控制,以取代由硬件构成的步进控制器。

〔5A/D与D/A转换功能

A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。

〔6运动控制功能

运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。

〔7过程控制功能

过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。

〔8扩展功能

扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元〔即I/O扩展单元模块来增加输入输出点数,也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。

〔9远程I/O功能

远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接,进行远程控制,接收输入信号、传出输出信号。

〔10通信联网功能

通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的等,实现远程I/O控制或数据交换,以完成较大规模系统的复杂控制。

〔11监控功能

监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程,对系统中出现的异常情况进行报警和记录,甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。

2PLC概述

2.1PLC组成

2.1.1PLC的输入

通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。PLC要想取代继电器控制,首先要解决外部设备的直接输入问题。由于当时主要集中在开关量控制,也就是开关量〔触点的开闭状态如何直接接入PLC并被PLC所识别,对此就需要解决以下几个问题：有源接入,无源接入,绝缘问题,隔离问题和互相干扰问题。PLC就是一个计算机控制系统,在其发展过程,人们曾将计算机直接用于工业控制,但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O〔输入/输出问题,计算机不能直接和工业现场设备连接现在了应用；二是计算机的I/O功能,开关逻辑处理不够丰富和强大。现在的PLC成功的解决了这两个方面的问题,可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。计算机的部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能,使其能够完成复杂的控制功能,这也是PLC能够迅速发展的原因。

2.1.2PLC的输出

输出问题主要是接点的驱动能力问题,或者说是带负载能力和输出方式的问题。输出动作次数的限制,是保证PLC的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。现在的PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了多种输出方式且动作次数可保证万次无故障的产品。

2.1.3PLC的控制机制

PLC已经完全取代继电器控制系统。只要对其控制机制有了准确的理解,才能对其持续的开发并创造性的使用它。I/O电路已经保证了PLC与现场设备的直接连接,并在部寄存器存储了这些状态。但是,为了取代继电器的控制,更重要的是如何组织和使用这些开关量,从而达到软件程序代替硬件连线的目的。在这里通过对继电器的控制的电路的特点的介绍,已经知道继电器控制电路的特点在于各个控制单元是否动作是由其接点条件控制的,并不受其前后位置的影响。同一时刻,可有多个不同的控制单元继电器的动作〔翻转,控制的结果、逻辑动作顺序也是由接点条件来控制的。这于计算机顺序执行的工作的特点是矛盾的。主要体现在：一是乱序,只要条件满足就执行；而另一个是顺序执行。PLC充分利用了计算机存储程序的思想和高速的特点,采用了控制系统中的离散控制方式,使它的控制能够完全代替继电器的控制。具体的说就是将连续的控制用离散的控制代替,如下式：

Y<n>=f<x<n-1>,y<n-1>>

式中,Y〔n为某一时间段的输出值；

Y〔n-1为上一时间段的输出值；

X〔n-1为上一时间段某一时刻的输入值；

F为他们应满足的控制关系。

即某一时间段的输出完全取决于上一时间某一时刻的输入和上一时间段的输出。

至于上一时间段的输出,在参加计算的时候,只是存储在映像寄存器中的输出结果,执行运算过程中并不修改端子的输出值。真实的输出已表现在端子的接点上,并要保持一个时间段,也就是采取集中输出的方式,在计算的过程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不会对先阶段的输出产生影响。这样只要时间段足够短,并且PLC周而复始的运行着就完全可以模仿继电器的控制并且取代它。

由于采用集中I/O的思想,其I/O状态存储在寄存器中,可以充分发挥计算机的强大逻辑家能力,以完成更复杂的控制功能。

如图1所示,PLC与通用计算机没有什么区别,只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换,并将这个变换物理实现,应用与工业现场。

〔1输入寄存器

输入寄存器可按为进行寻址,每一为对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由相互如开关量驱动,并保持一个扫描周期。CUP可以读其值,但是不可以写或进行修改。

〔2输出寄存器

输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值,在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。

〔3存储器

存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能修改,PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能。

〔4CUP单元

CUP单元控制着I/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中的程序的解释执行工作,是PLC的大脑。

〔5其他单元接口

其他单元接口用语提供PLC与其他设备和模块进行连接通信的物理条件

图2PLC的组成

2.1.4PLC的定义

最初,可编程逻辑控制器〔ProgrammableLogicController简称PLC。只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制。1987年2月,国际电工委员会〔IEC对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统,专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器,用于其部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令,并通过数字式和模块式输入/输出,控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。

2.1.5PLC的特点

〔1可靠性高。在I/O环节,PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储,一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。

〔2控制功能强。PLC采用的CUP一般是具有较强位处理功能的为处理机,为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能,可以采用双CPU的运行方式,使其功能得到极大的增强。

〔3编程方便易学。第一编程语言〔梯形图是一种图形编程语言,与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似,理解方式也相同,非常适合现场人员学习。

〔4使用于恶劣的工作环境。采用封装的方式,适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。

〔5与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可坼装的活动端子排,提供不同的端子功能适合于多种电器规格。

〔6体积小、重量轻、功耗底。

〔7性价比高。

〔8模块化结构,扩展能力强。根据现场的需要进行不同功能的扩展和组装,一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。

〔9维修方便,功能更灵活。程序的修改就以意味着功能的修改,因此功能的改变非常灵活。

2.1.6PLC的性能指标

〔1存储容量

这里专指用户存储器的存储容量,它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化围一般为2KB~~2MB。

〔2I/O点数

I/O点数,即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多,外部可以连接的I/O器件就越多,控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。

〔3扫描速度

扫面速度是指PLC执行程序的快慢,是一个重要的性能指标,体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。从自动控制的观点来看,决定了系统的实时性和稳定性。

〔4指令的多少

她是衡量PLC能力强弱的标志,决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。

〔5部寄存器的配置和容量

它直接对用户编制程序提供支持,对PLC指令的执行速度及可完成的功能提供直接的支持。

〔6扩展能力

扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面的容。

〔7特殊功能单元

特殊功能单元种类多,也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。

2.1.7PLC的分类

不同的分类标准会造成不同的分类结果,PLC常用的分类方式有如下两种。

按其I/O点数一般分为微型〔32点以下、小型〔128点以下、中型〔1024点以下、大型〔2048点以下、超大型〔从2048点以上可达8192点以上5种。

按结构可分为箱体式、模块式和平板式3种。

2.2PLC工作原理

2.2.1循环扫描

CUP连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CUP的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CUP自诊断测试及写输出等等容。

PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。他意识周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分,用户程序不运行时,PLC也在扫描,只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分的容。典型的PLC在一个周期中可以完成以下5个扫描过程。

〔1自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠行,及时放映所出现的故障,PLC都具有自监视功能。

〔2与网络进行通讯的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程,配有网络的PLC系统才有通讯扫描过程,这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。

〔3用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下,每一个扫描周期都包含该扫描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的,即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短会影响过程所用的时间。

〔4读输入、写输出扫描过程。机器在正常运行状态下,每一个扫描周期都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CUP在处理用户程序时,使用的输入值不是直接从输入点读取的,运算的结果也不直接送到实际输出点,而是在存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器,另一个为输出映象寄存器。用户程序所用的输入值是输入映象寄存器的值,运算结果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中,CUP把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中CUP把输出映像寄存器的值的输出点。

循环扫描有如下特点：

〔1扫描周期周而复始地进行,读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。

〔2输入映像寄存器的容是由设备驱动的,在程序执行过程中的一个周期输入映像寄存器的值保持不变,CUP采用集中输入的控制思想,只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。

〔3对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。

〔4各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟,这是PLC的主要缺点。

在读输入阶段,CUP对各个输入端子进行扫描,通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段,CUP按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描,根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序,同时将执行结果写入输出映象寄存器。在程序执行期间,即使输入端子状态发生变化,输入状态寄存器的容也不会改变——输入端子状态变化只能在下一个周期的输入阶段才被集中读入。

输入/输出采用映象寄存器的优点：

〔1集中采用I/O,程序扫描期间输入值固定不变,程序执行完后统一输出。这种集中

图3PLC信号的传递过程

I/O的方式保证的程序的顺序执行与外部电路乱序执行的统一,使系统更加稳定可靠。

〔2程序执行时,存取映象寄存器要比读写I/O端点快的多,这样可以加快程序执行速度。

〔3I/O点必须按位存取,而映象寄存器可按位、字节、字、双字灵活的存取,增加了程序的灵活性。

I/O响应时间

由于PLC采用循环扫描的工作方式,而且对输入和输出信号只在没个扫描周期的固定时间集中输入/输出,所以必然会产生输出信号相对输入信号滞后的现象。扫描周期越长,滞后现象越严重。

响应时间有输入延迟、输出延迟和程序执行时间部分决定。

〔1PLC输入电路设置了滤波器,滤波器的常数越大,对输入信号的延迟作用越强。输入延迟是由硬件决定的,有的PLC滤波器时间常数可调。

〔2从输出锁存器到输出端子所经历的时间称为输出延迟,对于不同的输出形式,其值大小不同。它也是由硬件决定的,对于不同信号的PLC可以通过查表得到。

〔3程序执行时间主要由程序长短来决定,对于一个实际的控制程序,编程人员须对此进行现场测算,使PLC的响应时间控制在系统允许的围。

在最有利的情况下,输入状态经过一个扫描周期在输出得到响应的时间,称为最小I/O响应时间。在最不利的情况下,输入点的状态恰好错过了输入的锁入时刻,造成在下一个输出锁定才能被响应,这就需要两个扫描周期时间,称为最大I/O响应时间。它们是由PLC的扫描执行方式决定的,与编程方法无关。

2.2.3PLC中的存储器

PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。

〔1系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序,它决定了PLC的功能,用户不能更改其容。

〔2用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。

〔3用来存储工作数据的区域称为工作数据区。

2.3PLC的编程语言

PLC的硬件系统中,与PLC的编程应用关系最直接的要算数据存储器。计算机运行处理的是数据,数据存储在存储区中,找到待处理的数据一定要知道数据的存储地址。

PLC和其他的计算机一样,为了使用方便,数据存储器都作了分区,为了每个存储单元编排了地址,并且经机系统程序为每个存储单元赋予了不同的功能,形成了专用的存储元件。这就是前面提到过的编程的"软"元件。为了理解方便,PLC的编程元件用"继电器"命名,认为它们象继电器一样具有线圈以及触点,并且线圈得电,触点动作。当然这个线圈和触点只是假象,所谓线圈得电不过是存储单元置1,线圈失电,不过就是存储单元置0,也正因为如此,我们称之为"软"元件。但是这种"软"继电器也有个突出的好处,可以认为它们具有无数多对动合动断触点,因此每取用一次它的触点,不过是读一次它的存储数据而已。

2.3.1PLC的编程结构功能图

任何语言都有编程的对象和基础,重要介绍梯形图语言和语句表语言,而功能图是理解这两种语言的基础。如图3所示为PLC部的结构功能示意图。

输入继电器是由外部输入驱动的,梯形图中只能使用其介入点状态值,用户不能改变输入继电器的状态。辅助继电器的种类和多少决定了PLC控制功能的强弱,相当于工作寄存器的多少和功能的强弱。

实际的PLC中并没有图中的物理继电器,用继电器来表示PLC的部功能结构是为了使习惯于继电器控制的工程技术人员更好的理解PLC的功能,更好的使用PLC,就像他在设计继电器控制电路一样。

梯形图语言是一种图形化的语言,是一种面向控制过程的"自然语言"。梯形图编程语言形象、直观、准确的描述了逻辑控制关系,容易被广大的工程技术人员所掌握。

PLC与被控对象所连接的只是I/O条件,而I/O之间的组合控制关系需要用软件的方法来描述清楚,梯形图是一种描述方法,当然还有语句等表示其他的语言。语言的支持取决于厂家开发的系统程序只要将其输入PLC的用户程序存储器中,PLC就能够直接解释并实现I/O间的控制关系。当控制关系发生改变时,只要修改梯形图程序,重新输入到PLC的存储器即可。

图4PLC部的结构功能示意图

梯形图编程语言

PLC是通过程序对系统进行控制的,作为一种专用计算机,为了适应其应用领域,一定有其专用的语言。PLC的编程语言有多种,如梯形图、语句表、功能图、逻辑方程等。梯形图编程语言是一种图形语言,具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言,用助记符来表示各种指令的功能,是PLC用户程序的基础元素。

一般而言,梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件,根据结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成小的容易理解的片,这些片通常被称为"梯级"或网络。

程序一次扫描执行一次网络,按照从做到右、从上到下的顺序进行。一旦CUP执行到程序的结尾,就又从上到下执行程序。在每一个网络中,指令以列为基础被执行,从上而下、从左到右依次执行,直到本网络的最后一个线圈列。因此为了充分利用存储器容量,使扫描时间尽可能短,利用梯形图编程时应限制触点之间的距离,并使网络左上边这部分空白最少。其中,串联触点较多的支路要写在上面,并联支路应写在左边,线圈放于触点的右边。

如图4所示是用PLC控制的梯形图程序,可完成与继电器控制的电动机直接起、停〔起、保、停继电器控制电路图相同的功能。

梯形图和继电器控制电路图很相似,这是可以用PLC控制取代继电器控制的基础,可以把经过实践证明设计是成功的继电器电路图进行转换,从而设计出具有相同功能的PLC控制程序,充分发挥PLC的功能完善、可靠性高、控制灵活的特点。当然,它们还是存在着本质上的区别,主要表现如下所述。

图5梯形图

〔1继电器控制电路中使用的继电器是物理的元器件,继电器与其他控制电器之间的连接必须通过硬件连接线来完成。PLC中的继电器是部的寄存器位,称为"软继电器",它具有物理继电器相似的功能。当它的"线圈"通电时,其所属的常开触点闭合,常闭触点断开；当它的线圈断电时,其所属的常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中的接线称为"软接线",这种"软接线"是通过编程来实现的,具有更改简单、调试方便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图,相对来素施工困难、更改费力。

〔2PLC中的每一个继电器都对应着一个部的寄存器,由于可以随时不受限地读取其容,所以,可以认为PLC的继电器有无数个常开、常闭触点供用户使用。PLC梯形图中的触点代表的是"逻辑"输入条件、外部的实际开关、按钮或部的继电器触点条件等。而物理继电器的触点个数是有限的。

〔3PLC的输入继电器是由外部信号驱动的,在梯形图中只能用其触点,这在物理继电器中是不可能的。线圈通常代表"逻辑"输出结果,如灯、电机启动器、中间继电器、部输出条件等。

〔4继电器控制系统中是按照触点的动作顺序和是延迟逐个动作的,动作顺序与电路图的编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作,首先采取输入信号,然后对所有梯形图进行计算,造成了宏观与动作顺序的无关,但是微观上在一个时间段上的是实际执行顺序与梯形图的编写顺序一致而不是无关的。

〔5PLC梯形图中的两根母线以失去原有的意义,它只表示一个梯形的起始和终了,并无实际电流通过,假象的概念电流只能从左向右流。

为了充分发挥CUP的逻辑运算功能,设置了大量的称为盒的附加命令,如定时器、计算器、格式转换、模拟量I/O、PID调节或数学运算指令等,充分的发挥了计算机的强大计算功能,他们与部继电器一起完成PLC的各种复杂控制功能。

2.4PLC的分类

PLC发展到今天,已经有了多种形式,而且功能也不尽相同,分类时,一般按以下原则来考虑

按I/O点数容量分类

一般而言,处理I/O点数越多,则控制关系就比较复杂,用户要求的程序存储器容量比较大,要求PLC指令及其他功能比较多,指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。

〔1小型机

小型机PLC的功能一般以开关量控制为主,小型PLC输入、输出点数一般在256点以下,用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉,体积小巧,适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。

典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整体式PLC产品。

〔2中型机

中型PLC的输入、输出总点数在256~~2048点之间,用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能,还具有更强的数字计算能力,它的通信功能和模拟量处理功能更强大,中型机比小型机更丰富,中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。

典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模块式PLC产品。

〔3大型机

大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上,用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当,它具有计算、控制和调节的能力,还具有强大的网络结构和通信联网能力,有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示,能够表示过程的动态流程,记录各种曲线,PID调节参数等；它配备多种智能板,构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互联,和上位机相联,组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。

典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。

2.4.2按结构形式分

根据PLC结构形式的不同,PLC主要可分为整体式和模块式两类。

〔1整体式结构

整体式结构的特点是将PLC的基本部件,如CUP板、输入板、输出板、电源板等紧凑的安装在一个标准的机壳,构成一个整体,组成PLC的一个基本单元〔主机或扩展单元。基本单元上设有扩展端口,通过扩展电缆与扩展单元相连,配有许多专用的特殊功能的模块,如模拟量输入/输出模块、热电偶、热电阻模块、通信模块等,以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小,成本底,安装方便。

微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200

〔2模块式结构

模块式结构的PLC是由一些模块单元构成,这些标准模块如CUP模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等,将这些模块插在框架上和基板上即可。各个模块功能是独立的,外型尺寸是统一的,可根据需要灵活配置。

目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。

整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式PLC的硬件组态方便灵活,I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大的多,维修时更换模块、判断故障围也很方便,因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。

2.5PLC与继电器控制系统的区别

PLC梯形图与继电器控制电路图非常相似,主要原因是PLC梯形图大致上沿用了继电器控制的元件符号和术语,仅个别之处有不同。同时,信号的输入/输出形式及控制功能也基本上是相同的,但是PLC的控制与继电器的控制又有根本的不同之处,主要表现在以下几个方面。

〔1逻辑控制

继电器控制逻辑采用硬接线逻辑,利用继电器机械触点的串联或并联,及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑,其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高,一旦系统构成后,想改变或增加功能都很困难。另外,继电器触点数目有限,每个只有4——8个对触点。因此,灵活性和扩展性很差。而PLC采用存储器逻辑,其控制逻辑以程序方式存储在存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,故称为"软接线"。因此灵活性和扩展性都很好。

〔2工作方式

电源接通时,继电器控制电路中各个继电器都同时处于受控状态,即该吸合的都应该吸合,不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合,它属于并行工作方式。而的控制逻辑中,各部器件都处于周期性循环扫描过程中,属于串行工作方式。

〔3可靠性和可维护性

继电器控制逻辑使用了大量的机械触点,连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏,并有机械磨损,寿命短,因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自监和监督功能,能检查出自身的故障,并随时显示给操作人员,还能动态的监视控制程序的执行情况,为现场调试和维护提供了方便。

〔4控制速度

继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制,工作频率底,触点的开闭动作一般在几十MS数量级。另外,机械触点还会出现抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,属于无触点控制,速度极快,一般一条用户指令执行时间在数量级,且不会出现抖动。

〔5定时控制

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说,时间继电器存在定时精度不高,定时围窄,且易受环境湿度和温度变化的影响,调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路做定时器,时基脉冲由晶体震荡器发生,精度相当高,且定时时间不受环境的影响定时围一般从0.001S到若干天或更长。用户和根据需要在程序中设定定时值,然后用软件来控制定时时间。

〔6设计和施工

使用继电器控制逻辑完成一项控制工程,其设计、施工、调试必须依次进行,周期长而且修改困难。工程越大着一点就越突出。而用PLC完成一项控制工程,在系统设计完成以后,现场施工和控制逻辑的设计〔包括梯形图的设计可以同时进行,周期短,且调试和修改都很方便。

从以上几个方面的比较可知,PLC在性能上比继电器控制逻辑优异,特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便,而且体积小、功耗低、使用维护方便。但是在很小的系统中使用时,价格要高于继电器系统。

2.6PLC控制系统的结构

使用PLC可以构成多种形式的控制结构,下面介绍几种常用的PLC控制系统。

2.6.1单机控制系统

单机控制系统是较普通的一种PLC控制系统。该系统使用一台PLC控制一个对象,控制系统要求的I/O点数和存储器容量都比较小,没有PLC的通讯问题,采样条件和执行结构都比较集中,控制系统的构成简单明了。

如图5所示是一个简单的单机控制系统,图中PLC可以选用任何一种类型。在单机控制系统中由于控制对象比较确定,因此系统要完成的功能一般较明确,I/O点数、存储器容量等参数的余量适中即可等参数的余量适中即可。

图6简单的单机控制系统

集中控制系统

集中控制系统用仪态功能强大的PLC监视、控制多个设备,形成中央集中式的控制系统。其中,各个设备之间的联络,连锁关系、运行顺序等统一由中央PLC来完成,如图6示

显然,集中控制系统比单机控制系统经济的多。但是当其中一个控制对象的控制程序需

要改变时,必须停止运行中央PLC,其他的控制对象也必须停止运行。当各个控制对象的地理位置距集中控制系统比较远时,需要大量的电缆线,造成系统成本的增加。为了适应控制系统的改变,采用集中控制系统时,必须注意选择I/O点数和存储器容量时要留有足够的余量,以便满足增加控制对象的要求。

图7集中控制系统

分散控制系统

分散控制系统的构成如图7所示,每一个控制对象设置一台PLC,各台PLC可以通过信号传递进行部连锁、响应或发令等,或者由上位机通过数据通信总线进行通讯。

分散控制系统常用于多台机械生产线的控制,各个生产线之间有数据连接。由于各个控制对象都由自己的PLC进行控制,当其中一个PLC停止运行时不需要停止运行其他的PLC。

随着PLC性能的不断提高,由PLC担当低层控制任务,通过网络连接,PLC与过程控制相结合的分散控制系统将是计算机控制的重要发展方向。

与集中控制系统相比,分散控制系统的可靠性大大加强。具有相同I/O点数时,虽然分散控制系统中多用了一台或几台PLC,导致价格偏高,但是从维护、试运转或增设控制对象等方面来看,其灵活性要大的多,总的成本核算是合理的。

图8分散控制系统

2.7三菱PLC的优点

菱电公司的AnSH和FX2N型PLC在工业控制中是市场占有率较高的PLC,以其可靠应用的品质、较高的性价比和抗干扰性能强而著称,这两款PLC的应用使得系统的可靠性和经济性得到了保证。

2与其他产品相比,三菱PLC指令简洁,给用户编程,维护都带来极大方便,降低了生产成本,可较大缩短开发周期。

3CC－Link现场总线传输速率较高,数据传输可靠性好,保证了本系统大量仿真数据的可靠传输,使得系统的实时性、可靠性得到了保证。同时,CC－Link的应用大量减少现场布线,使得系统的可维护性得到了提高。

4系统采用真正的分布式概念,使得仿真平台相互之间的相关性减少,便于了系统的设计、分析和应用。

5系统由现地手动和远程计算机自动控制两种方式,增加了系统的灵活性。

3PLC系统设计

3.1控制系统设计原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象〔生产设备或生产过程的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则：

<1>最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前,应深入现场进行调查研究,收集资料,并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合,共同拟订电气控制方案,协同解决设计中出现的各种问题。

<2>在满足控制系统要求的前提下,力求使控制系统简单、经济,使用及维修方便。

〔3保证控制系统的安全、可靠。

〔4考虑到生产的发展和工艺和改进,在选择PLC容量时,应适当留有裕量。

3.2控制系统设计的基本容

PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的,因此,PLC控制系统设计的基本容应包括：

〔1用户输入设备〔按钮、操作开关、限位开关、传感器等、输出设备〔继电器、接触器、信号灯等执行元件以及由输出设备驱动的控制对象〔电动机、电磁阀等。这些设备属于一般的电气元件,其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。

〔2PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件,正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择PLC,应包括机型选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。

〔3分配I/O点,绘制I/O连接图。

〔4设计控制程序。包括设计梯形图、语句表〔即程序清单和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件,是保证系统工作安全、可靠的关键。因此,控制程序饿设计必须经过反复调试、修改,直到满足要求为止。

〔5必要时还需设计控制台

〔6编制控制系统的技术文件。

3.3控制系统设计的一般步骤

〔1根据生产的工艺过程分析控制要求。

〔2根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备,据此确定PLC的I/O点数。

〔3选择PLC系统。

〔4分配PLC饿I/O点,设计I/O连接图。

〔5进行PLC程序设计,同时可进行控制太的设计和现场施工。

3.4编写梯形图的注意事项

〔1输入/输出继电器、部辅助继电器、定时器、记数器等器件的触点可以多次重复使用,无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。

〔2梯形图每一行都是从左母线开始,线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外,任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段,可以通过特殊部常闭继电器或一个没有使用的部继电器的常闭触点来连接。

〔3在程序中,不允许同一编号的线圈两次输出。

〔4不允许出现桥式电路。

程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数,程序应为"左大右小,上大右小"。

3.5程序设计的步骤

〔1对于较复杂的控制系统,需绘制系统控制流程土,用以清楚地表明动作的顺序和条件。

〔2设计梯形图。这程序设计的关键一步,也是比较困难的一步。

〔3根据梯形图编制程序清单。

〔4用编程器将程序输入到PLC的用户存储器中,并检查输入的程序是否正确。

〔5对程序进行调试和修改,直到满足要求为止。

〔6待控制台及现场施工完成后,就可以进行联机调试。若未满足要求,再从新修改程序或检查接线,直到满足为止。

〔7编写技术文件。

〔8交付使用。

4密码锁PLC程序设计

4.1密码门的外形

图表1键盘图

密码锁的外形结构如图所示,将PLC镶嵌与门中,门上L1,L2为指示,键盘上有14个按钮,分别为密码输入键10个,确定键,修改键,密码1,密码2启动按钮,

图表2门框整体图

4.2设计任务的确定

密码锁的外形结构如图所示,将PLC镶嵌与门中,门上L1,L2为指示,键盘上有14个按钮,分别为密码输入键10个,确定键,修改键,密码1,密码2启动按钮,

4.3程