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1、前 言随着电子技术的发展，连续配料输送自动控制系统在水泥、煤炭、冶金、化工、饲料、食品等行业有很广泛的应用。具有功能全面，灵活性强，性价比高等特点，受到连续配料系统集成商和用户的欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。加盟WTO后，我国商品分销、配送服务市场将逐步扩大开放的领域和范围。而物流是企业发展的关键问题，物流会影响企业总体的生存和发展。在2000年物流成本占国内国民经济生产总值（GDP）的16.7%，而美国仅为10%以下。尤其是企业的物流设备水平与发达国家之间存在着巨大的差距，主
2、要表现为，运输效率低，物流过程浪费惊人。我们知道，差距就是潜力和发展空间，因此，提高物流设备化水平，已成为当务之急。自动配料车是物流体系中运输分配的重要组成部分，它是能自动地存储和取出物料的系统。 PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理，传统PLC是无法完成的。然而基于PC通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和实际应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使它的开发和应用具有良好的前景。第一章 PLC可编程序控制器的概述PLC可编程序
3、控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller，简称PLC，它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通讯技术而发展起来的一种通用控制器。PLC的抗干扰能力强，本身又有极强的自诊断功能。用它构成的控制系统可靠性高,没有普通继电器常见的故障，调试完成后能长期可靠运行，成为现代工业实现自动化的核心设备。1.1可编程控制器经历的三个阶段60年代到70年代为早期PLC控制；70年代到80年代为中期，使用微处理器为中央处理单元；80年代中期至今，内部使用了大规模集成电路。PLC技术最早应用于美国通用汽车的流水线技术中。1971年日本从美国引进PLC技术，很快
4、就研制出日本第一台DSC-8型PLC。早在1984年，日本就有30多个PLC的生产厂家，产品60种以上。西欧在1973年已研制出他们的第一台PLC，并且发展很快。我国PLC的研制与应用较晚，1973年开始研制，1977年开始应用，20世纪80年代初期前发展较慢，20世纪80年代随着成套设备或专用设备引进了不少PLC。20世纪80年代中后期，我国开发应用PLC技术发展迅速，近几年，我国的PLC技术日益广泛更加成熟。PLC技术最早只应用于逻辑运算，经过不断的发展，逐渐可进行逻辑运算、顺序、定时技术与算术操作。美国电器制造商协会（NEMA）经过四年调研，1984年正式命名为PC。为了与个人计算机进行
5、区别，称为PLC。可编程控制器PLC具有自已的编程语言，主要使用对象是广大工程技术人员，不采用微机的编程语言，而采用面向控制过程，面向问题的“自然语言”程序。包适梯形图、指令表、控制系统流程图、逻辑方程式或布尔代数式等，其中梯形图以其形象、直观、简单易用，与电气控制原理图相呼应、易于掌握等特点。 1.2可编程控制器的分类及优势在社会生产各部门，PLC具有极其广泛的应用，按具体应用场合的不同可归纳为以下几类：（1）开关逻辑控制；（2）闭环过程控制；（3）机械加工的数字控制；（4）机器人的控制；（5）组成多级控制系统，实现工厂网络化等等。其中，开关逻辑控制是PLC最基本的控制领域，它取代了传统的继
6、电器、接触器的控制装置。逻辑控制装置大多用于对单机的控制，多机群控制以及生产自动线的控制等。本文正是利用开关逻辑控制来实现小车自动装料的。PLC为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。现将PLC与继电器控制作以下比较：工控机PLC控制技术性使用计算机语言梯形图语言设备接口性要计算机专用接口可与设备直接連接环境要求要求较高要求低继 电 器 控 制PLC 控 制功能用继电器实现控制功能用程序控制适应性改变接线改变程序可靠性受触点接和触点寿命的影响主要部分是集成电路可靠性高通用性根据控制要求硬件连接根椐控制要求改变程序扩充性扩充、改变困难在I/O点数及内存容量许可范围自由扩充维修性定期检查，
7、逐个更换继电器整体交换，更换插件技术性普及、易懂略复杂、比工控机简单经济性适合少于30个继电器的装置适用30以上继电器装置体积大小周期图纸多，安装、装配工作量大，调试周期长即使复杂控制，小易设计，调试周期短表1 PLC与继电器控制的比较通过上表比较可知：可编程控制器PLC具有可靠性高、编程简单、使用方便，系统结构简单，通用性强，安装、维护方便等优点。这也正是本文用PLC来控制送料小车的主要原因。1.3 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O
8、模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 1.3.1 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要
9、用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器主要用于存放系统程序、用户程序以及工作数据。PLC常用的存储类型有RAM 、ROM、 EPROM、 EEPROM。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理运 行停止停止图1 PLC的工作原理PLC采用循环扫描工作方式，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，直至遇到结束符后，又返回第一条，如此周而复始的不断循环。PLC的扫描过程如图1。这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。
10、同信操作服务阶段，PLC与一些智能模块通信，响应程序器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止状态时，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、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。输入处理又叫输入采样。在此阶段，顺序输入所有端子的通断状态，并将读入的信息存入内存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，只有在下一次扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后
11、下的步序，逐句扫描，执行程序。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作的，这和传统的继电器控制系统并行工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。由于PLC采用扫描工作过程，所以在程序的执行阶段即使发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一个周期的输入采样阶段才能改变。扫描周期是一个很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于I/O扫描速度和用户程序的长短，以及程序使用的指令类型。毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的，PLC的影响滞后是允许的，但是对某些I/O快速响应
12、的设备，则采取相应的处理措施。如选用高速CPU，提高扫描速度，采用快速响应模块、高速记数模块以及不同的中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的主要原因：输入滤波器的惯性，输出继电器接点的惯性，程序执行的时间，程序设计不当的附加影响等。我们在此不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及
13、软件容量等，因此限制着控制规模。1.3.2 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指，只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指，连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-
14、20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受到最大的底板或机架槽数限制。1.3.3电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。1.3.4底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上
15、，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。1.3.5 PLC系统的其它设备 (1)编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 (2)人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 (3)输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。1.3.6 PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换
