可編程控制器、可編程控制器實(shí)訓室建設

可編程序控制器（也稱(chēng)PC或PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機自動(dòng)控制和通信等技術(shù)的一種新型通用工業(yè)控制裝置，廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造，汽車(chē)、輕工、交通運輸、環(huán)保以及文化娛樂(lè )等各種行業(yè)。
根據教育部頒布的教學(xué)大綱，可編程實(shí)驗室配備，西門(mén)子可編程控制實(shí)訓裝置、包括電腦�？删幊炭刂破髦鳈C及十種教學(xué)實(shí)訓模型。學(xué)生可根據教學(xué)模型的特點(diǎn)在老師的指導下自己設計梯形圖，編寫(xiě)程序，編寫(xiě)組態(tài)，聯(lián)機運行。從而提高學(xué)生的創(chuàng )新能力，職業(yè)能力，培養出真正意義的“經(jīng)驗型應用技能型人才”。
可編程控制器實(shí)訓：可編程控制器操作臺由核心的控制元件（可編程控制器和變頻器）和附屬元件組成。該系統可實(shí)現物料自動(dòng)上料、機械手搬運、物料自動(dòng)分揀功能。在這個(gè)平臺上可以進(jìn)行單個(gè)的硬件設計和PLC編程練習，在對硬件結構和順序功能圖編程熟練應用的基礎上，完成系統從上料到搬運，以至最后分揀的一整套自動(dòng)化系統。由于該系統是一個(gè)開(kāi)放的系統，學(xué)生可以根據自己的需求，搭建屬于一個(gè)自己的自動(dòng)化平臺，這對于學(xué)生學(xué)習機械和自動(dòng)化編程具有重要的意義。
PLC實(shí)訓室主要負責機電類(lèi)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的畢業(yè)設計。
隨著(zhù)微處理器，計算機的和數字通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制技術(shù)已經(jīng)滲透到所有工業(yè)領(lǐng)域。當前用于工業(yè)控制的計算機可分為:可編程控制器,基于 PC總線(xiàn)的工業(yè)控制計算機,基與單片機的測控裝置,用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調節器,集散控制系統(DCS)和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)等�？删幊炭刂破魇菓�用廣泛,功能強大,使用方便的通用工業(yè)控制裝置,已成為當代工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱.近幾年來(lái)，在國內已得到迅速推廣普及。正改變著(zhù)工廠(chǎng)自動(dòng)控制的面貌，對傳統的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實(shí)際意義。
可編程控制器是60年代末在美國首先出現的，當時(shí)叫可編程邏輯控制器，目的是用來(lái)取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時(shí)、計數等順序控制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，控制器的硬件是標準的、通用的。根據實(shí)際應用對象，將控制內容寫(xiě)入控制器的用戶(hù)程序內，控制器和被控對象連接也很方便。
可編程控制器對用戶(hù)來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠(chǎng)商角度看，在制造階段不需要根據用戶(hù)的要求專(zhuān)門(mén)設計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。
可編程序控制器，英文稱(chēng)Programmable Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但由于 PC容易和個(gè)人計算機（Personal Computer）混淆，故人們仍習慣地用PLC 作為可編程序控制器的縮寫(xiě)。它是一個(gè)以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專(zhuān)為在工業(yè)現場(chǎng)應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)/計數和算術(shù)運算等操作指令，并通過(guò)數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機技術(shù)與傳統的繼電接觸控制技術(shù)相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點(diǎn)的接線(xiàn)復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專(zhuān)門(mén)的計算機編程語(yǔ)言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶(hù)程序編制形象、直觀(guān)、方便易學(xué)；調試與查錯也都很方便。用戶(hù)在購到所需的PLC 后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線(xiàn)和簡(jiǎn)易的用戶(hù)程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實(shí)踐。
一、PLC的結構及各部分的作用
PLC的類(lèi)型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個(gè)主要部分組成。PLC的硬件系統結構如下圖所示：
1、PLC主機編程裝置
主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶(hù)程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶(hù)程序、監控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶(hù)指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進(jìn)行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類(lèi)，一類(lèi)是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶(hù)程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠(chǎng)家固定，用戶(hù)不能更改；另一類(lèi)是用戶(hù)程序及數據存儲器，主要存放用戶(hù)編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。
2、輸入/輸出（I/O）接口
I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結果通過(guò)功放電路去驅動(dòng)輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O 點(diǎn)數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術(shù)指標，通常小型機有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機將超過(guò)千點(diǎn)。
3、電源
圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開(kāi)關(guān)穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。
4、編程
編程是PLC利用外部設備，用戶(hù)可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監示PLC的工作情況。通過(guò)專(zhuān)用的PC/PPI電纜線(xiàn)將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專(zhuān)用的編程軟件進(jìn)行電腦編程和監控。
5、輸入/輸出擴展單元
I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元
（即主機）連接在一起。
6、外部設備接口
此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。
實(shí)驗裝置提供的主機型號是西門(mén)子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點(diǎn)數為14，輸出點(diǎn)數為10。
二、PLC的工作原理 PLC是采用"順序掃描，不斷循環(huán)"的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運行時(shí)，CPU根據用戶(hù)按控制要求編制好并存于用戶(hù)存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執行用戶(hù)程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。
PLC的掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個(gè)階段。
PLC在輸入采樣階段：首先以?huà)呙璺绞桨错樞驅⑺�有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數據讀入，并將其寫(xiě)入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執行階段。
PLC在程序執行階段：按用戶(hù)程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結果再寫(xiě)入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著(zhù)程序的執行而改變。
輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動(dòng)相應輸出設備工作。
三、PLC的程序編制編程元件
PLC是采用軟件編制程序來(lái)實(shí)現控制要求的。編程時(shí)要使用到各種編程元件，它們可提供無(wú)數個(gè)動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)。編程元件是指輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、位存儲器、定時(shí)器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能存儲器等。
PLC內部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統中使用的繼電器十分相似，也有"線(xiàn)圈"與"觸點(diǎn)"，但它們不是"硬"繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫(xiě)入該單元的邏輯狀態(tài)為"1"時(shí)，則表示相應繼電器線(xiàn)圈得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)。所以，內部的這些繼電器稱(chēng)之為"軟" 繼電器。