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可編程控制器、可編程控制器實訓室建設

可編程序控制器（也稱PC或PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機自動控制和通信等技術(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、輕工、交通運輸、環(huán)保以及文化娛樂等各種行業(yè)。
根據(jù)教育部頒布的教學大綱，可編程實驗室配備，西門子可編程控制實訓裝置、包括電腦。可編程控制器主機及十種教學實訓模型。學生可根據(jù)教學模型的特點在老師的指導下自己設計梯形圖，編寫程序，編寫組態(tài)，聯(lián)機運行。從而提高學生的創(chuàng)新能力，職業(yè)能力，培養(yǎng)出真正意義的“經(jīng)驗型應用技能型人才”。
可編程控制器實訓：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(tǒng)可實現(xiàn)物料自動上料、機械手搬運、物料自動分揀功能。在這個平臺上可以進行單個的硬件設計和PLC編程練習，在對硬件結(jié)構(gòu)和順序功能圖編程熟練應用的基礎上，完成系統(tǒng)從上料到搬運，以至最后分揀的一整套自動化系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，學生可以根據(jù)自己的需求，搭建屬于一個自己的自動化平臺，這對于學生學習機械和自動化編程具有重要的意義。
PLC實訓室主要負責機電類專業(yè)畢業(yè)生的畢業(yè)設計。
隨著微處理器，計算機的和數(shù)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(diào)節(jié)器,集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(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)自動化的重要支柱.近幾年來，在國內(nèi)已得到迅速推廣普及。正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實際意義。
可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)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)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應用對象，將控制內(nèi)容寫入控制器的用戶程序內(nèi)，控制器和被控對象連接也很方便。
可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，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，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的要求專門設計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問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Programmable Controller，簡稱PC。但由于 PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC 作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐。
一、PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用
PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)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主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)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、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設備（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 點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術(shù)指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。
3、電源
圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)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，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的編程軟件進行電腦編程和監(jiān)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(shù)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。
實驗裝置提供的主機型號是西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點數(shù)為14，輸出點數(shù)為10。
二、PLC的工作原理 PLC是采用"順序掃描，不斷循環(huán)"的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，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的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。
PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)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(shù)據(jù)讀入，并將其寫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，進入程序執(zhí)行階段。
PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。
輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)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，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應輸出設備工作。
三、PLC的程序編制編程元件
PLC是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。
PLC內(nèi)部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有"線圈"與"觸點"，但它們不是"硬"繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為"1"時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為"軟" 繼電器。