鄭州繼飛機(jī)電設(shè)備有限公司

繼飛機(jī)電(圖)-中壓自動(dòng)化控制柜-上街區(qū)自動(dòng)化控制柜 ：

可編程控制器基礎(chǔ)自動(dòng)化控制柜

1.0 可編程控制器概述

可編程控制器（programmable controller）為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）加以區(qū)分，又簡(jiǎn)稱為PLC（Programmable Logic Controller）。

1987年國際電工委會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義： “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?/p>

1.可編程控制器的由來

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，成本與效率成了制造業(yè)的追求。為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，工業(yè)控制產(chǎn)品的更新?lián)Q代已經(jīng)勢(shì)在必行。在20世紀(jì)60年代，用于制造業(yè)的生產(chǎn)流水線主要是采用繼電器控制，但產(chǎn)品不是一成不變的，需要更改工藝或流程。這樣，修改一條生產(chǎn)線要更換大量的硬件和進(jìn)行復(fù)雜的線路的改接，在一定程序上浪費(fèi)了硬件、延長(zhǎng)了施工周期、增加了成本。于是人們?cè)噲D研制一種新型的通用控制設(shè)備。1968年，美國通用汽車公司（GM）以客戶的名義對(duì)外提出了10項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)：

1. 編程方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；

　　2. 維修方便，hao是插件式；

　　3. 可靠性高于繼電器控制柜；

　　4. 體積小于繼電器控制柜；

　　5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；

　　6. 在成本上可與繼電器控制競(jìng)爭(zhēng)；

　　7. 輸入可以是交流115V；

　　8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；

　　9. 系統(tǒng)在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更；

10. 用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。

美國數(shù)字設(shè)備（DEC）公司中標(biāo)，于1969年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界上第yi臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上使用并獲得成功。接著美國MODICON公司也研制出084控制，從此，這項(xiàng)新技術(shù)迅速在世界各國得到推廣應(yīng)用。1971年日本從美國引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第yi臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第yi臺(tái)可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。

2.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域自動(dòng)化控制柜

　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，控制方式大致可歸納為如下幾類：

①開關(guān)量的邏輯控制

　　這是PLC基本、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，觸摸自動(dòng)化控制柜，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

②模擬量控制

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

③運(yùn)動(dòng)控制

　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

④過程控制自動(dòng)化控制柜

　　過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

⑤數(shù)據(jù)處理

　　現(xiàn)代PLC具有運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

⑤通信及聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化控制柜

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3. PLC的構(gòu)成

　　從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

　?、?CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中shu的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。

模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA，0-20mA）、電壓型（0-10V，0-5V，-10-10V）等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。

　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

　　按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其da數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受da的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

③電源模塊自動(dòng)化控制柜

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

　?、艿装寤驒C(jī)架自動(dòng)化控制柜

　　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，軟啟動(dòng)自動(dòng)化控制柜，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

總的來說，USS協(xié)議主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 支持多點(diǎn)通信，物理層可使用RS485網(wǎng)絡(luò)；

2. 采用主-從的通信方式，網(wǎng)絡(luò)中duo可以有1個(gè)主站（Master）和31個(gè)從站；

3. 單雙工通信方式，可發(fā)送和接收，但不能同時(shí)進(jìn)行；

4. 報(bào)文簡(jiǎn)單可靠，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變；

USS協(xié)議的波特率gao可達(dá)115.2kbps，通信字符格式為1位起始位、1位停止位、1位偶校驗(yàn)位和8位數(shù)據(jù)位。USS通信的刷新周期與PLC的掃描周期是不同步的，一般完成一次USS通信需要幾個(gè)PLC掃描周期，通信時(shí)間和總線上的變頻臺(tái)數(shù)、波特率以及掃描周期有關(guān)。不同波特率下的USS主站輪詢時(shí)間也有所不同。

主站與從站之間的報(bào)文傳輸有三種方式：

1. 周期性報(bào)文傳輸（Cyclic Telegram Transfer）：

在周期性報(bào)文傳輸過程中，主站每隔一段時(shí)間就發(fā)送報(bào)文給從站，每一個(gè)從站都可以接收到主站發(fā)送的報(bào)文；對(duì)于從站而言，當(dāng)接收到的報(bào)文沒有錯(cuò)誤，并且報(bào)文中的地址是本站的地址時(shí)，從站必須應(yīng)答；當(dāng)主站接收到從站的應(yīng)答后，便與從站建立了邏輯上的連接；在周期性報(bào)文傳輸中，主站與從站之間都會(huì)設(shè)置一個(gè)監(jiān)控時(shí)間，當(dāng)超時(shí)沒有接收到報(bào)文時(shí)，會(huì)提示通信錯(cuò)誤；

2. 非周期性報(bào)文傳輸（Acyclic Telegram Transfer）：

一般來講，報(bào)文的傳輸都是周期性的，但一些用于診斷和服務(wù)的報(bào)文可以非周期性的方式進(jìn)行。在非周期性報(bào)文傳輸中，無法設(shè)置監(jiān)控時(shí)間。

3. 廣播（Broadcast）：

主站通過將通信報(bào)文中的廣播位置1來實(shí)現(xiàn)廣播通信（詳見后續(xù)報(bào)文結(jié)構(gòu)）。在廣播通信中，所有的從站都能收到廣播報(bào)文，并且不需要應(yīng)答。

STX：起始字節(jié)（Start of Text），值為02 Hex，表示報(bào)文的開始；

LGE：第二個(gè)字節(jié)，上街區(qū)自動(dòng)化控制柜，表示報(bào)文的長(zhǎng)度；

ADR：第三個(gè)字節(jié)，表示從站的地址及其它信息；

1~n：n個(gè)字節(jié)，表示數(shù)據(jù)的內(nèi)容（n≤252）；

BCC：后一個(gè)字節(jié)，BCC校驗(yàn)碼；

報(bào)文的長(zhǎng)度LGE是指數(shù)據(jù)長(zhǎng)度n加上ADR和BCC，也就是n+2個(gè)字節(jié)；

地址字節(jié)ADR的第0~4位用來表示從站地址，第5位是廣播標(biāo)志位，第6位是鏡像標(biāo)志位，第7位是特殊用途標(biāo)志位。

由于從站地址的范圍是5個(gè)二進(jìn)制位(bit)，因此能夠表示的da值為十進(jìn)制數(shù)31，這也是為什么USS協(xié)議duo能支持31個(gè)從站的原因；

廣播報(bào)文是把ADR的第5位置1，如果為0，非廣播報(bào)文；

鏡像報(bào)文是把ADR的第6位置1，當(dāng)從站接收到主站的鏡像報(bào)文后，會(huì)原封不動(dòng)的將其發(fā)回給主站；鏡像報(bào)文功能可在調(diào)試時(shí)用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量。如果為0，非鏡像報(bào)文；

USS協(xié)議允許主站與從站之間傳遞不同于標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)裝置的報(bào)文。這些非標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，被稱為特殊報(bào)文。這樣一來，在同一條總線上，就可能同時(shí)存在標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文和特殊報(bào)文兩種情況。為了進(jìn)行區(qū)分，特殊報(bào)文就是將ADR地址的第7位被置1。具有特殊報(bào)文處理能力的從站可以接收特殊報(bào)文并進(jìn)行處理，而普通從站會(huì)忽略特殊報(bào)文。如果該位為0，那么就是標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文，0~6位有效。

這款PLC曾經(jīng)是我每天的工作對(duì)象，大量用在ABB的MNS2.0和MNS3.0開關(guān)柜中用作低壓進(jìn)線和母聯(lián)的備自投操作。

燈是發(fā)光二極管，與線圈并聯(lián)的。如果功能正常而僅僅只是燈不正常，說明發(fā)光二極管本身或者限流電阻出了問題。

此款PLC是ABB的早期產(chǎn)品，屬于AC31的50系列，是法國ABB生產(chǎn)的。目前ABB主推的PLC產(chǎn)品是AC500系列，因此該款PLC及其全部產(chǎn)品和部件都已經(jīng)退出銷售序列，只能自己設(shè)法維修。

維修很簡(jiǎn)單：把PLC殼的螺絲卸下，可以看見那幾只發(fā)光二極管。用萬用表檢查一下，看看到底是二極管壞還是限流電阻壞，然后更換元件既可。

提個(gè)醒：供貨時(shí)隨機(jī)提供的PLC程序要保存好，將來升級(jí)時(shí)，可以直接輸入新款PLC。

本款PLC的程序使用IEC 61131-3的模塊化編程語言來編寫，新款PLC對(duì)它的程序兼容。

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突然發(fā)現(xiàn)，圖片上的PLC只是左上側(cè)的第三個(gè)燈異常點(diǎn)燃。若確實(shí)如此，說明程序運(yùn)行中存在BUG，中壓自動(dòng)化控制柜，但不會(huì)影響運(yùn)行。

等到合適時(shí)，把PLC工作電源斷電，然后再起動(dòng)，一般都能恢復(fù)正常。