毕业设计(论文)-基于PLC的传送带的控制系统设计(4)

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处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。

PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用， 而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。

3 .PLC用户程序的循环扫描过程

PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。

a)在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。

b)在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。

c)当所有程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。

因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集中一段时间对输入状态进行采样。

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第三章 PLC与继电器、单片机的异同

3.1 什么是PLC

PLC是什幺呢？PLC的全称是Programmable Logic Controller（可编程序控制器）,刚引入国内时，曾简称为PC。后来，IBM-PC获得广泛应用，PC成了个人电脑的代名词，才改为PLC。PLC还有另外的一个意思是Power Line Carrier(电力线载波)。

3.2 PLC与单片机的区别

1. PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。

2. 单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。

3. 不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。

最后，从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用；

4. 对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本较高。

5. 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。 3.3 PLC与继电器系统的异同

继电器接触器是以电磁开关为主体的低压电器元件，其构成的系统是用导线依一定的规律将它们连接起来，实现不同的控制功能。

从逻辑控制看，PLC与继电器系统的区别主要是: （一） 组成器件不同

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（二） 触点数量不同 （三） 实时控制的方法不同 （四） 工作方式不同 3.4 PLC系统的设计 3.4.1 PLC的选型原则

1、输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

2、存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择

3、对PLC响应时间的要求

响应速度即响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。PLC一般以顺序扫描工作方式进行工作，对小于扫描时间的输入信号，有可能造成接收信号不可靠。因此，对有维持很短时间的输入信号来讲，需要选取扫描速度高的PLC。一般机器对扫描时间的限定值为100～200ms，而实际上执行一千条指令仅需时间1～10ms ,对一般规模的PLC程序，则输入信号能维持在10ms左右就完全能安全地被接收到，但对模拟量输入则需要考虑与PLC的响应时间的配合问题。

4、系统可靠性

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根据生产环境及工艺要求，应采用功能完善可靠性适宜的PLC。对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。

5、编程器与外围设备

小型PLC控制系统一般选用价格便宜的简易编程器；如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强，编程方便的图形编辑器；如果有现成的个人计算机，可选用能在计算机上使用的编程软件。 3.4.2 可编程顺序控制器的设计流程

PLC控制系统的设计流程图如图3.1步骤： 1、熟悉控制对象确定控制范围

根据生产和工艺过程分析控制要求，确定控制对象及控制范围，确定控制系统的工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行、多机联合运行等。还要确定系统应有的其它功能，例如故障检测、诊断与显示报警、紧急情况的处理、管理功能、联网通信功能等。

2、可同时进行PLC的硬件设计和软件设计。

硬件设计指电气线路设计，包括主电路及PLC外部控制电路，PLC输入输出接线图，设备供电系统图，电气控制柜结构及电器设备安装图等。软件设计包括状态表、状态转换图、梯形图、指令表等，控制程序设计是PLC系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计的核心。

3、PLC调试分模拟调试和联机调试

硬件部分的模拟调试主要是对控制柜或操作台的接线进行测试。可在操作台的接线端子上模拟PLC外部的开关量输入信号，或操作按钮的指令开关，观察对应PLC输入点的状态。用编程软件将输出点强制ON/OFF，观察对应的控制柜内PLC负载（指示灯、接触器等）的动作是否正常，或对应的接线端子上的输出信号的状态变化是否正确。

联机调试时，把编制好的程序下载到现场的PLC中。调试时，主电路一定要断电，只对控制电路进行联机调试。通过现场的联机调试，还会发现新的问题或对某些控制功能的改进。

4、PLC的类型

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PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

图3.1 PLC控制系统的设计流程图

3.5 PLC的自动检测功能及故障诊断

PLC具有很完善的自诊断功能，如出现故障，借助自诊断程序可以方便的找到出现故障的部件，更换后就可以恢复正常工作。故障处理的方法可参看S7-200系统手册的故障处理指南。实践证明，外部设备的故障率远高于PLC，而这些设备故障时，PLC不会自动停机，可使故障范围扩大。为了及时发现故障，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。

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