鄭州繼飛機電設備有限公司

繼飛機電(圖)-中壓自動化控制柜-上街區(qū)自動化控制柜 ：

可編程控制器基礎自動化控制柜

1.0 可編程控制器概述

可編程控制器（programmable controller）為了與個人計算機（PC）加以區(qū)分，又簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。

1987年國際電工委會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義： “PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?/p>

1.可編程控制器的由來

在市場經濟中，成本與效率成了制造業(yè)的追求。為了適應市場的需求，工業(yè)控制產品的更新換代已經勢在必行。在20世紀60年代，用于制造業(yè)的生產流水線主要是采用繼電器控制，但產品不是一成不變的，需要更改工藝或流程。這樣，修改一條生產線要更換大量的硬件和進行復雜的線路的改接，在一定程序上浪費了硬件、延長了施工周期、增加了成本。于是人們試圖研制一種新型的通用控制設備。1968年，美國通用汽車公司（GM）以客戶的名義對外提出了10項招標指標：

1. 編程方便，可在現場修改程序；

　　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. 可將數據直接送入管理計算機；

　　6. 在成本上可與繼電器控制競爭；

　　7. 輸入可以是交流115V；

　　8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅動電磁閥；

　　9. 系統(tǒng)在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更；

10. 用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節(jié)。

美國數字設備（DEC）公司中標，于1969年美國數字設備公司成功研制世界上第yi臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動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，這項新技術迅速在世界各國得到推廣應用。1971年日本從美國引進這項技術，很快研制出第yi臺可編程序控制器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)推廣應用。

2.PLC的應用領域自動化控制柜

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

①開關量的邏輯控制

　　這是PLC基本、廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，觸摸自動化控制柜，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

②模擬量控制

　　在工業(yè)生產過程當中，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，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

③運動控制

　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

④過程控制自動化控制柜

　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

⑤數據處理

　　現代PLC具有運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，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，或將它們打印制表。數據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通信及聯網自動化控制柜

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

3. PLC的構成

　　從結構上分，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、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

　?、?CPU的構成

CPU是PLC的核心，起神經中shu的作用，每套PLC至少有一個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據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

模擬量：按信號類型分，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點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，但其da數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受da的底板或機架槽數限制。

③電源模塊自動化控制柜

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，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）。

　　④底板或機架自動化控制柜

　　　大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，軟啟動自動化控制柜，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

總的來說，USS協議主要有以下幾個特點：

1. 支持多點通信，物理層可使用RS485網絡；

2. 采用主-從的通信方式，網絡中duo可以有1個主站（Master）和31個從站；

3. 單雙工通信方式，可發(fā)送和接收，但不能同時進行；

4. 報文簡單可靠，數據長度可變；

USS協議的波特率gao可達115.2kbps，通信字符格式為1位起始位、1位停止位、1位偶校驗位和8位數據位。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PLC掃描周期，通信時間和總線上的變頻臺數、波特率以及掃描周期有關。不同波特率下的USS主站輪詢時間也有所不同。

主站與從站之間的報文傳輸有三種方式：

1. 周期性報文傳輸（Cyclic Telegram Transfer）：

在周期性報文傳輸過程中，主站每隔一段時間就發(fā)送報文給從站，每一個從站都可以接收到主站發(fā)送的報文；對于從站而言，當接收到的報文沒有錯誤，并且報文中的地址是本站的地址時，從站必須應答；當主站接收到從站的應答后，便與從站建立了邏輯上的連接；在周期性報文傳輸中，主站與從站之間都會設置一個監(jiān)控時間，當超時沒有接收到報文時，會提示通信錯誤；

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

一般來講，報文的傳輸都是周期性的，但一些用于診斷和服務的報文可以非周期性的方式進行。在非周期性報文傳輸中，無法設置監(jiān)控時間。

3. 廣播（Broadcast）：

主站通過將通信報文中的廣播位置1來實現廣播通信（詳見后續(xù)報文結構）。在廣播通信中，所有的從站都能收到廣播報文，并且不需要應答。

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

LGE：第二個字節(jié)，上街區(qū)自動化控制柜，表示報文的長度；

ADR：第三個字節(jié)，表示從站的地址及其它信息；

1~n：n個字節(jié)，表示數據的內容（n≤252）；

BCC：后一個字節(jié)，BCC校驗碼；

報文的長度LGE是指數據長度n加上ADR和BCC，也就是n+2個字節(jié)；

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

由于從站地址的范圍是5個二進制位(bit)，因此能夠表示的da值為十進制數31，這也是為什么USS協議duo能支持31個從站的原因；

廣播報文是把ADR的第5位置1，如果為0，非廣播報文；

鏡像報文是把ADR的第6位置1，當從站接收到主站的鏡像報文后，會原封不動的將其發(fā)回給主站；鏡像報文功能可在調試時用于測試網絡通信的質量。如果為0，非鏡像報文；

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

這款PLC曾經是我每天的工作對象，大量用在ABB的MNS2.0和MNS3.0開關柜中用作低壓進線和母聯的備自投操作。

燈是發(fā)光二極管，與線圈并聯的。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的早期產品，屬于AC31的50系列，是法國ABB生產的。目前ABB主推的PLC產品是AC500系列，因此該款PLC及其全部產品和部件都已經退出銷售序列，只能自己設法維修。

維修很簡單：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。

提個醒：供貨時隨機提供的PLC程序要保存好，將來升級時，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對它的程序兼容。

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突然發(fā)現，圖片上的PLC只是左上側的第三個燈異常點燃。若確實如此，說明程序運行中存在BUG，中壓自動化控制柜，但不會影響運行。

等到合適時，把PLC工作電源斷電，然后再起動，一般都能恢復正常。