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PLC以微处理器为核心，具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
   微机一般采用等待命令的工作方式工作。
   PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次循环扫描所用的时间称为一个扫描周期。
   对每个程序，CPU从**条指令开始执行，按顺序逐条地执行指令做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从**条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至结束又返回**条指令，如此周而复始不断循环。
   PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、输入采样、通信服务、程序执行、自诊断、输出刷新等工作。PLC工作的全过程包括三个部分，即上电处理、扫描过程和出错处理。PLC工作的全过程可用图4所示的运行框图来表示。
   PLC通电后，CPU在系统程序的控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I/O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。
    PLC有很强的自诊断功能，PLC每扫描一次执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如电源检测、内部硬件是否正常、程序语法是否有错等。如检查出异常时，CPU面板的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，使PLC停止扫描或强制变成STOP状态。
   PLC运行正常时，扫描周期的长短与用户应用程序的长短、CPU的运算速度、I/O点的情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度（一般1-10ms/KB）。值得注意的是，不同指令执行时间是不同的，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用于高速系统要缩短扫描周期时，可从软硬件上同时考虑。PLC周期性循环扫描工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。

PLC系统中的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。

（1）系统存储器

系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。

（2）用户存储器

用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。

为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。

工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。

由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及容量是指用户程序存储器。当PLC提供的用户存储器容量不够用，许多PLC还提供有存储器扩展功能。

存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。

PLC有两种基本的工作模式，即运行(RUN)模式与停止(STOP)模式。在运行模式，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

除了执行用户程序外，在每次循环过程中， PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（见图1-5）。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度较高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。

在内部处理阶段，PLCCPU．模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其它内部工作。

在通信服务阶段，PLC与其它的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。

当PLC处于停止(STOP)模式时，只执行以上的操作。PLC处于运行(RUN)模式时，还要完成另外三个阶段的操作。

在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。PLC梯形图中的其他编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。

在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通，断开状态读入输入映像寄存器。外部输入电路接通时，对应的输入映像寄存器为l状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入触点电路断开时，对应的输入映像寄存器为0状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。

某一编程元件对应的映像寄存器为l状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为0状态时，称该编程元件为OFF。

在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。

PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从**条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0／1状态读来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器(输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。

在输出处理阶段，CP／7将输出映像寄存器的0／1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。

若梯形图中输出继电器的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器为0状态，在输出处理阶段之后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。

定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。

（1）外壳

三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。

机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。

端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。

轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。

接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。

吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。

（2）定子铁心

异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈

异步电动机的制动方法一般有两类:机械制动和电气制动。机械制动常用的方法有:电磁抱闸和电磁离合器制动。常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。

反接制动的优点是:制动力强，制动迅速。缺点是:制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。因此反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大，不经常启动与制动的场合。

能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。缺点是需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。所以，能耗制动一般用于要求制动准确、平稳的场合。

回馈制动是一种比较经济的制动方法。制动时不需改变线路即可从电动运行状态自动地转入发电制动状态，把机械能转换成电能再回馈到电网，节能效果显著。缺点是应用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。

数控机床可用测量法对主轴轴承温度进行监测。通过测量主轴轴承运转中的温升，来了解主轴轴承是否正常。轴承温度一般限制在温度升高不**过45℃，监测中若发现轴承的温度**过70-80℃，应立即停机检查。

1 安装及接线

数控机床可利用热电阻、多通道数字仪表及PLC控制系统的结合，来实现主轴轴承温度的检测。

在主轴前、中、后轴承处，安装4个热电阻。PLC控制系统采集4个测量点的温度，来监测不同位置处轴承温升情况。

2 控制要求及原理

温度控制系统利用热电阻进行测量点的温度测量，利用多通道数字仪表来显示主轴轴承的温度值。PLC实现参数设定、远程监控、数据存储和报警处理等功能。在实际编程过程中，不需要编写读写PLC寄存器的程序，通过数据定义的方法，在定义了I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、数据记录和报警等。

系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置红、绿2个指示灯来显示温度状态。4个测量点的温度在要求范围内，绿灯亮，表示主轴可正常运转；当某一个被测点温度达到上**，即便主轴转速还未达到要求，则红灯亮，同时数控系统显示器上相对应的轴承报警。操作者将主轴立即停止运转，并根据对应报检查主轴轴承对应位置处的状况，从而避免主轴轴承研伤现象。

3 结束语

现代PLC具有功能强、集成度高、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定等显著特点，广泛应用于现代工业的自动控制中。PLC可扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，本文提到的主轴轴承温度的检测就是以PLC为核心的智能温度控制系统，操作方便，可靠性好，具有重要的现实意义。

目前，国内用户选用的可编程控制器(PLC)仍以国外产品为主，造成这种局面的一个重要原因是欧、美、日等发达工业国家掌握了高端PLC的核心技术，其硬软件技术对应用者来说完全是封闭的，使用者只能从应用的角度学习PLC，而不能参与PLC的开发[1-2]。近年来，IEC61131-3国际标准的颁布和实施为各PLC生产厂家提供了统一的软件开发准则，开放的高性能单片机技术的发展，为硬件开发提供了有效的物质基础[3]。在这样的背景下，研制开放的PLC系统无论对于科学研究还是促进PLC行业的发展都有积极的现实意义。

PLC是一种**于工业控制的计算机，其硬件主要由*处理器、存储器、输入/输出接口等组成[4]，其硬件结构如图1所示。

1 开放式可编程控制器

开放式PLC硬件结构采用CPU+外围模块+接口构成，各个接口都按标准设计，大大提高了PLC的开放性，使其能方便地与大系统连接。编程语言遵循国际标准IEC61131-3，并将基于PC的编程软件作为PLC可以选择编程工具。系统硬件部分采用高性能51内核处理器STC89C51，其为模块化设计，采用滤波、隔离电路，以降。主要电路有：微控制器STC89C51RC、开关量输入电路、继电器输出电路、晶体管输出电路、RS232通信接口电路、电源电路、时钟复位电路和USB通信接口电路等，PLC硬件系统框图如图2所示，软件采用Borland公司集成开发软件C++ Builder，通过集成平台对51内核处理器指令集进行解释、编译，使梯形图语言转换为能被51内核处理器识别的代码。

2 系统硬件设计

可编程控制器单片机部分电路图如图3所示。

USB通信部分选择Philips公司的PDIUSBD12[5]芯片作为系统的USB接口器件，片内集成了高性能USB接口电路、SIE、FIFO存储器、收发器以及电压调整器等，可与任何外部控制器或微处理器实现高速并行通信，其速率为2 Mb/s，完**够满足设计所要求的速度。USB通信接口模块电路如图4所示。

3 系统软件设计

系统软件结构如图5所示。图中，系统编辑模块为用户提供编辑环境，接收用户的梯形图程序输入，并将其存储为相应的文件。梯形图语言为一种图形语言，要直接对其进行编译十分困难，因此并不是直接对梯形图程序进行编译，而是先将其翻译成指令语言的文本形式，再对指令语言进行编译。图形语言编译问题的解决，提高了代码的利用率[6-7]。通过提取数据结构中的数据，形成C语言程序文件，经过C51编译器、连接器、转换器的编译、连接、转换过程，生成能够在PLC硬件上运行的可执行文件。

3.1 用户界面

PLC用户界面是实现可编程人机交互的重要部分，它以梯形图语言的形式录入用户控制程序，以二进制形式通过串口下载到PLC硬件，其梯形图表示的用户编程区如图6所示。

PLC在进行逻辑运算之前，必须对外部信号进行采样[8]，若要实现指令的功能，首先要设置外部I/O在梯形图中的地址，系统才能够对用户程序中所使用的I/O地址与单片机的引脚地址相匹配。本设计在I/O设置对话框底层设计了如表1所示的数据处理函数。

3.2 USB通信

PDIUSBD12的固件设计成完全的中断驱动，当CPU处理前台任务时，USB的传输可在后台进行；后台中断服务程序和前台主程序循环之间的数据交换可以通过事件标志和数据缓冲区来实现。当PDIUSBD12从USB收到一个数据包，即对CPU产生一个中断请求，CPU立刻响应中断。在中断服务程序中，固件将数据包从PDIUSBD12内部缓冲区移到循环数据缓冲区，并将PDIUSBD12的内部缓冲区清零，以便接收新的数据包，使CPU可以继续执行当前的前台任务直到完成。本文利用PDIUSBD12的端点1进行命令的传输和应答，端点1每次接收计算机发送过来的8 B指令，其指令格式如表2所示。例如，接收到十六进制码52 01 00 03 00 07 00 50，表示读24C01器件从03字节开始的7个字节的数据。52H为R的ASCII码，57H为W的ASCII码。端点2用于数据的传输。

本文在了解PLC国内外研究状况以及其市场需求的基础上，提出了研发开放式PLC的概念，完成了PLC集成开发系统的C51模块实现方案的设计，将USB通信方式引入PLC领域，所设计的梯形图编辑器提供了梯形图编辑平台，实现了PLC的基本逻辑指令，完成计算机与控制器的USB通信。

1.1 MBR含义

MBR为膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）的简称,是一种将膜分离技术与生物技术**结合的新型水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子**物截留住，省掉二沉池。膜-生物反应器工艺通过膜的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制。

在传统的污水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，从而限制了生化反应速率。水力停留时间（ HRT ）与污泥龄（ SRT ）相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的 25% ～ 40% 。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。

MBR 工艺通过将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术**结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中菌 ( 特别是优势菌群 ) 的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低 F/M 比减少剩余污泥产生量（甚至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多**问题。

1.2优势

1、的固液分离，出水水质优质稳定。

2、剩余污泥产量少占地面积小。

3、*二沉池，工艺设备集中。

4、可去除氮及难降解**物。

5、克服了传统活性污泥法易发生污泥膨胀的弊端。

1.3发展前瞻

1.现有城市污水处理厂的更新升级

2.无排水管网系统地区的污水处理，如居民点、旅游度区、风景区等。

3.有污水回用需求的地区或场所，如宾馆、洗车业、客机、流动厕所等。

4.高浓度、有毒、难降解工业废水处理。如造纸、制糖、皮革等行业

5.垃圾填埋厂渗滤液的处理及回用6.小规模污水厂（站）的应用。

开启原水泵，污水可以进入集水池，当集水池的液位非低液位状态时，自动启动提升泵，开始往膜池送水，同时，搅拌器开始工作，风机启动，至此，自动控制准备就绪。各电机自动根据液位做相应的开启和停止。具备产水，反洗，和化学清洗的条件。

风机启动后，且膜池处于非低液位状态下，打开产水进阀和产水出阀，启动产水泵，开始进行产水的过程。运行*时间后，打开反洗进水阀和出水阀，开始进行反洗的过程。反洗*时间后，重新开始产水过程。如此循环运行。

当压差**过负设定值（参数界面中），或设备连续运行*时间后，则开启化学清洗阀，停止产水泵，1秒钟后，开启化学泵，开始化学清洗过程，化学清洗时间到达后，开启反洗阀，关闭化学清洗泵，1秒钟后开启反洗泵，运行10分钟反洗。

反洗工作结束后，重新进入产水过程。如此循环运行。

当生产现场有紧急情况时，按下控制柜上的急停按钮，PLC停止输出，所有电机及阀门关闭。紧急情况解除后，复位急停按钮，系统回到手动状态，确认具体正常生产条件后，选择自动开启，继续生产。

当点击停止按钮时，系统会停止产水泵和产水阀，进行最后一次反洗，反洗结束后，停止所有电机及阀门，系统恢复为手动档位。

以下为部分程序示例。

自动模式下，两台风机轮流启动，切换时间在触摸屏上设置。

当压力**过负设定或者运行达到设定时间后，启动化学清洗。程序如下：

项目总结

通过该项目的实际测试，海为PLC能够完成设备的控制要求，主要优点如下：

1、价格与国外品牌PLC相比，优势明显。在满足该控制要求的前提下，价格仅为国外品牌一半，甚至更低。

2、软件操作性好，非常容易入手。界面设置合理。操作方便。软件本身的文件非常小，仅40多兆，而且集成了模拟功能，这么小的软件能实现这么强的模拟功能实属不易，适合学习。

3、模拟量编程简单。

4、系统自带的程序比较齐全，适合学习和借用。

5、数字量输入是双向输入型,NPN,PNP都可以。

相对不足的地方有：

1、编程线为串口线，现在大部分的笔记本不是自带串口，用USB转接线，稳定性又不好，建议做USB口的编程线。

2、不能在线修改PLC程序。

3、我使用的这款PLC有些指令不支持，如MC和MCR等。

4、相关的手册不够齐全，建议分为硬件操作手册和软件编程手册，详细讲解海为PLC。

5、 PLC掉电后在软件界面看不出提示。依旧是联机状态。

由于时间关系，不能对海为PLC做更多的深入了解和使用，随着以后的项目，会更多的了解其他功能。总的来说，这是一款性价比较高的产品，值得推广。厂家也应该再接再厉，更好的做好民族品牌。

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浔之漫智控技术(上海)有限公司

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