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图3-2 输入∕输出示意图
3.2.2 PLC各组成部分的作用
(1)中央处理器CPU
与一般的计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC进行工作，起主要任务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进行运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经过输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
(2)存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。
系统存储器用来存放由PLC生产厂商编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，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，其内容主要包括三部分，第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班的工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再有CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统调用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序。
(3)输入/输出接口
它是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触头、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来模拟量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件。
(4)电源
小型整体式可编程序控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源；另一方面可为外部输入元件提供电源。
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(5)外部设备
编程器:它的作用是为用户进行程序的编制、编辑、调试和监视;盒式磁带机:用以记录程序或信息。打印机:用以打印程序或制表;EPROM写入器:用以将程序写入到用户EPROM中;高分辨率大屏幕彩色图形监控系统:用以显示或监视有关部分的运行状况。 3.3 PLC的工作过程及特点 3.3.1 PLC的工作过程
PLC的工作过程是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫所用的时间称为扫
描周期或工作周期。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
PLC的工作过程可分为三部分：
第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，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。
第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。
第三部分是出错处理。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CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码，当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。
当PLC处于正常工作时，它将不断重复的扫描工作过程，如果我们对远程I/O特殊模块和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下了“输入采样”，“程序执行”、“输出刷新”三部分。
(1)输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
(2)程序执行阶段 根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按先左后右，先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器“读入”对应元件映像寄存器的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。
(3)输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有输出继电器的
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状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。
3.3.2 PLC的特点
PLC具有逻辑运算功能，可以实现各种通断控制。
①定时控制
②计数控制 它为用户提供几十个甚至上千个计时器，其计时时间设定值，既可以由用户设定，也可以由操作人员在工业现场通过人—机对话装置实时设定。
③步进控制
④PID控制 PLC可以解模拟量输入和输出模拟量信号。通常采用专门的PID控制模块来实现。
⑤数据处理 ⑥通信和联网
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活，方便的优点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有其他控制器所无法相比的特点。 3.4 FX2N-4AD模拟转换器
(1)特点：① 提供12位高精度分辨率 ② 4通道电压输入（-10V～+10V）或电流输入（-20～20mA）。③ 每一通道都可以指定电压或电流输入。④ FX2N最多可连接8台。⑤ FX2N-4AD的性能指标如表3-1所示
表3-1 FX2N-4AD的性能指标
项 目 电压输入 电流输入 根据是电流输入还是电压输入，使用端子有不同 200KΩ）绝对最大电压输入绝对最大输入?30mA ?15V 数字输出范围 分辨率 综合精确度 转换速度 隔离方式 模拟量用电源 带符号位12位二进制 5mV(10V×1/2000) 20μA(20mA×1/1000) ?1%（相对于最大值） 15ms×（1～4）通道（高速转换方式为6ms×（1～4）通道） 光电隔离及采用DC/AC转换器使输入和PLC电源间隔离 DC24（1?10%）V55mA 模拟量输入范围 DC-10～+10V（输入电阻DC-20～20mA（输入电阻250Ω）输入输出占有点 程序上为8点（计输入或输出点均可） 数 有PLC供电的消耗功率为5V 30mA (2)FX2N-4AD的缓冲寄存器（BFM）分配
可编程序控制器的基本单元与FX2N-4AD之间的数据通信是由FROM/TO指令来执行
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的。FROM是基本单元从FX2N-4AD读数据的指令。TO是基本单元将数据写到FX2N-4AD的指令。实际上读写操作都是对FX2N-4AD的缓冲寄存器BFM进行的操作。缓冲区由32个16位的寄存器组成，编号为BFM#0～#31，FX2N-4AD BFM分配表如表3-2所示。
表3-2 FX2N-4AD BFM分配表
BFM #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 #13～#14 #15 #16～#19 #20 #21 #22 内 容 初始化通道，表示HOOO0，缺省值为HOOO0。最低位数字控制通道1，最高位控制通道4。其中，O=0时设定输入范围-10～+10V；O=1时设定输入范围+4～+20mA；O=2时设定输入范围-20～20mA；O=3时关闭该通道 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 通道2 通道3 通道4 通道1 通道2 通道3 通道4 没使用 转换速度的选择：置“0”时为15ms/通道，置“1”时为6ms/通道 没使用 置1时，设定值均回复到缺省设定值。置“0”时，设定不改变 增益和零点的设计值调整是否可改动：（b0,b1）置（1，0），则禁止改动。置1允许改动。零点：数字量输出为0时的输入值。增益：数字输出为+1000时的输入值。 零点和增益的调节 G4 O4 G3 O3 G2 O2 #23 零点值 G1 O1 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 采样输入的前值 采样输入的平均值 各通道平均值取样次数的指定。取样次数范围从1到4096，若设定该值范围时按缺省设定值8次处理 需要调整的输入通道由BFM#22的G-O（增益-零点）位的 电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15页 共57 页
状态指定。例如，若BFM#22的G1、O1位置为1，则BFM#23#24 #25～#28 #29 #30 #31
增益值 和24的设定值即可送入通道1的增益和零点寄存器。各通道的增益和零点既可统一调整，也可独立调整。 没使用 错误状态信息 b15 b1 4 b1 3 b12 b11 b10 bbbbbbbbbb9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 特殊功能模块的识别码，PLC可用FROM指令读入。FX2N-4AD的为K2010 没使用 4 设计燃油锅炉电气控制系统
4.1 锅炉的电气控制系统的介绍 4.1.1锅炉自动控制的任务
锅炉自动控制的任务主要是维持锅炉的水位、温度、压力等物理参数在设定的范围内，并能自动适应负荷的变化，从而使锅炉安全可靠经济地运行。
(1)保持锅炉水位在规定的范围 蒸汽锅炉水位的高低，关系着汽水分离的速度和产生蒸汽的质量，对锅炉的安全运行极为重要。水位太高时，会使蒸汽大量带水，降低蒸汽品质，甚至会发生满水事故。水位偏低，会造成锅筒各部位的温度偏差，形成热应力，极限情况下会出现裂纹。水位过低，则容易发生缺水事故。在负荷变化时，锅炉水位也会快速变化，因此必须采用自动控制来维持水位在规定的范围内。
(2)保持汽压的稳定 锅炉汽压的变化，实际上反映了锅炉负荷的变化。当蒸汽量多于外界需求时，锅炉的汽压会上升;反之，锅炉的汽压就下降。汽压偏高，会影响锅炉的安全运行，加速金属材料的蠕变。汽压偏低，说明锅炉不能满足生产需要。因此，维持汽压稳定是安全生产和正常运行的需要。 4.1.2程序控制
程序控制是完成锅炉起动、停止以及正常工作等一系列操作自动化进行的过程，只有前一个条件满足，才能进行下一个动作。燃油锅炉程序控制主要有以下几点:
(1)检查锅炉水位、压力等看其是否正常，如果水位压力都正常，则可以进行燃油预热。接下来是先打开引风机，让其在燃烧前对锅炉炉膛预吹扫，接着打开鼓风机，往锅炉里送燃烧时需要的空气。
(2)自动点火 程序在吹扫及阀门密封性、供气压力检测完成后，风门执行器带动风门关小到设定的点火位置，点火变压器投入工作，当点火电磁阀打开后，可燃油雾立即被高压电火花点燃产生点火火焰。