【正文】 散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。 2 PLC 系統(tǒng)的組成及功能 88 PLC 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)。因此，它的組成與一般的微機(jī)計算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 1 PLC 的硬件系統(tǒng) PLC 的硬件系 統(tǒng)由基本單元、 I/O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。圖 1— 1所示為 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 圖 1— 1 PLC 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 微處理器（ CPU） 與通用計算機(jī)一樣， CPU是 PLC的核心部件，在 PLC 控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，整個 PLC 工作過程都是在 CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的。它的主要功能有以下幾點： 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲， 用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器）； 監(jiān)測和診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路工作 狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯誤 。 執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運算、傳遞和存儲等功能 。 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志們的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 存儲器 PLC 配 有 兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放在程序，用戶存儲器用來存放用戶編制的控制程序。常用的存儲器類型有 CMOS RAM、 EPROM和 EEPROM。 因為系統(tǒng)程序用來管理 PLC 系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以， PLC 產(chǎn)品樣本或說明書中所列的存儲 器類型及其容量 ，系指用戶程序存儲器而言。如 FX2— 24M的存儲器容量在 4K步，即是指用戶程序存儲器的容量。 PLC 所配的用戶存儲器的容量大小差別很大，通常中小型 PLC 的用戶存儲器存儲器容量在8K步以下，大型 PLC 的存儲容量可達(dá)到或超過 256K步。 輸入 \輸出 (I/O)部件 89 PLC 輸入 /輸出模塊的電路框圖如圖 1— 2所示。 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指 示燈等）。 I/O 接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。 I/O 點數(shù)即輸入 /輸出端子數(shù)是 PLC 的一項主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個點，中型機(jī)有幾百個點，大型機(jī)將超過千點。 為 了提高抗干 擾 能力，一般的 輸 入 /輸 出模 塊 都有光 電 隔 離 裝置。在數(shù)字量 I/O模 塊 中廣泛采用 發(fā) 光二 極 管和光 電 三 極 管 組 成的光 電耦 合器，在模 擬 量 I/O模 塊 中通常采用隔 離 放大器 。 來自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的輸入信號經(jīng)輸入模塊進(jìn)入 PLC。這些信號有的是數(shù)字量，有的是模擬量，有的是直流信號，有的是交流信號。使用時要根據(jù)輸入信號的類型選擇合適的 輸入模塊。 PLC具有多 種 I/O模 塊 ，常 見 的有數(shù)字量 I/O模 塊 和模 擬 量 I/O模 塊 ，以及快速 響應(yīng) 模 塊 、高速 計 數(shù)模 塊 、通信接口模 塊 、溫度控制模 塊 、中斷控制模 塊 、 PID控制模 塊 和位置控制模 塊 等種 類 繁多、功能各 異 的 專 用 I/O 模 塊 和智能 I/O 模 塊 。 I/O 模 塊 的 類 型、品 種 與 規(guī) 格越多， PLC系 統(tǒng) 的 靈 活性越好， I/O模 塊 的 I/O容量越大， PLC系 統(tǒng) 的 適應(yīng) 性越 強(qiáng) 。 圖 1— 2 I/O接口電路結(jié)構(gòu)框圖 A ) 輸入接口 B ) 輸出 接口 電 源部件 90 PLC配有 開關(guān) 式 穩(wěn)壓電 源的 電 源模 塊 ，用來將外部供 電電 源 轉(zhuǎn)換 成供 PLC 內(nèi)部的 CPU、存 儲器和 I/O接口等 電 路工作所需的直流 電 源。 PLC的 電 源部件有很好的 穩(wěn)壓 措施，因此 對 外部 電 源的 穩(wěn) 定性要求不是很高，一般允 許 外部 電 源 電壓 的 額 定 值 在 +10%15%的范 圍 內(nèi)波 動 。小型 PLC的 電 源往往和 CPU單 元合 為 一體，大中型 PLC都有 專 用 電 源部件。 編 程器 編 程器是 PLC 的最重要的外 圍 ，也是 PLC不可缺少的一部分。它不 僅 可以寫入用 戶 程序，還 可以 對 用 戶 程序 進(jìn) 行 檢查 、修改和 調(diào)試 ，以及在以 線監(jiān)視 PLC的工作狀 態(tài) 。它通 過 接口與 CPU聯(lián) 系完成人機(jī) 對話 。 編程器是 PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示 PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。 編 程器一般分 為簡 易 編 程器和 圖 形 編 程器 兩類 。 簡 易 編 程器功能 較 少，一般只能用 語 名表形式 進(jìn) 行 編 程，通常需要 連 機(jī)工作。 簡 明 編 程器使用 時 直接與 PLC的 專 用插座相 連 接，由 PLC提供電 源。它體 積 小，重量 輕 ，便于攜 帶 ， 適 合小型 PLC使用。 圖 形 編 程器既可以用指令 語 句 進(jìn) 行 編程，又可以用 梯形 圖編 程，既可以 連 機(jī) 編 程又可以脫機(jī) 編 程，操作方便，功能 強(qiáng) ，有液晶 顯 示的便攜式和 陰極 射 線 式丙 種 。 圖 形 編 程器 還 可以與打印機(jī)、 繪圖儀 等 設(shè)備連 接，但價格相 對較 高。通常大中型 PLC多采用 圖 形 編 程器。 6 其他外部 設(shè)備 PLC還 配有生 產(chǎn) 廠家提供的其他一些 設(shè)備 ，如外部存 儲 器、打印機(jī)、 EPROM等。 I/O擴(kuò) 展 單 元 I/O擴(kuò) 展 單 元用來 擴(kuò) 展 輸 入、 輸 出點數(shù)。當(dāng)用 戶 所需的 輸 入、 輸 出點數(shù)超 過 PLC基 本 單 元的 輸 入、 輸 出點數(shù) 時 ，就需要加上 I/O擴(kuò) 展 單 元來 擴(kuò) 展，以 適應(yīng) 控制系 統(tǒng) 的要求。 PLC 的 軟 件系 統(tǒng) 硬件系 統(tǒng) 和 軟 件系 統(tǒng)組 成了一個完整的 PLC 系 統(tǒng) ，它 們 相 輔 相成，缺一不可。沒有 軟 件的PLC系 統(tǒng) 稱 為 裸機(jī)系 統(tǒng) ，不起任何作用，猶如無米之 鍋 。反之沒有硬件系 統(tǒng) ， 軟 件系 統(tǒng) 也失去了基本的外部條件，程序根本無法 運 行。 PLC 的性能指 標(biāo) PLC的主要 性能，一般可用以下 幾種 指 標(biāo) 表述。 用 戶 程序存 儲 容量 用 戶 程序存 儲 是衡量 PLC 存 儲 用 戶 的一 項 指 標(biāo) ，通常以字 為單 位表示。 每 16位相 鄰 的二 進(jìn) 制數(shù) 為 一個字， 1024 個字 為 1K 字， 對 于一般 邏輯 操作指令， 每 條指今占 1 個字，定 時 /計數(shù)、移位指今 每 條占 2個字，數(shù)據(jù)操作指令 每 條占 2— 4個字。有些 PLC是以 編 程的 步 數(shù)來表示用 戶 程序存 儲 容量的， 每 條指令包含若干 步 ，一 步 占用一個地址 單 元，一個地址 單 元 為兩 個字 節(jié) 。 I/O 總 點數(shù) I/O總 點數(shù)是 PLC可接收 輸 入信號和 輸 出信號的數(shù)量。 PLC的 輸 入和 輸 出量有 開關(guān) 量和模 擬 量兩種 。 對 于 開關(guān) 量，其 I/O總點數(shù)用最大 I/O點數(shù)表示， 對 于模 擬 量， I/O總 點數(shù)用最大 I/O通道表示。 FX系列基本 單 元和 擴(kuò) 展 單 元 單 元 I/O 點 數(shù) 型 號 基 本 8/8 FX216M 12/12 FX2— 24M 16/16 FX232M 91 單 元 24/24 FX2— 48M 32/32 FX2— 64M 40/40 FX280M 擴(kuò) 展 單 元 16/16 FX232M 24/24 FX248M PLC 的工作原理 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在 PLC運行時， CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程 序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài) 寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 第五章 可編程控制器梯形圖編程規(guī)則 編程元件 PLC是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數(shù)個動合和動斷觸點。編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。 PLC內(nèi)部這些繼電器的作用和繼電接觸控制系 統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而是 PLC存儲器的存儲單元。當(dāng)寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“ 1”時，則表示相應(yīng)繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內(nèi)部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。 FX2N48MR編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示 元件名稱 符號 編號范圍 功能說明 輸入繼電器 X X0～ X27共 24點 接受外部輸入設(shè)備的信號 輸出繼電器 Y Y0～ Y27共 24點 輸出程序執(zhí)行結(jié)果并驅(qū)動外部設(shè)備 輔助繼電器 M M0～ M499共 500點 在 程序內(nèi)部使用，不能提供外部輸出 繼電器 T T0～ T199 100ms 延時定時繼電器 , 在程序內(nèi)部使用 T200～ T245 10ms 延時定時繼電器 , 在程序內(nèi)部使用 計數(shù)繼電器 C C0～ C99 加法計數(shù)繼電器，觸點在程序內(nèi)部使用 數(shù)據(jù)寄存器 D D0～ D199 數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲元件 嵌套指