【正文】 制器 （ Programmable Controller） ， 簡寫為 PC。后來由于 PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦 （ Personal Computer） ， 為了區(qū)別 ， 現(xiàn)在也把可編程控制器稱為 PLC[4][5]。 3 PLC 的簡介 國際電工委 員會 （ IEC） 于 1987 年對 PLC 定義如下 [4]。 PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置 ， 是帶有存儲器 ， 可以編制程序的控制器 。 它能夠存儲和執(zhí)行指令 ， 進行邏輯運算 、 順序控制 、定時 、 計數(shù)和算術等操作 ， 并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出 ， 控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程 。 PLC 及其有關的外圍設備 ， 都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體 ， 易于拓展其功能的原則設計 。 事實上 ， PLC 就是以嵌入式 CPU 為核心 ， 配以輸入 ， 輸出等模塊 ， 可以方便的用于工業(yè)控制領域的裝置 。 PLC 與機器人 ， 計算機幫助設計與制造一起作為 現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱 。 PLC 的用途 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置 ， 使其應用受到限制 。 但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降 ， 使 PLC 的成本下降 ， 同時又由于 PLC 的功能大大增強 ， 使 PLC 的應用越來越廣泛 ， 廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 PLC 的應用通?？煞譃槲宸N類型 。 ⑴ 順序控制 這是 PLC 應用最廣泛的領域 ， 用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC 可應用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機 械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 ⑵ 運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下 ， PLC 把掃描目標位置的數(shù)據(jù)送給模版塊 ， 其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標位置。 ⑶ 閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù) ， 如溫度、壓力、速度和流量等。PID（ Proportional Intergral Derivative） 模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能 ， 即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差 時 ， PID控制算法會計算出正確的輸出 ， 把變量保持在設定值上。 ⑷ 數(shù)據(jù)處理 在機械加工中 ， 出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計算機數(shù)值控制（ CNC）設備緊密結合的趨向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen 1 12 系 4 列 ， 已將 CNC 控制功能作為 PLC 的一部分。為了實現(xiàn) PLC 和 CNC 設備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞 ， 該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件 ， 用戶可以獨自編程 ， 由 PLC 送至 CNC設備使用。美國 GE公司的 CNC設備新機種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的 PLC。預計今后幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和 管理系統(tǒng)。 ⑸ 通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（ FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）及集散控制系統(tǒng)（ DCS）等發(fā)展的需要 ， 必須發(fā)展 PLC 之間 ， PLC 和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng) ， 不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高 ， 而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。 PLC 的特點 ⑴ 抗干擾能力強 ， 可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力 ， 但使用了大量的機械觸頭 ， 使設備連線復雜 ， 由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。 傳統(tǒng)的繼電器控 制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良 ， 容易出現(xiàn)故障 ， PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器 ， 僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件 ， 接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100， 因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 而 PLC 采用微電子技術 ， 大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成 ， 大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代 ， 故壽命長 ， 可靠性大大提高。 微機雖然具有很強的功能 ， 但抗干擾能力差 ， 工業(yè)現(xiàn)場的電磁波干擾 ， 電源波動 ，機械振動 ， 溫度和濕度的變化 ， 都可能使一般通用微機不能正常 工作。而 PLC 在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗 ， 主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路 ， I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結構上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力 ， 目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC， 平均無故障時間都大大超過了 IEC 規(guī)定的 10 萬小時 ， 有的甚至達到了幾十萬小時。 ⑵ 控制系統(tǒng)結構簡單、通用性強、應用靈活 PLC 產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn) ， 品種齊全 ， 外圍模塊品種也多 ， 可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在 PLC 構成的控 制系統(tǒng)中 ， 只需在 PLC 的端子上接入相應的輸入、輸出信號線即可 ，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當控制要求改變 ， 需要變更控制系統(tǒng)功能時 ， 可以用編程器在線或離線修改程序 ， 修改接線量很 5 小。同一個 PLC 裝置有、用于不同的控制對象 ， 只是輸入、輸出組件和應用軟件不同而已。 ⑶ 編程方便 ， 易于使用 PLC 是面向用戶的設備 ， PLC 的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣 ， PLC 程序的編制 ， 采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似 ， 直觀易懂 ， 容易掌握 ， 不需要專 門的計算機知識和語言 ， 深受現(xiàn)場電氣技術人員的歡迎 。 ⑷ 功能完善 ， 擴展能力強 PLC 中含有數(shù)量巨大的用于開關量處理的繼電器類軟件 ， 可輕松地實現(xiàn)大規(guī)模的開關量邏輯控制 ， 這是一般的繼電器控制所不能實現(xiàn)的。PLC 內(nèi)部具有許多控制功能 ， 能方便地實現(xiàn) D/A、 A/D 轉換及 PID 運算 ， 實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能 ， 他不僅可以控制一臺單機 ， 一條生產(chǎn)線 ， 還可以控制一個機群 ， 許多生產(chǎn)線。他不但可以進行現(xiàn)場控制 ， 還可以用于遠程控制。 ⑸ PLC 控制系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試方便 PLC 中相當于繼電器系統(tǒng)中的 中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大 ， 硬件齊全 ， 且為模塊化積木式結構 ，并已商品化 ， 故可按性能、容量（輸入、輸出點、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能 ， 使安裝接線量大大減小 ， 設計人員只要一臺 PLC就可進行控制系統(tǒng)的設計可在實驗室進行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調(diào)試 ， 工作量很大且繁難。 PLC 控制系統(tǒng)的工作狀態(tài) 狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因 ， 便于迅速處理 ， 及時排除。 ⑹ 結構緊湊 體積小、重量輕 ， 易于實現(xiàn)機電一體 化。 由于以上特點 ， 使得 PLC 獲得極為廣泛的應用。 PLC 的分類 按 I/O 點數(shù)容量分類 一般來說 ， PLC 處理的 I/O 點數(shù)比較多 ， 反映控制關系比較復雜 ， 用戶要求的程序存儲器容量比較大 ， 要求 PLC 的指令及其他功能比較多 ， 指令執(zhí)行的過程比較快等。按 PLC 的輸入輸出點數(shù)可將 PLC 分為三類。 公司的 SLC500 系列等整式 PLC 等產(chǎn)品。 ⑴ 微型 PLC I/O 點數(shù)小于 64 點的 PLC 為超小型或微型 PLC。 6 ⑵ 小型 PLC I/O 點數(shù)為 256 點以下 ， 用戶程序存儲容量小于 8KB 的為小型 PLC。它可 以連接開關量和模擬量 I/O 模塊以及其他各種特殊功能模塊 ， 能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。如西門子公司的 S7200PLC， 三菱公司的 F F2 和 FX0 系列 PLC 都屬于小型機。 ⑶ 中型 PLC I/O 點數(shù)在 512～ 2048 點之間的為中型 PLC。它除了具有小型機所能實現(xiàn)的功能外 ， 還具有更強大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。如西門子公司的 S7300PLC、三菱公司的 A1S 系列 PLC 都屬于中型機 。 ⑷ 大型 PLC I/O 點數(shù)為 048 點以上的為大型 PLC。它具有極強的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能 ， 它可以構成三級通信網(wǎng) ， 實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。另外大型 PLC 還可以采用三個 CPU 構成表決式系統(tǒng) ， 使機器具有更 高的可靠性。如西門子公司的 S7400 系列 PLC、三菱公司的 A3M、 A3N 系列 PLC 都屬于大型機。 典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400 系列、 OMRON 公司的 CVM1 和 CS1系列、 SB 公司的 SLC5/05 系列等產(chǎn)品。 上述劃分沒有嚴格的界限 ， 隨著 PLC 技術的飛速發(fā)展 ， 某些小型 PLC 也具備中型機和大型機的功 能 ， 這也是 PLC 的發(fā)展趨勢。 按結構形式分類 按 PLC 物理結構形式的不同 ， 可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。 ⑴ 整體式結構 整體式結構的 PLC 是將中央處理單元（ CPU）、存儲器、輸入單元、電源、通信端口、 I/O 擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構成主機。內(nèi)外還有獨立的 I/O擴展單元等通過擴展電纜與主機上的擴展端口相連 ， 以構成 PLC 不同配置與主機配合使用。整體式結構的 PLC 結構緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機常用這種結構。 ⑵ 組合式結構 這種結構的 PLC 是將 CPU、輸入單元、輸出 單元、電源單元、智能 I/O 單元 ， 通信單元等分別做成相應的電路板和擴展模塊。組合式的特點是配置靈活 ， 輸入接點、輸出接點的數(shù)量可以自由選擇 ， 各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型 PLC 常用組合式結構。 7 2 整體方案的選擇 整體功能介紹 知識競賽搶答器 ， 顧名思義就是用于比賽時 ， 跟對手比反應時間 ， 思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展 ， 它的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前 ， 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構、學校及企事業(yè)單位 ， 它為各種競賽增添了 刺激性、娛樂性 ， 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用 PLC 進行知識競賽搶答器設計 ， 其控制方便 ， 靈活 ， 只要改變輸入 PLC 的控制程序 ， 便可改變競賽搶答器的搶答方案。 競賽搶答器的控制要求 ⑴ 知識競賽搶答器能使 4 個隊同時參加搶答。 ⑵ 設裁判隊為裁判臺 ， 參賽對為參賽臺。裁判臺設有音響和裁判燈 ， 并且設有裁判臺開始按鈕 SB0 和裁判臺復位按鈕 SB5； 參賽臺設有參賽臺搶答按鈕以及參賽臺燈。14 號參賽臺分別對應按鈕 SB1SB4 及參賽臺燈 EL1EL4。 ⑶ 知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后 ， 各隊搶答必 須在裁判說出“開始”并按下裁判臺的開始按鈕 SB0 后 15S 內(nèi)搶答 ， 并由數(shù)碼管顯示時間。如提前搶答 ，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號。 15S 時間到 ， 如無隊搶答 ， 則搶答器給出時間已到信號 ，該題作廢。在有隊搶答的情況下 ， 則搶答器發(fā)出“搶答”信號 ， 數(shù)碼管開始計時 ， 并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊號 ， 搶到題的隊必須在 30S 內(nèi)答完題 ， 如 30S 內(nèi)未答完 ， 則作超時處理。 ⑷ 燈光與音響信號的意義如下：（見圖 21 結構流程圖） ① 音響叫（響 1S） +某臺燈亮 ， 由某參賽隊正常搶答。 ② 音響叫（響 1S） +某臺燈亮 +總臺燈亮 ， 某參賽隊違規(guī)。 ③ 音響叫（響 1S） +裁判臺燈亮 ， 無人搶答或答題超時。 ⑸ 在某個題結束后 ， 裁判員按下臺上的復位按鈕 SB5， 搶答器恢復原來的狀態(tài) ，為下一輪搶答作好準備。 ⑹ 各輸出端口統(tǒng)一采用直流 24V 電源。 8 用單片機和 PLC 分別做系統(tǒng)的比較 所謂單片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機 CPU 及其它外圍芯片 ， 根據(jù)不同系統(tǒng)設計電路板 ， 最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng) ， 并在此基礎上設計程