【正文】 )X000(元件地址 )，即 LD X000， LDI Y000...... 熟識 PLC 基本指令 ： LD(取 )、 LDI(取反 )、 OUT(輸出 )指令； LD(取 )、 LDI(取反 )以電工的說法前者是常開、后者為常閉。這二條指令最常用于每條電路的第一個觸點 (即左母線第一個觸點 )，當然它也可能在電路塊與其它并聯(lián)中的第一個觸點中出現(xiàn)。 第二章 PLC 的現(xiàn)狀 PLC 的來源 在制造工業(yè) (以改變幾何形狀和機械性能為特征 )和過程工業(yè) (以物理變化和化學變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn) 品為特征 )中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968 年美國 GM(通用汽車 )公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫 Programmable Controller(PC)。 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)生， PC 的功能越來越強大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴展。 上世紀 80 年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC，為了方便，也為了反映或可編程控制器的功能特點，美國 AB 公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller(PLC)，并將“ PLC”作為其產(chǎn)品的注冊商標?，F(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。 上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取 代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng) . 9 近年，工業(yè)計算機技術(shù) (IPC)和現(xiàn)場總線技術(shù) (FCS)發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC 市場， PLC 增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 目前，世界上有 200 多廠家生產(chǎn) 300 多品種 PLC 產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車 (23%)、糧食加工 (%)、化學 /制藥 (%)、金屬 /礦山 (%)、紙漿 /造紙 (%)等行業(yè)。 典型的 PLC 產(chǎn)品 國外 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等； 羅克韋爾 (AB 公司 )， SLC、 MicroLogix、 Control Logix 等； 西門子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。 國內(nèi) PLC 生產(chǎn)廠約 30 家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。 PLC 在我國的應(yīng)用 雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面非常弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億人民幣 ，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 在我國，一般按 I/O 點數(shù)將 PLC 分為以下級別 (但不絕對，國外分類有些區(qū)別 )： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O 64 點以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47%， 64 點 ~256點的占 31%，合計占整個 PLC 銷售額的 78%。 在我國應(yīng)用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng) 、機床、設(shè)備單體自動化及 OEM 產(chǎn)品采用日本的 PLC 居多。歐美 PLC 在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC 在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。 10 我國的 PLC 供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商 (代理商 )、系統(tǒng)集成商、 OEM 用戶、最終用戶。其中，大部分 PLC 是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達到最終用戶的。 PLC 發(fā)展的重點 人機界面更加友好 PLC 制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù) PLC 品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時，為用戶的開發(fā)和 維護降低了成本，使更易形成人機友好的控制系統(tǒng)，目前， PLC＋網(wǎng)絡(luò)＋ IPC＋ CRT 的模式被廣泛應(yīng)用。 網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強 PLC 廠家在原來 CPU 模板上提供物理層 RS232/422/485 接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾 A－ B 公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即 EtherNet、 ControlNet、 DeviceNet，西門子公司在ProfibusDP 及 ProfibusFMS 網(wǎng)絡(luò) 等。 開放性和互操作性大大發(fā)展 PLC 在發(fā)展過程中，各 PLC 制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標準，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認識，形成了長時期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的進程，可以從以下方面反映： 1)IEC 形成了現(xiàn)場總線標準，這一標準包含 8 種標準，雖然有人說，多種標準就是沒有標準，但必竟是一個經(jīng)過困難的爭論與妥協(xié)的成果。標準推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標準，或者開發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。 2)IEC 制訂了基于 Windows 的編程語言標準 IEC611313，它規(guī)定了指令表 (IL)、梯形圖 (LD)、順序功能圖 (SFC)、功能塊圖 (FBD)、結(jié)構(gòu)化文本 (ST)五種編程語言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標準化文件。雖然 PLC 開發(fā)上各工具仍不兼容，但基于這些標準的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。 3)OPC 基金會推出了 OPC(OLE for Process Control)標準，這進一步增強了軟硬件的互操作性，通過 OPC 一致性測試的產(chǎn)品 ，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù) PLC 軟件產(chǎn)品和相當一部分儀表、執(zhí)行機構(gòu)及其它設(shè)備具有了 OPC 功能。 OPC 11 與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合，是未來控制系統(tǒng)向 FCS 技術(shù)發(fā)展的趨勢。 PLC 的功能進一步增強，應(yīng)用范圍越來越廣泛。 PLC 的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領(lǐng)域， PLC 均有成功能應(yīng)用， PLC 在相當多的應(yīng)用取代了昂貴的 DCS，從而使原來 PLC(順序控制 )＋ DCS(過程控制 )的模式變成 PLC＋ IPC 模式。 工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對 PLC 有重要影響。 以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于 1)硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境； 2)通訊機制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進入工控領(lǐng)域，還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過程，各 PLC 廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品 第三章 PLC 技術(shù)的應(yīng)用 PLC 工業(yè)自動化應(yīng)用 自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機 設(shè)備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置，在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、 12 汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各 個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類 : 開關(guān)量的邏輯控制：這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等；模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)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(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制；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(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)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(chǎn)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 。過程控制 :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(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較 多的調(diào)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(yīng)用；數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)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?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)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)；通信及聯(lián)網(wǎng)： PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 應(yīng)用中需要注意的問題 —— 工作環(huán)境和抗干擾 溫度 PLC 要求環(huán)境溫度在 0~55℃，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴展單元之間要有 30mm 以上間隔；開關(guān)柜上、下部 13 應(yīng)有通風的 百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過 55℃，要安裝電風扇強迫通風。 濕度 為了保證 PLC 的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于 85%(無凝露 )。 震動 應(yīng)使 PLC 遠離強烈的震動源，防止振動頻率為 10~55Hz 的頻繁或連續(xù)振動。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 電源 PLC 供電電源為 50Hz、 220(1177。 10%)V 的交流電，對于電源線來的干擾， PLC 本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為 1： 1 的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 FX 系列 PLC 有直流 24V 輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器 (如光電開關(guān)或接近開關(guān) )提供直流 24V 電源。當輸入端使用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC 接收到錯誤信息。 PLC 應(yīng)遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備 ，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。 PLC 的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的 1/10。 PLC 基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨敷設(shè)，以防止外界信號的干擾。