【正文】 系統(tǒng) 。 高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等 ；高檔 PLC機具有更強的通信聯網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實現工廠自動化。 (二 ) PLC的特點 ，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。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，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序， 3 使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設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。 ，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC 大多具有完善的數據運 算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC的功能單元大量涌現，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 ，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人 使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 ，重量輕，能耗低 以超小型 PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 (三 ) PLC的應用領域 目前， PLC在國內外 已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、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。 這是 PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，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、包裝生產線、電鍍流水線等。 在工業(yè)生產過程當中，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，必須實現模擬量（ Analog）和數字量（ Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。 PLC廠家都生產配套的 A/D和 D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅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 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(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用 。 現代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、 4 位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據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，或將它們打印制表。數據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)。 PLC通信含 PLC間的通信及 PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 PLC廠商都十分重視 PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 二、 PLC的結構與工作原理 PLC的結構 PLC 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入 /輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。 主機部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。 CPU是 PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入 /輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。 PLC 的內部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由 廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（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點數即輸入 /輸出端子數是 PLC 的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千 點。 圖中電源是指為 CPU、存儲器、 I/O 接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。 編程器是 PLC的一種主要的外部設備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監(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與電腦聯接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控。 /輸出擴展單元 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 5 I/O擴展接口用于連接擴充外部輸入 /輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）。 此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與 主機相聯，以完成相應的操作。 PLC的工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時， CPU 根據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將所有暫 存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(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，執(zhí)行的結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當所有指令執(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，驅動相應輸出設備工作。 三、 CPM2AH PLC的硬件組成及指令系統(tǒng) 硬件組成 CPM2AH PLC 將一個微處理器、一個集成電源和數字量 I/O 點集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強大的微型 PLC，具體見下圖： CPM2AH CPU 模塊包括一個中央處理器（ CPU）、電源以及 I/O 點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。 CPU負責執(zhí)行程序和存儲數據，以便對工業(yè)自動控制任務或過程進行控制 輸入和輸出時系統(tǒng)的控制點：輸入部分從現場設備中（例如傳感器或開關）采集信號，輸出部分則控制泵、電機、指示燈以及工業(yè)過程中的其他設備。 電源向 CPU及所連接的任何模塊提供電力支持 。 通信端口用于連接 CPU與上位機或其他工業(yè)設備 狀態(tài)信號燈顯示了 CPU工作模式，本機 I/O的當前狀態(tài)，以及檢查出的系統(tǒng)錯誤 指令系統(tǒng) 6 LD常開觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動合接點指令，即動合接點邏輯運算起始。 LDNOT常閉觸點指令，表示一個與輸入母線相連的動斷接點指令，即動斷接點邏輯運算起始。 AND 與帶開觸點指令，用于單個動合接點的串聯。 ANDNOT 與非常閉觸點指令，用于單個動斷開接點的串聯。 OR 或常開觸點指令，用于單個動合接點的接點的并聯。 ORNOT 或非常閉 觸點指令，用于單個動斷接點的并聯。 LD、 LDNOT、 AND、 ANDNOT、 OR、 ORNOT 觸點指令中變量的數據類型為布爾 (BOOC)型。 LD、 LDNOT 兩條指令用于將接點接到母線上， AND、 ANDNOT、 OR、 ORNOT指令均多次重復使用， (OUT)輸出指令與線圈相對應，驅動線圈的觸點電路接通時，線圈流過“能流”，輸出類指令應放在梯形圖的最右邊，變量為 Bool型。 SET、 RSET SET為置位指令，使動作保持； RSET為復位指令，使操作保持復位。 NOP NOP指令是一條無動作、無目標元件的 1程序步指令。空操作指令使該步序為空操作。用 NOP指令替代已寫入指令，可以改變電路。在程序中加入 NOP指令，在改動或追加程序時可以減少步序號的改變。 END END 是一條無目標元件的 1 程序步指令。 PLC 反復進行輸入處理、程序運算、輸出處理，若在程序最后寫入 END 指令，則 END 以后的程序就不再執(zhí)行，直接進行輸出處理。在程序調試過程中，按段插入 END指令，可以按順序擴大對各程序段動作的檢查。采用 END指令將程序劃分為若干段，在確認處于前面電路塊的動作正確無誤之后， 依次刪去 END指令。要注意的是在執(zhí)行 END指令時，也刷新監(jiān)視時鐘。 四、 PLC控制系統(tǒng)的設計與故障診斷 分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電之間的配合，確定被控對象對 PLC控制系統(tǒng)的控制要求。根據生產的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動作 (動作順序、動作條件、必須的保護和連鎖等 )、操作方式 (手動、自動、連續(xù)、單周期、單步等 ) /輸出設備 根據系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的輸入設備（如：按鈕、位置開關、轉換開關等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈等）。據此確定 PLC的 I/O點數。 PLC 包括 PLC的機型、容量、 I/O模塊、電源的選擇。 I/O點 分配 PLC的 I/O點，畫出 PLC的 I/O端子與輸入 /輸出設備的連接圖或對應表。（可結合第 2步進行）。 進行 PLC 程序設計，進行控制柜（臺）等硬件及現場施工。由于程序與硬件設計可同時進行，因此PLC 控制系統(tǒng)的設計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設計出全部的電氣控制電路后才能進行施工設計。 其中 PLC程序設計的一般步驟在上一課題中已進行介紹。 其中硬件設計及現場施工的步驟如下： 1)設計控制柜及操作面 板電器布置圖及安裝接線圖。 2)設計控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖。 3)根據圖紙進行現場接線，并檢查。 7 聯機調試是指將模擬調試通過的程序進行在線統(tǒng)調。 包括設計說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細表及使用說明書等。 五、 PLC的應用及展望 世界上公認的第一臺 PLC是 1969年美國數字設備公司（ DEC）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。 20 世紀 70 年代初出現了微處理器。人們很快將其引 入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的 PLC為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。 20世紀 70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術