【正文】 ................................. 18 致 謝 .......................................................................................................................... 19 附 錄 .......................................................................................................................... 19 1 緒論 可編程控制器是在計(jì) 算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），即PLC，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。 它以微處理器為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 20 世紀(jì) 60 年代以前，汽車流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制。在 60 年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，而汽車的每一次更新的周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動(dòng) 控制系統(tǒng)更新就越來越頻繁，原來的繼電器控制就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，從而延緩了汽車的更新間。所以人們就想能有一種通用性和靈活性較強(qiáng)的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制系統(tǒng)。 1968 年，美國通用汽車公司首先提出可編程控制器的概念。在 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）終于研制出世界上第一臺 PLC。這是由一種新的控制系統(tǒng)代替繼電器的控制系統(tǒng)，它要求盡可能地縮短汽車流水線控制系統(tǒng)的時(shí)間，其核心采用編程方式代替繼電器方式來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的控制。這種控制系統(tǒng)首先在美國通用汽車的生產(chǎn)線上使用，并獲得了令人滿意的效果。 PLC 在制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應(yīng)用。 1971 年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并開始生產(chǎn)自己的 PLC。 1973 年，歐洲一些國家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我國也開始仿照美國的 PLC 技術(shù)研制自己的 PLC，終于在 1977 年研制出第一臺具有實(shí)用價(jià)值的 PLC。 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得 PLC在問世后的發(fā)展極為迅速?，F(xiàn)在， PLC 不僅能實(shí)現(xiàn)繼電器的邏輯控制功能，同時(shí)還具有數(shù)字量和模擬量的采集和控制、 PID 調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)、故障自診斷及 DCS 生產(chǎn)監(jiān)控等功能。 毫無疑問， PLC 將在今后的工業(yè)生產(chǎn)中起 到非常重要的作用。在 20 世紀(jì) 80年代，美國的工業(yè)市場調(diào)查報(bào)告和 1989 年美國的一份分散控制系統(tǒng)（ DCS）的調(diào)研報(bào)告中，都能看出 PLC 在工業(yè)控制中的重要作用。 2 的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。 整體式（又稱箱體式）結(jié)構(gòu)的 PLC 由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在 同一機(jī)體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價(jià)格低、輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性較低。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。 圖 11 整體式結(jié)構(gòu) 模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)控制要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線相互聯(lián)系。模塊式的PLC 安裝完成后，需進(jìn)行登記，以便 PLC 對安裝在總線上的各模塊進(jìn)行地址確認(rèn)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性較高，可 以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC，但同時(shí)價(jià)格也較高?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 12 所示。 圖 22 模塊式結(jié)構(gòu) 圖 12 模塊式結(jié)構(gòu) 機(jī) 架 編程器 現(xiàn)場設(shè)備 其他 PLC 或上位機(jī) 電源 模塊 CPU 模塊 通信 模塊 輸入 模塊 輸出 模塊 特殊功能模塊 電源 中央 處理器 （ CPU） 輸入 /輸出單元 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)總線 編程器 3 PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作，只要形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。而 PLC 則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這 也就是說 PLC 以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競爭和時(shí)序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而 PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個(gè)階段才能完成控制過程。 PLC 采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為 3 個(gè)階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC）、執(zhí)行程序和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。掃描過程如圖 13 所示。 圖 13 循環(huán)掃描 在輸入 階段中， PLC 先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)中央處理器掃描各個(gè)輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元。 在執(zhí)行階段中， PLC 按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。 在輸出階段中， PLC 將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部沒備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。 PLC的編程語言 可編程控制器的編程語言主要有梯形圖語言、助記符語言及功能塊圖。 一個(gè)掃描周期 程序執(zhí)行階段 輸出階段 輸入階段 程