【正文】 包括各個(gè)硬件的參數(shù)選擇，硬件電路設(shè)計(jì)的詳細(xì)說明。第二章 可編程控制器概述第二章 可編程控制器概述 可編程控制器的發(fā)展可編程控制器是以自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。早期的可編段控制器只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)以及對(duì)開關(guān)量的邏輯控制。因此，它被稱為可編程邏輯控制器(programmable Logic Conkoller)，簡(jiǎn)稱PLC。后來，可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為Programmable Controller，簡(jiǎn)稱；PC。但個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal puter)也常簡(jiǎn)稱PC，為了避免混淆，可編程控制器仍被稱為PLC。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在可編程控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中，對(duì)可編程控制器定義如下：可編被控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電了系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序按制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成—個(gè)整體、易于擴(kuò)允其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。20世紀(jì)60年代初，英國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，其生產(chǎn)線必須隨之頻繁地變史。傳統(tǒng)的繼電器控制對(duì)頻繁變動(dòng)的生產(chǎn)線很不適應(yīng)。自然，人們對(duì)控制裝置提出了更高的要求，即經(jīng)濟(jì)、可靠、通用、易變、易修。首先提出PLC概念的是美國(guó)最人的汽車制造廠家通用汽車公司(GM)。1968年，該公司提出用一種新型控制裝置替代繼電器控制，這種控制裝置要把計(jì)算機(jī)的通用、靈活、功能完備等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制的簡(jiǎn)單、易懂、操作方便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)結(jié)合起來，而且要使那些不很熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。根據(jù)這種設(shè)想，1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界—上第一臺(tái)PLC，并在美國(guó)GM公司的汽事自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上試用獲得成功。由于PLC優(yōu)越的性能，其問世后發(fā)展極為迅速。1971年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)并開始生產(chǎn)PLC。1973年，原西德和法國(guó)也研制出自己的PLC。70年代中期，歐美及日本的一些生產(chǎn)廠家，其PLC產(chǎn)品中多以微處理器及大規(guī)模集成電路芯片為其核心部件，使PLc的功能進(jìn)一步擴(kuò)展，并且有了自診斷功能，可靠性得到大大提高。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，80年代中期，PLC的處理速度和可靠性大大提高，不僅增加了多種特殊功能，而且體積進(jìn)一步縮小，成本大幅度下降。到90年代中期之后，PLC幾乎完全計(jì)算機(jī)化，其速度更快、功能更強(qiáng)，PLC的各種智能化模塊不斷被開發(fā)出來，一些廠家還推出了PLC的計(jì)算機(jī)輔助編程軟件，使得許多小型PLC的性能也不可小視。目前世界上—些著名電器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谏a(chǎn)PLC，產(chǎn)品功能日趨完善、換代周期越來越短。為了進(jìn)一步擴(kuò)大PLC在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，適應(yīng)大、中、小型企業(yè)的不同需要，PLC產(chǎn)品大致向兩個(gè)方向發(fā)展：小型PLC向體積縮小、功能加強(qiáng)、速度加快、價(jià)格低廉的方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制更便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；大中型PLC向高可靠性、高速度、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，將PLC系統(tǒng)控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對(duì)大規(guī)模和復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。 PLC的特點(diǎn)PLC優(yōu)越的性能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1. 靈活性和通用性強(qiáng)繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要使用大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組裝來完成電路的連接。其致命的缺點(diǎn)是，如果工藝要求稍有改變，控制電路必須隨之做相應(yīng)的變動(dòng)，耗時(shí)且費(fèi)力。PLC是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的，因此PLC控制的系統(tǒng)中，當(dāng)控制功能改變時(shí)只需修改程序即可，PLC外部接線改動(dòng)極少，甚至可不必改動(dòng)。一臺(tái)PLC可以用于不同的控制系統(tǒng)中，只不過改變了其中的程序罷了。其靈活性和通用性是繼電器控制電路所無法比擬的。2．抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。繼電器控制系統(tǒng)的維修工作不僅耗資費(fèi)時(shí)，而且停產(chǎn)維修所造成的損失也不可估量。而在PLC控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加之PLC在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力，故此PLC可以直接按裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定地工作。從國(guó)內(nèi)外使用PLC的實(shí)際情況來看，平均無故障率可以達(dá)到幾十萬小時(shí)以上。因而PLC被譽(yù)為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。3．編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)雖然PLC是以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的控制裝置，但是不要求使用者精通計(jì)算機(jī)方面復(fù)雜的硬件和軟件知識(shí)。大多數(shù)PLC采用類似繼電器控制電路的“梯形圖”語(yǔ)言編程，清晰直觀，簡(jiǎn)單易學(xué)，了解繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員很容易接受。4．PLC與外部設(shè)備的連接簡(jiǎn)單、使用方便用微機(jī)控制時(shí)，要在輸入／輸出接口電路上做大量工作，才能使微機(jī)與控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備連接起來，調(diào)試比較煩瑣。而PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，其輸入接口可以直接與各種輸入設(shè)備(如按鈕、各種傳感器等)連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等強(qiáng)電電器連接，接線簡(jiǎn)單，使用非常方便。5．PLC的功能強(qiáng)、功能的擴(kuò)展能力強(qiáng) 其一，PLC利用程序進(jìn)行定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序、步進(jìn)等控制，十分準(zhǔn)確可靠。而用繼電器控制時(shí)，需使用大量時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器、步進(jìn)控制開關(guān)等設(shè)備，其準(zhǔn)確性與可靠性無法與PLC相比。其二，PLC還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理、運(yùn)動(dòng)控制等功能。因此它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對(duì)模擬量進(jìn)行控制。其中PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，因此，它不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，還可控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線，它既可現(xiàn)場(chǎng)控制，也可遠(yuǎn)距離對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控。PLC的功能擴(kuò)展極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活，根據(jù)控制要求的改變，可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。6．PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短由于PLC是通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，所以設(shè)計(jì)人員可以在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)和修改程序。更為方便的是可在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行系統(tǒng)的模擬運(yùn)行調(diào)試，使現(xiàn)場(chǎng)工作人員大為減少。而繼電器控制系統(tǒng)是靠調(diào)整控制電路的接線來改變控制功能的，調(diào)試時(shí)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。7．PLC體積小、質(zhì)量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化由于PLC內(nèi)部電路主要采用半導(dǎo)體集成電路，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)；更由于它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，因而它已成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制裝置。在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們是梯形圖語(yǔ)言、指令助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。梯形圖語(yǔ)言是基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它通常由一系列指令主成，用這些指令可以完成一系列的簡(jiǎn)單控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴(kuò)展和增強(qiáng)指令集它也能執(zhí)行其他的基本操作。功能表圖語(yǔ)言和語(yǔ)句描述是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它可以根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報(bào)表的打印和其它基本的設(shè)計(jì)語(yǔ)言無法完成的功能。功能塊圖語(yǔ)言采用功能塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組太時(shí)也常常被采用，由于它具有連接方便，操作簡(jiǎn)單，易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。根據(jù)可編程控制器的應(yīng)用范圍，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以組合使用，常用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是：梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，是若干圖形符號(hào)的組合。不同廠家的PLC各有自己的一套梯形圖符號(hào)。這種編程語(yǔ)言具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)，熟悉繼電器控制的技術(shù)人員很容易掌握。因此，各種機(jī)型的PLC都把梯形圖作為第一編程語(yǔ)言。語(yǔ)句表編程語(yǔ)言這種編程語(yǔ)言類似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來表示各種指令的功能。對(duì)同樣功能的指令，不同廠家的PLC使用的助記符一般不同。 指令語(yǔ)句是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素，多條語(yǔ)句的組合構(gòu)成了語(yǔ)句表。個(gè)復(fù)雜的控制功能是用較長(zhǎng)的語(yǔ)句表來描述的。語(yǔ)句表編程語(yǔ)言不如梯形圖形象、直觀，但是在使用簡(jiǎn)易編程器輸入用戶程序時(shí)，必須把梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表才能輸入。 CPMlA系列 PLC的指令系統(tǒng) 指令的分類 指令的格式4．指令的微分、非微分形式 基本指令 常用的基本指令 OMRON特殊功能模塊模擬量輸入單元 C200H AD00l結(jié)構(gòu)C200H AD 001是C200H PC的模擬量輸入單元。有4路模擬量輸入端口。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。AD001單元將模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字量。同時(shí)它也提供了數(shù)據(jù)換算，取平均值計(jì)算、峰值保持處理等功能。AD001單元的轉(zhuǎn)換處理需要預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行控制。當(dāng)AD001單元上電或當(dāng)PLC的AR區(qū)中與該單元對(duì)應(yīng)的重新啟動(dòng)位激活時(shí)．PLC將預(yù)設(shè)的參數(shù)經(jīng)I/O總線送給AD001單元中的CPU和存貯器。該CPU根據(jù)