【正文】 應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的硬件 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，基本構(gòu)成為： a、電源 PLC 的電源在 整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 。 b、中央處理單元 (CPU)中央處理單元 (CPU) 是 PLC 的控制中樞 。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài) 和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映像 區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映像 區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映像區(qū) 的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 5 c、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ) 器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 d、輸入輸出接口電路 。 1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 e、功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 f、通信模塊如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等。 PLC 的軟件 結(jié)構(gòu) PLC 的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。系統(tǒng)程序由 PLC 制造商固化在機(jī)內(nèi)，用以控制 PLC 本身的運(yùn)作；用戶程序則是由使用者編制并輸入的，用來控制外部對(duì)象的運(yùn)作。 系統(tǒng)程序 主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，他控制 PLC 的運(yùn)行。第二部分為用戶指令解釋程序，將 PLC 的編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令，再由 CPU 執(zhí)行。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序。 （ 1）、系統(tǒng)管理程序 系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分，用以控制 PLC 的運(yùn)作。其作用有三，一是進(jìn)行運(yùn)行管理，控制 PLC 何時(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)計(jì)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通信等時(shí)間上的分配管理；二是存儲(chǔ)空間管 理，即生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲(chǔ)地址化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址，將有限的資源變?yōu)橛脩艉芊奖愕闹苯邮褂玫脑Ｈ窍到y(tǒng)自檢程序，包括系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)，用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。 （ 2）、用戶指令解釋程序 用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級(jí)語言和機(jī)器碼的橋梁。 PLC 可用梯形圖語言編程，把使用者直觀易懂的梯形圖變成機(jī)器易懂的機(jī)器語言，這就是解釋程序的任務(wù)。解釋程序?qū)⑻菪螆D逐條解釋，翻譯成相應(yīng)的機(jī)器語言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。 （ 3）、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng) 調(diào)用程序 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序由許多獨(dú)立的程序塊組成，各塊程序有不同的功能，有的完成輸入、輸出處理，有的完成特殊運(yùn)算等。 PLC 的各種具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少?zèng)Q定了 PLC 性能的強(qiáng)弱。 整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個(gè)整體，它質(zhì)量的好壞很大程度上影響 PLC 的性能。因?yàn)橥ㄟ^改進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)控程序就可在不增加任何硬設(shè)備的條件下改善 PLC 的性能。 6 用戶程序 即應(yīng)用程序，是 PLC 的使用者針對(duì)具體控制對(duì)象編制的應(yīng)用程序。根據(jù)不同控制要求編制不同的程序，相當(dāng)于改變 PLC 的用途，也相當(dāng)于繼電接觸器控制設(shè)備的 硬接線線路進(jìn)行重設(shè)計(jì)和重接線，這就是所謂的“可編程序”。程序既可有編程器方便的送入 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，也能通過他方便的讀出、檢查與修改。 PLC 編程語言有多種，它是用 PLC 的編程語言或某種 PLC 指令的助記符編制而成的。編程語言可以是語句表、梯形圖或狀態(tài)流程圖（功能圖）。各個(gè)元件的助記符隨 PLC 型號(hào)的不同而略有不同。 （ 1）、梯形圖（ LAD） 梯形圖是一種類似于繼電器控制線路圖的一種語言。這種語言繼承傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀，具有形象實(shí)用的特點(diǎn)，因此應(yīng) 用最廣泛。如圖 12 所示。 PLC 梯形圖的一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”，是一種假想的“能量流”。把左邊的母線假設(shè)為電源“火線”，而把右邊的母線假想為電源“零線”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)。 要強(qiáng)調(diào)的是，引入“能流”概念，僅僅是為了和繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，告訴人們?nèi)绾蝸砝斫馓菪螆D各輸出點(diǎn)的動(dòng)作，實(shí)際上并不存在這種“能流”。 項(xiàng)目 物理繼電器 PLC繼電器 線圈 常開觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 圖 12 （ 2）、語句表（ STL）編程 語句表是一種類似于計(jì)算機(jī)匯編語言的助記符語言，他是 PLC 最基礎(chǔ)的編程語言。由不同的指令所構(gòu)成的語句組成的，其中的指令則由操作碼和操作數(shù)組成， 其中操作碼指出了指令的功能，操作數(shù)指出了指令所用的元件或數(shù)據(jù)。 例如：圖 13 7 圖 13 （ 3）、狀態(tài)流程圖（功能圖）編程 狀態(tài)流程圖（ SFC）編程是一種較新的方法，他是用“功能圖”來表達(dá) 一個(gè)順序控制過程，是一種圖形化的編程方法。用方框表示整個(gè)控制過程中一個(gè)個(gè)“狀態(tài)”，或稱“功能”或稱“步”，用線段表示方框間的關(guān)系及方框間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。 設(shè)計(jì)一個(gè)好的用戶程序，就要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的用戶程序結(jié)構(gòu)，正確地使用用戶程序語言才能編寫出滿足工程需要的程序。主要包括：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。 （ 1）、用戶程序 用戶程序是程序中的必須項(xiàng)。用戶程序在存儲(chǔ)器空間中稱為組織塊，他處于最高層次，可以管理其他快，他是用各種語言編寫的用戶程序。不同機(jī)型的 CPU，其程序空間容量也不同。用戶程序的結(jié)構(gòu)比較簡單，一個(gè)完整的 用戶控制程序應(yīng)當(dāng)包含一個(gè)主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分，不同編程設(shè)備對(duì)各程序塊的安排方法也不同。 （ 2）、數(shù)據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊為可選部分，他主要存放控制程序所需的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)塊中允許以下數(shù)據(jù)類型：布爾型，表示編程元件的狀態(tài)；十進(jìn)位、二進(jìn)位制或十六進(jìn)制數(shù)；字母、數(shù)字和字符型。 （ 3）、參數(shù)塊 參數(shù)塊也是可選部分，他存放的是 CPU 組態(tài)數(shù)據(jù)，如果在編程軟件或其他編程工具上來進(jìn)行 CPU 組態(tài)，則系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行自動(dòng)配置。 PLC 的工作原理 8 掃描技術(shù)當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣 、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一 )輸入采樣階段 。 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映像 區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二 )用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映像 區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映像 區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映像 區(qū)或 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三 )輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此 期間， CPU 按照 I/O 映像 區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 PLC 內(nèi)部運(yùn)作方式 雖然 PLC 所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但 PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入 CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步 驟， “ 輸入狀態(tài)檢查 ” 、 “ 程式執(zhí)行 ” 、 “ 輸出狀態(tài)更新 ”說明如下：步驟一 “ 輸入狀態(tài)檢查 ” ： PLC 首先檢查輸入端元件所連接之各點(diǎn)開關(guān)或傳感器狀態(tài)（ 1 或 0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置 XN。步驟二 “ 程式執(zhí)行 ” ：將階梯圖程式逐行取入 CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)， CPU 直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端 YN。步驟三 “ 輸出狀態(tài)更新 ” ：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至 PLC 輸出部接點(diǎn)，并