【正文】 可編程控制器技術(shù)討論與未來發(fā)展 隨著時代的發(fā)展 ,當(dāng)今的技術(shù)也日趨完善、競爭愈演愈烈 。單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景 ,也無法保證更高質(zhì)量的要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象 。 人們在生產(chǎn)實踐中看到 ,自動化給人們帶來了極大的便利和產(chǎn)品質(zhì)量上的保證 ,同時也減輕了人員的勞動強(qiáng)度 ,減少了人員上的編制 .在許多復(fù)雜的生產(chǎn)過程中難以實現(xiàn)的目標(biāo)控制、整體優(yōu)化、最佳決策等 ,熟練的操作工、技術(shù)人員或?qū)＜?、管理者卻能夠容易判斷和操作 ,可以獲得滿意的效果 .人工智能的研究目標(biāo)正是利用計算機(jī)來實現(xiàn)、模擬這些智能行為 ,通過人腦與計算機(jī)協(xié) 調(diào)工作 ,以人機(jī)結(jié)合的模式 ,為解決十分復(fù)雜的問題尋找最佳的途徑 。 我們在各種場合看到了繼電器連接的控制，那已經(jīng)是時代的過去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡單的設(shè)備中使用到；而 PLC 的出現(xiàn)也成為了劃時代的主題，通過極其穩(wěn)定的硬件穿插靈活的軟件控制，使得自動化走向了新的高潮。 PLC 的最大特點(diǎn)在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費(fèi)太多的心計，只要將按鈕開關(guān)或感應(yīng)器的輸入點(diǎn)連接到 PLC 的輸入點(diǎn)上就能解決問題，通過輸出點(diǎn)連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動設(shè)備，而小功率的輸出設(shè)備直接連接就可以。 PLC 的內(nèi)部包含了具有中央處理器的 CPU，并帶有外部 I/O 口擴(kuò)展的 I/O 接口地址和存儲器三大塊組成， CPU 的核心是由一個或者多個累加器組成，它們具有邏輯的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，并能讀取程序存儲器的內(nèi)容通過計算后去驅(qū)動相應(yīng)的存儲器和 I/O 接口； I/O 口將內(nèi)部累加器和外部的輸入和輸出系統(tǒng)連接起來，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入程序存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器中；存儲器可以將 I/O 口輸入的數(shù)據(jù)存入存儲器中，并在工作時調(diào)轉(zhuǎn)到累加器和 I/O 接口上，存儲器分程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器 RAM,ROM可以將數(shù)據(jù)永久的存入存儲器中，而 RAM只能作為 CPU計 算時臨時計算使用的緩沖空間。 PLC 的抗干擾是極其優(yōu)秀的，我們根本不用去關(guān)心它的使用壽命和工作場合的惡劣，這些所有的問題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關(guān)心如何來利用 PLC 的內(nèi)部資源為我們加強(qiáng)設(shè)備的控制能力，使我們的設(shè)備更加的柔性。 PLC 的語言并不是我們所想象的匯編語言或 C 語言來進(jìn)行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫程序時很容易就理解了 PLC 的語言，而且很多的非電氣專業(yè)人士也對 PLC 很快認(rèn)識并深入。 以上僅僅是 PLC 的優(yōu)點(diǎn)之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設(shè)備 中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易損壞而且極易產(chǎn)生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過大的甚至是致命的失誤是我們無法容忍的。新的技術(shù)總是為了給我們帶來更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問題一掃而光，你有了解過 HMI 嗎？這里說 HMI 你根本不清楚它是什么，也沒有興趣了解，換一個中文把它說明為觸摸屏或者人機(jī)界面你就知道了，它和 PLC 的結(jié)合給了我們更大的空間。 HMI 控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出反饋，在 溫度控制曲線的模擬也能直觀的顯示出來。并且能夠通過編寫功能幫助程序來提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。 HMI 的廠商目前也越來越多，功能也越來越強(qiáng)，價格也越來越低，使用的面越來越廣。 HMI 的前景可以說十分的看好。 在很多場合，單靠單機(jī)的控制是無法保證設(shè)備的順暢運(yùn)行，而通過設(shè)備與設(shè)備的信息交流達(dá)到我們想要的效果。比如在前包裝和后工序的檢測，我們就要將包裝的信息反饋到檢測處，而檢測處的信息也要反饋到包裝來。這樣通過信息共享來使得兩者之間鏈接起來，形成一個共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼 此間達(dá)到映影相揮的效果。 PLC 的通信已經(jīng)愈來愈體現(xiàn)它的價值，在 PLC 與 PLC 之間的通信，能夠通過信息的溝通和數(shù)據(jù)的共享來保證設(shè)備之間的相互協(xié)調(diào)，已達(dá)到互補(bǔ)的效果。 PLC之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用 RS232 接口來傳送數(shù)據(jù)，而 RS232 接口只能保證 10 米的傳輸距離，如果在 1000 米的距離內(nèi)我們可以通過 RS485 來進(jìn)行通信，更長的距離只能通過 MODEL 來進(jìn)行傳輸。 PLC 的數(shù)據(jù)傳送只是將內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送到對方的一塊連續(xù)的地址中，我們把它稱為一個表，對方的 PLC 通過讀取表中的數(shù)據(jù)來進(jìn)行操作。如果表中的數(shù)據(jù)是一個一般設(shè)置的數(shù) 據(jù)的話，那只是一般的數(shù)據(jù)傳送，比如今天的油價上升了，我要把油價的價格傳送到所有的輸油機(jī)上，那就是數(shù)據(jù)的共享；而當(dāng)表中的數(shù)據(jù)是一段控制 PLC 的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺機(jī)器人來按你想象的動作工作，你會給它編制一段程序并以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送過去。 信息輸送的形式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說兩者之間，一個只能發(fā)送，而一個只能接收，比如一個特務(wù)他只能接收上司的指示，而無法給上司回復(fù)；半雙工位也就是兩個能都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，但不能同時發(fā)送和接受，比如你打電話時是不能接電話 ,對方 也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，并可同時發(fā)送和接受。像互聯(lián)網(wǎng)就是典型的例子。 信息輸送的過程也有同步和異步之分：同步的意義在于發(fā)送數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)線和時鐘線是同步的，也就是數(shù)據(jù)信號和時鐘信號同時由 CPU 進(jìn)行發(fā)送，這需要彼此都要專門的時鐘信號來進(jìn)行傳送和接送，并且是強(qiáng)制性的，這種方法的特點(diǎn)在于它的速度極快、但相應(yīng)占用 CPU 的工作時間也相對的要長、同時技術(shù)難度也非常的大。它的要求在于在一幀的數(shù)據(jù)傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤，這在硬件上是一個比較大的難度。在一些專用的設(shè)備中應(yīng)用的越 來越廣泛，像專用的醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字信號設(shè)備等，在比較單一數(shù)據(jù)的傳輸中，它的效果非常的好。 而異步是應(yīng)用范圍最廣泛的，這得益于它的技術(shù)難度相對要小、同時不需要配制專門的時鐘信號、它的特點(diǎn)在于，它的數(shù)據(jù)是間隔性的，離散性的發(fā)送和接受，當(dāng) CPU 太忙的時候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時數(shù)據(jù)的丟失相對要少，我們可以通過數(shù)據(jù)的檢測來觀察我們發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯誤，像奇偶法、累加法和八位效驗法等，都可以用來幫助我們檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯誤發(fā)生，通過反饋來進(jìn)行辨別。 信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的 PLC 是 8 位機(jī)，當(dāng)然也有 16 位機(jī)。我們在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候可以是一位一位的發(fā)送給對方，也可以 8 位 8 位的將數(shù)據(jù)發(fā)送到對方，一位和 8 位區(qū)別也就是我們所說的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和并口發(fā)送數(shù)據(jù)。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就能解決問題，并能借用電話線來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的 256 倍，在短距離占有優(yōu)勢，由于是 TTL 電平，一般限于 1 米的范圍，它并不適用于長距離的數(shù)據(jù)傳送，這樣成本太昂貴了。 很多的情況下我們總喜歡采用串并轉(zhuǎn)換芯片來進(jìn)行傳輸，這種情況下不需要我們進(jìn)行過于復(fù)雜的寄存器設(shè)置了，而直接通過數(shù)據(jù) 傳送指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，但在通信中并不是一個十分可行的辦法，因為在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候?qū)Ψ降?PLC 必須一直等待你的數(shù)據(jù)輸出，它不能去做其他的工作。 當(dāng)你在看書的時候，你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對話、這個時候電話響了、你示意接個電話、在接完電話后、回過頭來同敲門者繼續(xù)對話、對話完畢后、你再繼續(xù)看你的書，這種情況我們把它稱為中斷，它具有權(quán)威性，也具有優(yōu)先性， PLC 具備了這樣的功能。它的特點(diǎn)在于我們在設(shè)備的操作過程中可能會遇到緊急的突發(fā)事件，我們要立刻的停下手上的工作，去處理更重要的事情，這種 情況是我們經(jīng)常所遇到的， PLC 在去執(zhí)行緊急的任務(wù)時，總會先保存目前的狀態(tài)，比如程序的地址， CPU 的累加器數(shù)據(jù)等，就像我們?nèi)ラ_門時要記下我們看的書在第幾頁了或者干脆作個記號，因為我們待會還要繼續(xù)接著看后面的書。 CPU 總是按照我們的意愿去做應(yīng)該做的事情，但你錯誤的給它一件事情，它也會同樣的去做，這一點(diǎn)我們必須注意。 中斷并不是只有一個，有時會同時存在幾個中斷，中斷具有優(yōu)先的級別，他們會根據(jù)人的要求去執(zhí)行更高級別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當(dāng)然中斷的級別根據(jù)各種 PLC 內(nèi)部 CPU 的資源有關(guān)，同時也跟 堆棧的容量大小也有關(guān)系。 中斷的內(nèi)容有很多種，比如外部中斷、通信中的發(fā)送和接受中斷、定時和計數(shù)的時鐘中斷、還有 WDT 復(fù)位中斷等，它們豐富了 CPU 在處理各種事務(wù)時響應(yīng)種類。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作順序，我們做一個小小的例子來說明 。 每一個設(shè)備總是不會忘記有一個按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時使用的，那就是急停按鈕。當(dāng)我們遇到人身事故和意外情況時我們只要按下它，機(jī)器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復(fù)操作。急停按鈕連接 PLC 內(nèi)部CPU 的內(nèi)部 I/O 接口上，當(dāng)按鈕給 CPU 一個外部觸發(fā)信 號時， CPU 對 I/O 進(jìn)行再次檢測，當(dāng)確認(rèn)有外部觸發(fā)信號時， CPU 保護(hù)現(xiàn)場并將程序計數(shù)器自動轉(zhuǎn)到相應(yīng)的外部 I/O 中斷程序中去，當(dāng)外部中斷程序處理完畢，程序計數(shù)器返回到主程序繼續(xù)工作。有一點(diǎn)可以說明的是我們一般會把急停按鈕的外部中斷升至最高級別，從而保證安全。 當(dāng)我們在工作完一個工件時，給 PLC 一個信號，將 PLC 的內(nèi)部計數(shù)器加 1 來計算我們一天的工作量時，一個簡單的計數(shù)器能解決問題，當(dāng)然它們也能夠在掉電的情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)，促使數(shù)據(jù)不丟失，這也是我們所渴望的。 PLC 還具有高級計數(shù)器的功能，當(dāng)我們在接受一些高速的數(shù)據(jù) 時，這里所說的高速是在在微秒級的數(shù)據(jù)，比如條碼掃描機(jī)在不斷的掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器DSP 計算的高速信號等，我們就要采用到高級計數(shù)器來幫助我們進(jìn)行計數(shù)。它在PLC 執(zhí)行程序時一旦發(fā)現(xiàn)高級計數(shù)器對應(yīng)的中斷，就會立即放下手上的工作。經(jīng)過再次編程的梯形圖程序說明我們在執(zhí)行程序時高級計數(shù)器會自動的執(zhí)行對應(yīng)的工作，從而將高級計數(shù)器的級別升至高一級別。 你也許聽過太多的這個詞 :“ 死機(jī) ” ，大致的意思是 CPU 工作量過大，內(nèi)部資源不足等情況造成程序無法運(yùn)行。 PLC 也有類似的情況，在 PLC 內(nèi)部有一個看門狗 WDT，我們可以設(shè)置 WDT 一 個程序運(yùn)行的時間，當(dāng)程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)程序