【正文】 時(shí)土壤缺乏水分時(shí)，造成土壤板結(jié)、裂縫的產(chǎn)生會(huì)將植物根系拉斷，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致植物死亡。 10 3 PLC 概述 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 的產(chǎn)生和定義 在 PLC 誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，起著不可替代的作用。為了改變這一現(xiàn)狀， 1968 年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（ GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需求，并能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來(lái)取代繼電器控制裝置，為此，擬定了 10項(xiàng)公開(kāi)招標(biāo)的技術(shù)要求，即： 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序 ； 維護(hù)方便，最好是插件式 ； 可靠性高于繼電器控制柜 ； 體積小于繼電器控制柜 ； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī) ； 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng) ； 輸入可以是交流 115V； 輸出可以是交流 115V、 2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等 ； 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更 ； 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4KB； 根據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺(tái) PLC，并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用成功。我國(guó)從 1974 年開(kāi)始研制，到 1977 年開(kāi)始應(yīng)用于工控領(lǐng)域。在硬件方面，除了保持原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊，并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，而且還提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。它是將邏輯運(yùn)算，順序控制，時(shí)序和計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過(guò)模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的裝置。其中，美國(guó)是 PLC 生產(chǎn)大國(guó)，有 100 多家 PLC 廠商，著名的有 AB公司、通用電氣（ GE）公司、莫迪康（ MODICON）公司。國(guó)內(nèi)公司在開(kāi)展 PLC 業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如：需求優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品定制優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)、服務(wù)優(yōu)勢(shì)、響應(yīng)速度優(yōu)勢(shì)。以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。 PLC 與 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)通信、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。 （ 3） 向模塊化、智能化發(fā)展 為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來(lái)， PLC廠家先后開(kāi)發(fā)了不少新器件和模塊，如智能 I/O 模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè) PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了 PLC 的應(yīng)用 范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。其輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的數(shù)目之和稱為 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱 I/O 點(diǎn)數(shù)。 （ 1）小型機(jī) 小型 PLC 輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 4K字左右。 (3) 大型機(jī) 大型 PLC 的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)載 2084 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到 16K字以上。 （ 1）整體式結(jié)構(gòu) 把 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出單元、電源等集成在一個(gè)基本單元中，其結(jié)構(gòu) 緊 湊，體積小，成本低，安裝方便。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的。PLC 能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，已被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。與繼電器系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)相比， PLC 更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求。在 PLC 控制系統(tǒng)中，只需在 PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入 /輸 出信號(hào)線即可，不需要進(jìn)行大量且復(fù)雜的硬接線，并且 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。用戶在購(gòu)買 PLC 后，只需按說(shuō)明書的提示，做少量的接線和進(jìn)行簡(jiǎn)易的用戶程 序編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 的狀態(tài)指示燈顯示或編程器提供的信息迅速查找到故障原因，排除故障。 1） 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng) 用領(lǐng)域。目前，大多數(shù)的 PLC制造商都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能可廣泛用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)床、機(jī)器人、電梯等。過(guò)程 16 控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。其中， CPU是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備與 CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。 中央處理單元（ CPU） 同一般的 微機(jī)一樣， CPU 是 PLC的核心。對(duì)于雙 CPU 系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理 器，一般采用 8位或 16 位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。 在 PLC 中 CPU 按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮 PLC 有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面： 1） 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 5）根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過(guò)輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠家編寫的，和 PLC 的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供 PLC 運(yùn)行的平臺(tái)。為了防止干擾對(duì)RAM 中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過(guò)運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器 EPROM 中。在 PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。 輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元通常也稱 I/O 單元或 I/O模塊，是 PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。 常用的開(kāi)關(guān)量輸出接口按輸出開(kāi)關(guān)器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過(guò) PLC 的 I/O 擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。 與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 PLC 的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。專用編程器是由 PLC 廠家生產(chǎn)，專供 該廠家生產(chǎn)的某些 PLC 產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。有些簡(jiǎn)易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來(lái)儲(chǔ)存用戶程序，如三菱的 FX20PE 簡(jiǎn)易編程器。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的 PLC 程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 電源 PLC 配有開(kāi)關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。 PLC 內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器。最簡(jiǎn)單、最普遍的人 /機(jī) 接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、撥碼開(kāi)關(guān)、指示燈、LED 顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。每一次掃描所用的時(shí)間稱為 掃描周期或工作周期。 PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問(wèn)題。 PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序 (不可更改 )，又有用戶自行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。 可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸人（ INPUT）及輸出（ OUTPUT）電路。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的 這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是 PLC處理器 I/O口的寄存器。 這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（ bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位（ bit）與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序 。 圖 3— 1所示的流程圖反映的就是上述過(guò)程。又由于這個(gè)過(guò)程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。除了 I/O刷新及運(yùn)行用戶程序，還要做些公共處理工作。只要循環(huán)超時(shí)，它可報(bào)警，或作相應(yīng)處理 。 也就是說(shuō)，實(shí)際的 PLC 工作過(guò)程總是：公共處理 —— I/O 刷新 —— 運(yùn)行用戶程序 —— 再公共處理 —— ??反復(fù)不停地重復(fù)著。在中斷方式下，需處理的控制先申請(qǐng)中斷，被響應(yīng)后正運(yùn)行的程序停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運(yùn)行有
。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一種方式。 通訊處理是實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC，或 PLC與計(jì)算機(jī)，或 PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。 監(jiān)控循環(huán)時(shí)間的目的是避免 死循環(huán) ，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。而且這個(gè)速度還在不斷提高中。當(dāng)然，這個(gè)滯后不宜太大，否則，所實(shí)現(xiàn)的控制不那么及時(shí)，也就失去控制的意義。 有了上述過(guò)程，用 PLC 實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。由于 PLC 有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。這個(gè)映射也稱輸出刷新。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。把輸人暫存器的信息讀到 PLC 的內(nèi)存中，稱輸入刷新。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。 I/O 電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個(gè) I或 O電路。輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。 實(shí)現(xiàn)控制要點(diǎn) 輸入輸出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本 要點(diǎn)。 PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。 PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的 。半智能型 CRT 人 /機(jī)接口裝置可長(zhǎng)期安裝在控制臺(tái)上，通過(guò)通信接口接收來(lái)自 PLC 的信息并在 CRT 上顯示出來(lái)；而智能型終端人 /機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過(guò)通信接口與 PLC 相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入 PLC 網(wǎng)絡(luò)。外存儲(chǔ)器一般是通過(guò)編程器或其它智能模塊提供的接口，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存儲(chǔ)器之間相互傳送用戶程序。 EPROM 寫入器是用來(lái)將用戶程序固化到 EPROM 存儲(chǔ)器中的一種 PLC 外部設(shè)備。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值177。它既可以編制、修改 PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。同時(shí)，由于 PLC 產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。 簡(jiǎn)易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。它是開(kāi)發(fā)、應(yīng)用、維護(hù) PLC不可缺少的工具。 智能接口模塊 智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與 PLC 系統(tǒng)總線相連的接口。 PLC 通過(guò)這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它 PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。 PLC的 I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為 PLC輸入 / 輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)。 I/O 接口的主要類型有：數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而 PLC 內(nèi)部CPU 的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無(wú)直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。 工作數(shù)據(jù)是 PLC 運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。 用戶程序是隨 PLC 的控制對(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀 /寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器 ROM、 PROM 、 EPROM 和 EEPROM。 3） 通過(guò)輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄 存 器或數(shù)據(jù)寄存器中。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn) PLC 編程語(yǔ)言向機(jī)器語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。小型 PLC 大多采用 8位通用微處理器和單片微處理器；中型 PLC 大多采用 16 位通用微處理器或單片微處理器；大型 PLC 大多采用高速位片式微處理器。無(wú)論是哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。PLC 與其它智能控制設(shè)備一起，可以構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要。 4） 數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。如機(jī)床電氣控制、裝配生產(chǎn)線、電梯控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)以及各種生產(chǎn)線的控制。對(duì)于復(fù)雜的控制系