【正文】 Programmble Controller）簡(jiǎn)稱(chēng) PC或 PLC。同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了 PLC用軟件方式實(shí)現(xiàn)的“可編程”與傳統(tǒng)控制裝置中通過(guò)硬件或硬接線(xiàn)的變更來(lái)改變程序的本質(zhì)區(qū)別。 2 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制 ,通常稱(chēng)為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）。在 20 世紀(jì) 70年代末和 80年代初，我國(guó)隨國(guó)外成套設(shè)備、專(zhuān)用設(shè)備引進(jìn)了不少?lài)?guó)外的 PLC。 PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí) ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （ 1） 硬件方面 I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC的影響；對(duì)供電電源及線(xiàn)路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì) CPU等重要部件采用良 3 好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。 3．功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代 PLC 不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有 A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、 PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。這是 PLC最基本的應(yīng)用，也是 PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 四、 PLC的分類(lèi) PLC 產(chǎn)品種類(lèi)繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。疊裝式 PLC其CPU、電源、 I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以 一層層地疊裝。高檔 PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化。因此，通常我們所說(shuō)的小型、中型、大型 PLC，除指其 I/O 點(diǎn)數(shù)不同外，同時(shí)也表示其對(duì)應(yīng)功能為低檔、中檔、高檔。同時(shí)， PLC 控制系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有數(shù)值運(yùn)算及過(guò)程控制等復(fù)雜的控制功能。 圖 24 PLC的等效電路 7 圖中，輸入設(shè)備 SB SB FR與 PLC內(nèi)部的“軟繼電器” X0、 X X2的“線(xiàn)圈”對(duì)應(yīng)，由輸入設(shè)備控制相對(duì)應(yīng)的“軟繼電器”的狀態(tài)，即通過(guò)這些“軟繼電器”將外部輸入設(shè)備狀態(tài)變成 PLC內(nèi)部的狀態(tài)，這類(lèi)“軟繼電器”稱(chēng)為輸入繼電器；同理，輸出設(shè)備 KM與 PLC內(nèi)部的“軟繼電器” Y0對(duì)應(yīng)，由“軟繼電器” Y0狀態(tài)控制對(duì)應(yīng)的輸出設(shè)備 KM的狀態(tài)，即通過(guò)這些“軟繼電器”將 PLC內(nèi)部狀態(tài)輸出，以控制外部輸出設(shè)備，這類(lèi)“軟繼電 器”稱(chēng)為輸出繼電器。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制。而 PLC采用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶(hù)可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且 PLC具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計(jì) 數(shù)功能。 圖 25 整體式 PLC組成框圖 圖 26 模塊式 PLC組成框圖 盡管整體式與模塊式 PLC 的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對(duì) PLC主要組成各部分進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。位處理器的采用 ,提高了 PLC的速度，使 PLC更好地滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制要求。在 PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶(hù)程序及工作數(shù)據(jù)。存放在 RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。 I/O 接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高 PLC 的抗干擾能力。 I/O 點(diǎn)數(shù)是選擇 PLC 的重要依據(jù)之一。它作為 PLC系統(tǒng)的一個(gè)模 塊，通過(guò)總線(xiàn)與 PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在 PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。簡(jiǎn)易編程器體積小、價(jià)格便宜，它可以直接插在 PLC的編程插座上，或者用專(zhuān)用電纜與 PLC相連，以方便編程和調(diào)試。因此，現(xiàn)在的趨勢(shì)是使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶(hù)只要購(gòu)買(mǎi) PLC廠(chǎng)家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。 15% 的范圍內(nèi)波動(dòng)。 人 /機(jī)接口裝置是用來(lái)實(shí)現(xiàn)操作人員與 PLC控制系統(tǒng)的對(duì)話(huà)。在 PLC的應(yīng)用中，最重要的是用 PLC的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)用戶(hù)程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。 圖 29 電器控制線(xiàn)路圖與梯形圖 a） 電器控制線(xiàn)路圖 b） P L C 梯形圖 從圖中可看出，兩種圖基本表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。 邏輯圖是一種類(lèi)似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程語(yǔ)言， 由與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號(hào)組成。 第四節(jié) PLC 的工作原理 14 一、掃描工作原理 當(dāng) PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式 ，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。 二、 PLC掃描工作過(guò)程 PLC 的掃描工作過(guò)程除了執(zhí)行用戶(hù)程序外，在每次掃描工作過(guò)程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)工作。 PLC 的掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀(guān)，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出 狀態(tài)時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶(hù)程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì) PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。 PLC用戶(hù)手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過(guò)比較各種 PLC執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度的快慢。 二、 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 1．向高速度、大容量方向發(fā)展 為了提高 PLC 的處理能力，要求 PLC 具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。 3． PLC大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 為滿(mǎn)足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來(lái)不斷開(kāi)發(fā)出許多功能 模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。 5．編程語(yǔ)言多樣化 在 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)， PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高。其中 AB 公司是美國(guó)最大的PLC制造商，其產(chǎn)品約占美國(guó) PLC市場(chǎng)的一半。 GE1/J是更小型化的產(chǎn)品，其 I/O點(diǎn)最多可配置到 96點(diǎn)。其中 M84是小型機(jī)，具有模擬量控制、與上位機(jī)通信功能，最多 I/O點(diǎn)為 112點(diǎn)。在 S5 系列中， S590U、 S95U 屬于微型整體式PLC； S5100U 是小型模塊式 PLC，最多可配置到 256 個(gè) I/O 點(diǎn)； S5115U 是中型 PLC，最多可配置到 1024 個(gè) I/O 點(diǎn)； S5115UH 是中型機(jī)，它是由兩臺(tái) SS－ 115U 組成的雙機(jī)冗余系統(tǒng)； S5155U 為大型機(jī)，最多可配置到 4096 個(gè) I/O 點(diǎn)，模擬量可達(dá) 300 多路； SS－ 155H 是 19 大型機(jī)，它是由兩臺(tái) S5155U 組成的雙機(jī)冗余系統(tǒng)。繼 F1/F2系列之后， 20世紀(jì) 80年代末三菱公司又推出 FX系列，在容量、速度、特殊功能、網(wǎng)絡(luò)功能等方面都有了全面的加強(qiáng)。小型機(jī)有 P型、 H型、 CPM1A系列、 CPM2A 系列、 CPM2C、 CQM1等。 C1000H、 C2020H 可單機(jī)或雙機(jī)熱備運(yùn)行，安裝帶電插拔模塊， C2020H可在線(xiàn)更換 I/O模塊； CV系列中除 CVM1外，均可采用結(jié)構(gòu)化編程，易讀、易調(diào)試，并具有更強(qiáng)大的通信功能。松下公司近幾年 PLC產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是：指令系統(tǒng)功能強(qiáng)；有的機(jī)型還提供可以用 FPBASIC語(yǔ)言編程的 CPU及多種智能模塊，為復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了軟件手段； FP系列各種 PLC都配置通信機(jī)制，由于它們使用的應(yīng)用層通信協(xié)議具有一致性，這給構(gòu)成多級(jí) PLC網(wǎng)絡(luò)和開(kāi)發(fā) PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序帶來(lái)方便。中型機(jī)有 C200H、 C200HS、 C200HX、C200HG、 C200HE、 CS1系列。 FX2N幾年推出的高功能整體式小型機(jī)，它是 FX2的換代產(chǎn)品，各種功能都有了全面的提升。 三、日本 PLC產(chǎn)品 日本的小型 PLC最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。 M584是大型機(jī)，其容量大、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)，最多可擴(kuò)展 I/O點(diǎn)為 8192。中型機(jī) GEⅢ ，它比 GE1/P增加了中斷、故障診斷等功能，最多可配置到 400個(gè) I/O點(diǎn)。該系列為模塊式結(jié)構(gòu)， CPU模塊 為 PLC5/ PLC5/1 PLC5/1 PLC5/25 時(shí)，屬于中型 PLC，I/O 點(diǎn)配置范圍為 256～ 1024 點(diǎn)；當(dāng) CPU 模塊為 PLC5/1 PLC5/ PLC5/ PLC5/PLC5/60、 PLC5/40L、 PLC5/60L 時(shí)，屬于大型 PLC， I/O 點(diǎn)最多可配置到 3072 點(diǎn)。多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 加強(qiáng) PLC 聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是 PLC 技術(shù)進(jìn)步的潮流。 PLC的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多， PLC 的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用戶(hù)編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制 任務(wù)。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。這種方式稱(chēng)為集中輸出。 3．輸出刷新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。 三 、 PLC執(zhí)行程序的過(guò)程及特點(diǎn) PLC 執(zhí)行程序的過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段， 15 如圖 412所示。整個(gè)過(guò)程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間 稱(chēng)為掃描周期。這種串行工作過(guò)程稱(chēng)為 PLC的掃描工作方式。 圖 210 邏輯圖語(yǔ)言編程 功能表圖語(yǔ)言（ SFC語(yǔ)言）是一種較新的編程方法，又稱(chēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言。 13 這種編程語(yǔ)言是一種與匯編語(yǔ)言類(lèi)似的助記符編程表達(dá)方式。 PLC 編程語(yǔ)言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠(chǎng)家、不同系列的 PLC 產(chǎn)品采用的編程語(yǔ)言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類(lèi)型：一是采用字符表 達(dá)方式的編程語(yǔ)言，如語(yǔ)句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語(yǔ)言，如梯形圖等。對(duì)于 PLC系統(tǒng)，還可采用半智能型 CRT人 /機(jī)接口裝置和智能型終端人 /機(jī)接口裝置。 除了以上所述的部件和設(shè)備外， PLC 還有許多外部設(shè)備，如 EPROM 寫(xiě)入器、外存儲(chǔ)器、人 /機(jī)接口裝置等。 基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大。 智能編程器又稱(chēng)圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺(tái)專(zhuān)用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的 GP80FXE智能型編程器。 6．編程裝置 編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶(hù)程序，也可在線(xiàn)監(jiān)控 PLC 內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC 進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)。 4．通信接口 PLC配有各種通信接口，這些通信 接口一般都帶有通信處理器。 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力 的 I/O接口，有各種各樣功能的 I/O 接口供用戶(hù)選用