【文章內(nèi)容簡介】 方便的連接起來。由于 PLC是由微處理器、存儲器和外圍器件組成，所以應屬于工業(yè)控制計算機中的一類。 對用戶來說，可編程控制器是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設計階段就選用可編程控制器，可以使得設計 和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應用。 我國從 1974年也開始研制可編程序控制器， 1977年開始工業(yè)應用。目前它已經(jīng)大量地應用在樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設備和農(nóng)業(yè)等領域，并涌現(xiàn)出大批應用可編程序控制器的新型設備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設計、調(diào)試和維 護可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術人員和工科學生的基本要求。 PLC的發(fā)展趨勢 隨著 PLC應用領域日益擴大， PLC技術及其產(chǎn)品結構都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。 （ 1）、在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價比更高的小型和超小型 PLC。以適應單機及小型自動控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術完善的大型 PLC方向發(fā)展。隨著復雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計算機技術的不斷發(fā)展，人們對 PLC的信息處理速度要求也越來越高， 要求用戶存儲器容量也越來越大。 （ 2）、向通信網(wǎng)絡化發(fā)展 3 PLC網(wǎng)絡控制是當前控制系統(tǒng)和 PLC技術發(fā)展的潮流。 PLC與 PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計算機的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應用。目前， PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強 PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各 PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標準，以構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。 PLC已成為集散控制系統(tǒng)（ DCS）不可缺少的組成部分。 （ 3）、向模塊化、智能化發(fā)展 為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來， PLC廠家先后開發(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 PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應用不僅增強了功能，擴展了 PLC的應用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。 （ 4）、編程語言和編程工具的多樣化和標準化 多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是 PLC軟件進步的一種趨勢。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向 MAP(制造自動化協(xié)議 )靠攏，使 PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術規(guī)范化和標準化。 PLC的工作原理 PLC的主要組成部分 CPU模塊： 輸入信號輸入模塊C P U模塊輸出模塊執(zhí)行機構編程器可編程控制器 圖 11 PLC的主要組成部分 CPU模塊主要由微處理器（ CPU芯片）和存儲器組成。在 PLC控制系統(tǒng)中， CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù) [3]。 I/O模塊： 輸入 (Input)模塊和輸出（ Output）模塊統(tǒng)稱 I/O模塊，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU模塊的橋梁。輸入模塊主要用來接受和采集輸入信號，輸入信號包括兩類：一類是從按鈕，選擇開關，接近開關，光電開關等來的開關量輸入信號；另一類就是由電位器，測速發(fā)電機等提 4 供的連續(xù)變化的模擬量信號。 PLC通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥等執(zhí)行機構，另外也可以驅(qū)動指示燈、數(shù)字顯示裝置等。 CPU模塊的工作電壓一般是 5V，而其輸入 /輸出信號電壓一般較高，如 DC24V和AC220V。為防止外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲損壞 CPU模塊，影響其正常工作，在 I/O模塊中，用光電耦合器、可控硅，小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和 負載。 I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。 PLC的掃描過程 PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使 PLC的輸出及時響應隨時變化的輸入信號，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至 PLC停機或切換到 STOP工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)中， PLC還要完成內(nèi)部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為 5個階段。 內(nèi)部處理 通信服務 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理R U NS T O P 圖 12 PLC掃描過程圖 在內(nèi)部處理階段，進行 PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（ WDT）復位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。 在通信服務階段， PLC與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。 當 PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務工作。當 PLC處于運行（ RUN）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。 PLC的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并為可靠運行提供了保障。當 PLC 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結果馬上就被后面將要掃描到 的指令所利用， 而且還可通過 CPU內(nèi)部設置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于 CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)。 PLC執(zhí)行程序的過程及特點 1. 輸入采樣階段 5 在輸入采樣階段， PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2. 程序執(zhí)行階段 在 程序執(zhí)行階段， PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉指令時，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序是否跳轉。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時， PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。 3. 輸出刷新階段 當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里， PLC 將輸出映像寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。 圖 13 PLC 掃描周期 因此， PLC 在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當 PLC 進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。 在用戶程序中如果對輸出結果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(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，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中