【文章內(nèi)容簡介】 程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 — 梯形圖。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積 16 小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中 PLC特有的編程語言 — 梯形圖一直沿用至今。 中期的 PLC（ 70 年代中期 — 80 年代中，后期） 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處 理單元 (CPU)。 這樣，使 PLC得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(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)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使 得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處 理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 未來發(fā)展 21 世紀(jì)， PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需 求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 17 PLC程序的表達(dá)方式 與計(jì)算機(jī)的工作原理一樣， PLC 的操作是按其程序要求進(jìn)行的，而程序是用程序語言表達(dá)的。表達(dá)方式有多種多樣，不同的 PLC生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達(dá)方式 (即用文字符號表達(dá)程序，如語句表程序表達(dá)方式 )和圖形符號表達(dá)方式 (即用圖形符號表達(dá)程序，如梯形圖程序表達(dá)方式 )這兩大類。也有將這兩種方式結(jié)合起來表示 PLC 程序。具體如下所述 : (l)梯形圖 ： PLC 的梯形圖編程語言與傳統(tǒng)的 “ 繼電、接觸 ” 控制原理圖十分相似，它形象、直觀、實(shí)用，為廣大電氣技術(shù)人員所熟 知。這種編程語言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(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。當(dāng)今世界上各國的 PLC 制造廠家所生產(chǎn)的 PLC 大都采用梯形圖語言編程。 (2)語句表 ： 用語句表所描述的編程方式是一種與計(jì)算機(jī)匯編語言類似的助記符編程方式。由于不同型號的 PLC 的標(biāo)識符和參數(shù)表示方法不一，所以無千篇一律的格式。 (3)邏輯符號圖 ： 采用邏輯符號圖表示控制邏輯時，首先定義某些邏輯符號的功能和變量函數(shù)，它類似于 “ 與 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ” 邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。一般說來，用這三種邏輯能夠表達(dá)所有的控 制邏輯。這是國際電工委員會 (IEC)頒布的 PLC 編程語言之一。 (4)高級編程語言 ： 隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近年來推出的 PLC，尤其是大型 PLC，已開始用高級語言進(jìn)行編程。許多 PLC 采用類似 PASCAL 語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言編程的自動編譯程序。采用高級語言編程后，用戶可以像使用普通微形計(jì)算機(jī)一樣操作 PLC。除了完成邏輯控制功能外，還可以進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集和處理以及計(jì)算機(jī)通信等。 18 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 只要兩個系統(tǒng)之間存在著信息的交換，那么這種交換就叫通信。通過對通信技術(shù)的應(yīng)用，可 以實(shí)現(xiàn)在多個系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、交和處理。 PLC 與計(jì)算機(jī)、 PLC 與外圍設(shè)備、 PLC 與 PLC之間的通信統(tǒng)稱為 PLC 的通信。 一個通信系統(tǒng)，從硬件來看，是由發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、控制設(shè)備和通信介質(zhì)等組成，從軟件來看，還必須有通信協(xié)議和通信軟件的配合。 1. 通信方式 按照數(shù)據(jù)的傳輸方式進(jìn)行分類，可以將通信方式分為兩種：并行通信和串行通信。 并行通信的特點(diǎn)是將多個數(shù)據(jù)位同時進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少位，就相應(yīng)的有多少根傳輸線，因此并行通信的傳輸速度快。但是隨著傳輸位數(shù)的增多，電路的復(fù)雜程度也就相應(yīng)增加， 成本也隨著增加，因此，并行傳輸比較適合于短距離的數(shù)據(jù)通信。 串行通信 的特點(diǎn)是只用一根數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，多位數(shù)據(jù)必須在同一根數(shù)據(jù)線上按順序傳輸，因此，串行通信傳送速度要比并行通信慢，但是因?yàn)橹灰桓鶖?shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸，所以電路比較簡單，適合于多數(shù)位、長距離的通信傳輸。 串行通信按照信息在設(shè)備間的傳輸方向，還可以分為單工、半雙工、全雙工三種方式， PLC 通信通常采用異步串行通信方式。 2. 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是 網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通道，也是通信中實(shí)際傳送信息的載體。 傳輸介質(zhì)大致可分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì)。通常用的有 線介質(zhì)有雙絞線、同軸光纜和光纖等。無線介質(zhì)是指在空間傳播的電磁波，紅外線，微波等。在 PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，普遍使用的是有線介質(zhì)。 1. 同軸光纜 —— 由導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、內(nèi)絕緣層、屏蔽層、外絕緣層和塑料保護(hù)層5部分組成，與雙絞線相比，同軸纜線抗干擾能力強(qiáng)，能夠應(yīng)用于頻率更高、數(shù)據(jù)傳輸速度更快的場合。 19 2. 雙絞線 —— 是一種使用廣泛且價格便宜的傳輸介質(zhì)，分為非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線兩種，它由兩根彼此絕緣的導(dǎo)線按照一定規(guī)則以螺旋狀絞合在一起構(gòu)成的，雙絞線既可以傳輸模擬信號又可以傳輸數(shù)字信號，一般在傳輸模擬信號時，每隔 56Km 加一個放大器，傳輸數(shù)字信號時，每隔 23Km 加一個中繼器。 3. 光纖 —— 是一種傳輸光信號的傳媒介質(zhì)，其從中心道外層分別為光纖芯、包層、保護(hù)層。 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備 PLC 系統(tǒng)的其他設(shè)備 ，基本功能是對信息和數(shù)據(jù)的處理。通用的有編程器、可編程終端、打印機(jī)、條碼讀入機(jī)等等。 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 第三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 的選擇 目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種功能各異 的 PLC產(chǎn)品，應(yīng)用中應(yīng)該全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的、一般選擇機(jī)型要滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下方面來考慮。 /輸出點(diǎn)的選擇 盲目的選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定的浪費(fèi)。所以要線弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15%~20%留出備用量后確定所需 PLC的點(diǎn)數(shù)。 20 在存儲容量上，只能大概的進(jìn)行估算，一般估算按容量的 50%~100%留有余量，對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者。選擇容量是應(yīng)該留有更 多的余量。 3. 根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有不同的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型，而不應(yīng)選擇繼電器輸出型的。 4. 對 I/O 口響應(yīng)速度的選擇 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2～ 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O響應(yīng)時間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。 5. 機(jī)型結(jié)構(gòu)的選擇 在相同功能和相 同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC的結(jié)構(gòu)形式。 6. 控制功能的選擇 包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 本設(shè)計(jì)采用 SIEMENS S7224XP 的 PLC。 本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)， 2 輸入 /1輸出共 3個模擬量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 20K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨(dú)立的高 速計(jì)數(shù)器（ 100KHz）， 2個 100KHz 的高速脈沖輸出， 2個 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量 I/O,位控特性，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量 I/O 和強(qiáng)大控制能力的新型 CPU。 21 圖 西門子 s7— 224XP 西門子 s7— 224XP(簡介 ) .全新 CPU 224XP 特性 .內(nèi)置模擬量 I/O (2 模擬量輸入， 1模擬量輸出 ) .兩 個 RS485通信口 .在線程序編輯功能 .數(shù)據(jù)記錄指令 .配方指令 .存儲卡功能 .PID 自整定指令 .線性斜坡脈沖指令 .CPU 診斷 LED .脈沖輸出頻率 100 KHz .漏型或源型脈沖輸出 .2相高速計(jì)數(shù)器速率最大 100 KHz .TTL 24 V DC 高速計(jì)數(shù) .以上新一代 S7 200CN CPU 新增功能需 STEP 7Micro/WIN 及以上版本支持。 型號 S7224XP CN S7224XPsi CN 內(nèi)置 數(shù)字量 I/O 14DI / 22 10DO 中斷輸入 4 HSC 輸入 2（ 200 kHz） + 4（ 30kHz）支持 A/B 模式 脈沖輸出 2（ 100 kHz） CPU 特性 /端口擴(kuò)展選件 . AC 或 DC 電源 . 可拆卸端子排 . 利用 EM 277 可擴(kuò)展為四個串行端口 . 2 個模擬設(shè)置調(diào)整器 . 自整定 PID 控制器 . 實(shí)時時鐘 . 運(yùn)行中編輯模式 . 診斷 LED . 浮點(diǎn)運(yùn)算 最大數(shù)字 I/O 點(diǎn) 114 DI / 110 DO 執(zhí)行時間 (位指令 ) μs 程序存儲器 16384 B 數(shù)據(jù)存儲器 10240 B 存儲器模塊 可用 模擬量 I/O CPU 本體內(nèi)置 2AI / 1 AO AI 32 / AO 29 最大 45 溫度測量模塊