【文章內容簡介】 、過程控制、數字控制等功能，為方便工廠管理又可與上位機通信，通過遠程模塊還可以控制遠方設備。 由于具有上述特點，使得 PLC 的應用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠、有控制要求，就會有 PLC 的應用。 PLC 的分類、編程語言 PLC 的分類 PLC 的類型多，型號各異，各生產廠家的規(guī)格也各不相同，如果進行分類存在不少困 難，一般按以下原則考慮： 按結構形式的分類 按照硬件的結構形式， PLC 可分為： 1） 整體式 PLC：這種結構的 PLC 把電源、 CPU、輸入 /輸出不見等集中配置在一起，裝在一個箱體內，通常成為主機。整體式結構的 PLC 具有結構緊湊、體積小、重量輕、內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 價格較低等特點，但主機 I/O 點數固定，使用上不靈活。小型的 PLC 通常使用這種結構，適用于比較簡單的控制場合。 2） 模塊式 PLC：也稱為積木式結構，即把 PLC 的各組成部分以模塊的形式分開，把這些模塊插在底板上，組裝在一個機架內。這種結構的 PLC 配置靈活、裝配方便、便于擴展，但結構復 雜，價格較高。大型的 PLC 通常使用這種結構，適用于比較復雜的控制場合。 3） 疊裝式 PLC：這是一種新的結構形式，它吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點，他們不用基板，僅用扁平電纜，緊密拼裝后組成一個整體的長方體，輸入，輸出點數的配置也相當靈活。 按容量的分類 PLC 的容量主要是指其輸入 /輸出點數。按容量大小，可將 PLC 分為： 小型 PLC： I/O 點數一般在 256 點以下； 中型 PLC： I/O 點數一般在 256～ 1024 之間； 大型 PLC： I/O 點數一般在 1024 以上。 按 PLC 功能上的強弱，可分為： 1） 低檔機：具 有邏輯運算、計時、計數等功能，有的有一定的算術運算、數據處理和傳送等功能，可實現邏輯、順序、計時計數等控制功能。 2） 中檔機：除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術運算、數據傳送等功能，可完成既有開關量又有模擬量的控制任務。 3） 高檔機：除具有中檔機的功能外，還具有帶符號運算、矩陣運算等功能，使得 運算能力更強，還具有模擬量調節(jié)、強大的聯網通信等功能，能進行智能 控制，遠程控制、大規(guī)?？刂?，可構成分布式控制系統(tǒng)，實現工廠自動化管理。 當然，上述分類的標 準不是固定的，而是隨 PLC 整體性能的提高在不斷變化。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） PLC 的編程語言 為電子技術所有領域制定全球性標準的世界性組織 IEC（國際電工委員會）于 1994年 5 月公布了可編程控制器標準（ IEC1131），該標準鼓勵不同種類的 PLC 制造商提供在外觀和操作上相似的指令。該標準的第三部分（ IEC13113）是 PLC 的編程語言標準，目前已有越來越多的 PLC 廠家提供符合 IEC13113 標準的產品。 IEC13113 標準中定義了 5 種 PLC 編程語言的表達方式： 1） 梯形圖 LAD（ Ladder Diagram）； 2） 語句表 STL（ Statement List）； 3） 功能塊圖 FDB（ Function Block Diagram）； 4） 結構文本 ST（ Structured Text）； 5） 順序功能圖 SFC（ Sequential Chart） . PLC 有四種常見的編程語言，分別作如下簡介： 梯形圖 梯形圖是是在傳統(tǒng)的電器控制系統(tǒng)電路圖的基礎上演變而來的，在形式上類似于電器控制電路，由觸點、線圈和用方框表示的功能塊組成。 梯形圖具有形象、直觀的特點，為廣大電氣工程技術人員所熟悉，特別是適用于開關量邏輯控制，是 PLC 的主要的編程語言。 梯形圖編程的基本規(guī)則 梯形圖的設計必須滿足控 制要求，這是設計梯形圖的基本要求。此外，在繪制梯形圖時，還要遵循以下幾個基本原則： 1） 梯形圖按“從上而下，從左到右”的順序繪制。與每個電器線圈相連的全部支路形成一個邏輯行，即第一層階梯。他們形成一組邏輯關系，控制一個動作。每一邏輯行起于左母線，終于右母線。繼電器線圈與右母線連接，不能在繼電器線圈與右母線之間內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 連接其他元素。 2） 在每一個邏輯行上，當幾條支路并聯時，串聯觸點多的應安排在上面。 3） 梯形圖中的觸點應畫在水平支路上，不應該畫在垂直支路上；不包含觸點的支路應放在垂直方向，不應放在水平方向，這樣，梯形圖中的邏輯關 系清楚，可以方便編程。 4） 在梯形圖中的一個觸點上不應有雙向電流通過。 5） 在梯形圖中，如果兩個邏輯行之間互有牽連，邏輯關系又不清晰，應將梯形圖進行變化，以便編程。 6） 在梯形圖中任一支路上的串聯觸點，并聯觸點及內部并聯線圈的個數一般不受限制。在中小型 PLC 中，由于堆棧層次一般為 8 層，因此連續(xù)進行并聯支路串聯操作、串聯支路并聯操作 的次數，一般應不超過 8 次。 語句表 PLC 的指令有叫做語句，若干條指令組成的程序叫做語句表程序，每條語句表示給CPU 一條指令，規(guī)定 CPU 如何操作。 PLC 的語句表是與微機的匯編語言中指令相似 的助記符表達式，它是由操作碼和操作數兩部分組成。 操作碼：用助記符表示，它 表明 CPU 要完 成的某種操作功能。 操作碼：包括 為執(zhí)行某種操作所必須的信息。 PLC 語句表類似與計算機的匯編語言，但比它通俗易懂，配上 LED 指示器的簡易編程器即可使用，因此也是應用很多的一種編程語言。 語句表比較適合于熟悉可編程控制器和邏輯程序設計的經驗豐富的設計員，它可以實現某些不能用梯形圖或功能塊圖實現的功能。 功能塊圖 功能塊圖是一種與邏輯控制 電路圖結構類似的圖形編程語言。它 用類似“與門” 、“非門”的方框來表示邏輯運算關系， 方框的左邊位邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 輸入輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框由導線連接在一起，信號自左向右流動。 順序功能圖 順序功能圖又叫做狀態(tài)轉移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，也是設計 PLC 順序的一種有力工具。它提供了一種組織程序的圖形方法，轉換條件和動作構成了順序功能圖中的 3 種元素。它是一種通用的技術語言 [8]。 PLC 的未來發(fā)展趨勢 經過幾十年的迅速發(fā)展， PLC 的功能越來越強大，應用范圍越來越廣泛，其足跡已遍及國民經濟的各個領域，形成了能夠滿足這種需要 的 PLC 的應用系統(tǒng)。 向小型化、微型化和大型化、多功能化 方向發(fā)展 PLC 的主要應用領域是自動化，不同的企業(yè)對 自 動化的需求、規(guī)模及投資數額不相同，存在這不同層次的需求，因此， PLC 將朝兩個方向發(fā)展：一個是向 小型化、微型化的方向發(fā)展，以適應小型企業(yè)技術改造的需求，提供性能價格比更高的小型 PLC 控制系統(tǒng)；而是向大型化、多功能化方向發(fā)展，為大、中型企業(yè)提供高水準的 PLC 控制系統(tǒng)。其共同特點是，現代 PLC 的結構和功能不斷改進， 產品更新換代周期越來越短，并不斷向高性能、高速度，高性 格比方向發(fā)展。 過程控制不斷增強 在 PLC 發(fā)展的的初期，它是 能完成開關量 的 邏輯控制。隨著 PLC 技術的發(fā)展，出現了模擬量 I/O 模塊和專門用語模擬量閉環(huán)控制（過程控制）的 只能 PID 模塊?，F代 PLC的模擬量控制功能日益強大，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的 PID 指令和只能 PID 模塊外，一些 PLC 還具有模糊控制、自適應控制和參數自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高。在過程控制方面，已經很難分清 PLC 與工業(yè)控制計算機、分散控制系統(tǒng)之間的界限。 大力開發(fā)智能型 I/O 模塊 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 智能 I/O 模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的 CPU 與 PLC 的主CPU 并行工作，占用 CPU 的時間很少，有利于提高 PLC 的掃描速度。 主要包括模擬量 I/O、高速計數輸入、中斷輸入、運行控制、熱電偶輸入、條形碼閱讀器多路 BCD 碼輸入 /輸出、模糊控制器、 PID 回路控制、通信等模塊。 智能 I/O 模塊本身就是一個小的微型計算機系統(tǒng)，有很強的信息處理能力 和控制能力，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨工作。它們可以完成 PLC 的主 CPU 難以兼顧的功能，簡化某些控制領域的系統(tǒng)設計和編程，提高 PLC 的適應性和可靠性。 與個人計算機日益緊密結合 個人計算機的價格便宜，有很強的數據運算、分析能力。目前 ，個人計算機主要用做 PLC 的編程器、操作站或人 /機接口終端等。 可編程控制器的計算機化，大型可編程控制器具備個人計算機的功能，是另一個發(fā)展趨勢。這類 PLC 采用功能強大的微處理器和大容量的存儲器，將邏輯控制、模擬量控制、數學運算和通信功能緊密的結合在 一起。可編程控制器與個人計算機、工業(yè)控制計算機、分散控制系統(tǒng)在功 能和應用方面相互滲透，相互融合，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。 編程語言趨向標準化 與個人計算機相比，可編程控制器的硬件、軟件的體系結構是封閉的，而不是開放的。在硬件方面，各廠家的 CPU 模塊和 I/O 模塊互不通用，通信網絡和通信協(xié)議往往也不是專用的。各廠家的 PLC 編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達方式不一致，有的甚至有相當大的差異，因此各廠家的可編程控制器互不兼容。為了解決這一問題， IEC（國際電工委員會）制定了可編程控制器標準 IEC1131，其中 IEC13113 中制定了編程語言的標準。編程 語言趨向標準化。 通信與聯網能力不斷增強 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 可編程控制器的通信和聯網功能可以使 PLC 與 PLC 之間， PLC 與個人計算機等其他智能設備之間進行數字信息交換，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散控制或集中控制?，F在，幾乎所有的 PLC 產 品都有通信聯網功能，通過雙絞線、同軸光纜或光纖，信息可以傳送到幾十公里遠的地方；通過 Modem 的互聯網可以使 PLC 與世界上其他地方的計算機裝置進行通信。 目前，有的 PLC 使用專用的通信協(xié)議進行通信，或使用較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標準，如現場總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負擔， PLC 的通信功能日趨完善，是設備之間的通信能夠自動周期性的進行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統(tǒng)時做一些硬件或軟件上的初始化設置。 PLC 的工作原理 PLC 的工作方式與運行過程 PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期和工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復始地重復上述循環(huán)掃描的。 執(zhí)行用戶程序時，需要各種現場信息，這些信息現場已接到 PLC 的輸入端。 PLC 采集現場信息即采集輸入信號有兩種方式： 1） 集中采樣輸入方式。一般在掃描周期的開始或結束將所有輸入信號（輸入元件的通 /斷狀態(tài)）采集并存放到輸入映像寄存器（ PⅡ）中。執(zhí)行用戶程序所需輸入映像寄存器中去 用，而不直接到輸入端或輸入模塊去取用。 2） 立即輸入方式。隨程序的執(zhí)行需要哪一個輸入信號就直接輸入端或輸入模塊取用這個輸入狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣，此時輸入映像寄存器的內容不變，到下內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 一次輸入采樣時變化。 PLC 的整個運行可分為三部分： 第一部分是上電處理。機器上電 后對 PLC 系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括硬件出初始化， I/O 模塊配置檢查，停電保持范圍及其他初始化處理等。 第二部分是掃描過程。 PLC 上點 處理完成以后進行掃描工 作 過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設的通信處理，再次進行始終、特殊寄存器更新。當 CPU 處于 STOP方式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉入執(zhí)行自診斷檢查。 第三部分是出錯處理。 PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 自身的動作是否正常，如 CPU、電池電壓、程序存儲器、 I/O、通信等是否異常或出錯，如檢查出異常時 CPU 面板上的 LED 及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存出錯誤代碼。當出現致命錯誤時， CPU 回強制為 STOP 方式，所有的掃描停止。 PLC 運行正常時，掃描周期的長短與 CPU 的運算申訴度有關，與 I/O 點情況有關，與用戶應用程序的長短及編程情況等均有關。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 所需時間來說明其掃描速度（一般 1～ 10ms/K）。值得注意的是，不同指令其執(zhí)行時間是不同 的，從零點幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用的掃描時間將會不同。若用語告訴系統(tǒng)要縮短掃描周期 ，可從軟件上考慮。 PLC 的工作過程 如果我們對遠程 I/O 特殊模塊和其他通信服務暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下 “ 輸入采樣 ” 、 “程序執(zhí)行” 、“輸出刷新” 三個階段。 1）輸入采樣階段。 PLC 在輸入采 樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將整 個輸入狀態(tài)存入內存中各