【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊還可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。 由于具有上述特點(diǎn)，使得 PLC 的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說(shuō)只要有工廠、有控制要求，就會(huì)有 PLC 的應(yīng)用。 PLC 的分類、編程語(yǔ)言 PLC 的分類 PLC 的類型多，型號(hào)各異，各生產(chǎn)廠家的規(guī)格也各不相同，如果進(jìn)行分類存在不少困 難，一般按以下原則考慮： 按結(jié)構(gòu)形式的分類 按照硬件的結(jié)構(gòu)形式， PLC 可分為： 1） 整體式 PLC：這種結(jié)構(gòu)的 PLC 把電源、 CPU、輸入 /輸出不見(jiàn)等集中配置在一起，裝在一個(gè)箱體內(nèi)，通常成為主機(jī)。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 價(jià)格較低等特點(diǎn)，但主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)固定，使用上不靈活。小型的 PLC 通常使用這種結(jié)構(gòu)，適用于比較簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合。 2） 模塊式 PLC：也稱為積木式結(jié)構(gòu)，即把 PLC 的各組成部分以模塊的形式分開(kāi)，把這些模塊插在底板上，組裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的 PLC 配置靈活、裝配方便、便于擴(kuò)展，但結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，價(jià)格較高。大型的 PLC 通常使用這種結(jié)構(gòu)，適用于比較復(fù)雜的控制場(chǎng)合。 3） 疊裝式 PLC：這是一種新的結(jié)構(gòu)形式，它吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點(diǎn)，他們不用基板，僅用扁平電纜，緊密拼裝后組成一個(gè)整體的長(zhǎng)方體，輸入，輸出點(diǎn)數(shù)的配置也相當(dāng)靈活。 按容量的分類 PLC 的容量主要是指其輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)。按容量大小，可將 PLC 分為： 小型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)以下； 中型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256～ 1024 之間； 大型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 1024 以上。 按 PLC 功能上的強(qiáng)弱，可分為： 1） 低檔機(jī)：具 有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，有的有一定的算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送等功能，可實(shí)現(xiàn)邏輯、順序、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)等控制功能。 2） 中檔機(jī)：除具有低檔機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可完成既有開(kāi)關(guān)量又有模擬量的控制任務(wù)。 3） 高檔機(jī)：除具有中檔機(jī)的功能外，還具有帶符號(hào)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算等功能，使得 運(yùn)算能力更強(qiáng)，還具有模擬量調(diào)節(jié)、強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)通信等功能，能進(jìn)行智能 控制，遠(yuǎn)程控制、大規(guī)?？刂疲蓸?gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化管理。 當(dāng)然，上述分類的標(biāo) 準(zhǔn)不是固定的，而是隨 PLC 整體性能的提高在不斷變化。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） PLC 的編程語(yǔ)言 為電子技術(shù)所有領(lǐng)域制定全球性標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織 IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）于 1994年 5 月公布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)（ IEC1131），該標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)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(biāo)準(zhǔn)的第三部分（ IEC13113）是 PLC 的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，目前已有越來(lái)越多的 PLC 廠家提供符合 IEC13113 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 IEC13113 標(biāo)準(zhǔn)中定義了 5 種 PLC 編程語(yǔ)言的表達(dá)方式： 1） 梯形圖 LAD（ Ladder Diagram）； 2） 語(yǔ)句表 STL（ Statement List）； 3） 功能塊圖 FDB（ Function Block Diagram）； 4） 結(jié)構(gòu)文本 ST（ Structured Text）； 5） 順序功能圖 SFC（ Sequential Chart） . PLC 有四種常見(jiàn)的編程語(yǔ)言，分別作如下簡(jiǎn)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(chǔ)上演變而來(lái)的，在形式上類似于電器控制電路，由觸點(diǎn)、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(diǎn)，為廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉，特別是適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制，是 PLC 的主要的編程語(yǔ)言。 梯形圖編程的基本規(guī)則 梯形圖的設(shè)計(jì)必須滿足控 制要求，這是設(shè)計(jì)梯形圖的基本要求。此外，在繪制梯形圖時(shí)，還要遵循以下幾個(gè)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(gè)電器線圈相連的全部支路形成一個(gè)邏輯行，即第一層階梯。他們形成一組邏輯關(guān)系，控制一個(gè)動(dòng)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 連接其他元素。 2） 在每一個(gè)邏輯行上，當(dāng)幾條支路并聯(lián)時(shí)，串聯(lián)觸點(diǎn)多的應(yīng)安排在上面。 3） 梯形圖中的觸點(diǎn)應(yīng)畫(huà)在水平支路上，不應(yīng)該畫(huà)在垂直支路上；不包含觸點(diǎn)的支路應(yīng)放在垂直方向，不應(yīng)放在水平方向，這樣，梯形圖中的邏輯關(guān) 系清楚，可以方便編程。 4） 在梯形圖中的一個(gè)觸點(diǎn)上不應(yīng)有雙向電流通過(guò)。 5） 在梯形圖中，如果兩個(gè)邏輯行之間互有牽連，邏輯關(guān)系又不清晰，應(yīng)將梯形圖進(jìn)行變化，以便編程。 6） 在梯形圖中任一支路上的串聯(lián)觸點(diǎn)，并聯(lián)觸點(diǎn)及內(nèi)部并聯(lián)線圈的個(gè)數(shù)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(jìn)行并聯(lián)支路串聯(lián)操作、串聯(lián)支路并聯(lián)操作 的次數(shù)，一般應(yīng)不超過(guò) 8 次。 語(yǔ)句表 PLC 的指令有叫做語(yǔ)句，若干條指令組成的程序叫做語(yǔ)句表程序，每條語(yǔ)句表示給CPU 一條指令，規(guī)定 CPU 如何操作。 PLC 的語(yǔ)句表是與微機(jī)的匯編語(yǔ)言中指令相似 的助記符表達(dá)式，它是由操作碼和操作數(shù)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(yǔ)句表類似與計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比它通俗易懂，配上 LED 指示器的簡(jiǎn)易編程器即可使用，因此也是應(yīng)用很多的一種編程語(yǔ)言。 語(yǔ)句表比較適合于熟悉可編程控制器和邏輯程序設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)員，它可以實(shí)現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖實(shí)現(xiàn)的功能。 功能塊圖 功能塊圖是一種與邏輯控制 電路圖結(jié)構(gòu)類似的圖形編程語(yǔ)言。它 用類似“與門(mén)” 、“非門(mén)”的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系， 方框的左邊位邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 輸入輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框由導(dǎo)線連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 順序功能圖 順序功能圖又叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，也是設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)換條件和動(dòng)作構(gòu)成了順序功能圖中的 3 種元素。它是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言 [8]。 PLC 的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)過(guò)幾十年的迅速發(fā)展， PLC 的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，其足跡已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，形成了能夠滿足這種需要 的 PLC 的應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域是自動(dòng)化，不同的企業(yè)對(duì) 自 動(dòng)化的需求、規(guī)模及投資數(shù)額不相同，存在這不同層次的需求，因此， PLC 將朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是向 小型化、微型化的方向發(fā)展，以適應(yīng)小型企業(yè)技術(shù)改造的需求，提供性能價(jià)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(zhǔn)的 PLC 控制系統(tǒng)。其共同特點(diǎn)是，現(xiàn)代 PLC 的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)， 產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，并不斷向高性能、高速度，高性 格比方向發(fā)展。 過(guò)程控制不斷增強(qiáng) 在 PLC 發(fā)展的的初期，它是 能完成開(kāi)關(guān)量 的 邏輯控制。隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了模擬量 I/O 模塊和專門(mén)用語(yǔ)模擬量閉環(huán)控制（過(guò)程控制）的 只能 PID 模塊?，F(xiàn)代 PLC的模擬量控制功能日益強(qiáng)大，除了專門(mén)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(yīng)控制和參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)間減少，控制精度提高。在過(guò)程控制方面，已經(jīng)很難分清 PLC 與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、分散控制系統(tǒng)之間的界限。 大力開(kāi)發(fā)智能型 I/O 模塊 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 智能 I/O 模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的 CPU 與 PLC 的主CPU 并行工作，占用 CPU 的時(shí)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(jì)數(shù)輸入、中斷輸入、運(yùn)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(gè)小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有很強(qiáng)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(dú)工作。它們可以完成 PLC 的主 CPU 難以兼顧的功能，簡(jiǎn)化某些控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程，提高 PLC 的適應(yīng)性和可靠性。 與個(gè)人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合 個(gè)人計(jì)算機(jī)的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析能力。目前 ，個(gè)人計(jì)算機(jī)主要用做 PLC 的編程器、操作站或人 /機(jī)接口終端等。 可編程控制器的計(jì)算機(jī)化，大型可編程控制器具備個(gè)人計(jì)算機(jī)的功能，是另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。這類 PLC 采用功能強(qiáng)大的微處理器和大容量的存儲(chǔ)器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算和通信功能緊密的結(jié)合在 一起?？删幊炭刂破髋c個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、分散控制系統(tǒng)在功 能和應(yīng)用方面相互滲透，相互融合，使控制系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高。 編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，可編程控制器的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，而不是開(kāi)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(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議往往也不是專用的。各廠家的 PLC 編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式不一致，有的甚至有相當(dāng)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(wèn)題， IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）制定了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn) IEC1131，其中 IEC13113 中制定了編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)。編程 語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。 通信與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 可編程控制器的通信和聯(lián)網(wǎng)功能可以使 PLC 與 PLC 之間， PLC 與個(gè)人計(jì)算機(jī)等其他智能設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)字信息交換，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制或集中控制?，F(xiàn)在，幾乎所有的 PLC 產(chǎn) 品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，通過(guò)雙絞線、同軸光纜或光纖，信息可以傳送到幾十公里遠(yuǎn)的地方；通過(guò) Modem 的互聯(lián)網(wǎng)可以使 PLC 與世界上其他地方的計(jì)算機(jī)裝置進(jìn)行通信。 目前，有的 PLC 使用專用的通信協(xié)議進(jìn)行通信，或使用較多廠商支持的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)場(chǎng)總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負(fù)擔(dān)， PLC 的通信功能日趨完善，是設(shè)備之間的通信能夠自動(dòng)周期性的進(jìn)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(shí)做一些硬件或軟件上的初始化設(shè)置。 PLC 的工作原理 PLC 的工作方式與運(yùn)行過(guò)程 PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期和工作周期。 CPU 從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 執(zhí)行用戶程序時(shí)，需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息，這些信息現(xiàn)場(chǎng)已接到 PLC 的輸入端。 PLC 采集現(xiàn)場(chǎng)信息即采集輸入信號(hào)有兩種方式： 1） 集中采樣輸入方式。一般在掃描周期的開(kāi)始或結(jié)束將所有輸入信號(hào)（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(gè)輸入信號(hào)就直接輸入端或輸入模塊取用這個(gè)輸入狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣，此時(shí)輸入映像寄存器的內(nèi)容不變，到下內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 一次輸入采樣時(shí)變化。 PLC 的整個(gè)運(yùn)行可分為三部分： 第一部分是上電處理。機(jī)器上電 后對(duì) PLC 系統(tǒng)進(jìn)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(guò)程。 PLC 上點(diǎn) 處理完成以后進(jìn)行掃描工 作 過(guò)程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行始終、特殊寄存器更新。當(dāng) CPU 處于 STOP方式時(shí)，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 第三部分是出錯(cuò)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(dòng)作是否正常，如 CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、 I/O、通信等是否異常或出錯(cuò)，如檢查出異常時(shí) CPU 面板上的 LED 及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存出錯(cuò)誤代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， CPU 回強(qiáng)制為 STOP 方式，所有的掃描停止。 PLC 運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長(zhǎng)短與 CPU 的運(yùn)算申訴度有關(guān)，與 I/O 點(diǎn)情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短及編程情況等均有關(guān)。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 所需時(shí)間來(lái)說(shuō)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(shí)間是不同 的，從零點(diǎn)幾微秒到上百微秒不等，故選用不同指令所用的掃描時(shí)間將會(huì)不同。若用語(yǔ)告訴系統(tǒng)要縮短掃描周期 ，可從軟件上考慮。 PLC 的工作過(guò)程 如果我們對(duì)遠(yuǎn)程 I/O 特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過(guò)程就只剩下 “ 輸入采樣 ” 、 “程序執(zhí)行” 、“輸出刷新” 三個(gè)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(gè)輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各