【文章內(nèi)容簡介】 境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統(tǒng)也隨之恢復正常。但對 PLC 而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。 ② 永久性故障。由于元器件不可恢復的破壞而引起的故障。 如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC 在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC 在惡劣條件消失后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在 PLC 上增加一些診斷措施和適當?shù)谋Ｗo手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低 PLC 的平均修復時間。為此，各 PLC 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 PLC 除了本身具有較強的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復外，還使 PLC 具有了很強的抗干擾能力。 硬件措施： 主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的 電子存儲器完成， I/O 系統(tǒng)設計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路。 ① 屏蔽 ——對電源變壓器、 CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。 ② 濾波 ——對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如 LC 或 π 型濾波網(wǎng)絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。 ③ 電源調(diào)整與保護 ——對微處理器這個核心部件所需的 +5V 電源，采用 多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。 ④ 隔離 ——在微處理器與 I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離 I/O接 口與 CPU 之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各 I/O 口之間亦彼此隔離。 ⑤ 采用模塊式結(jié)構(gòu) ——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。 軟件措施： 有極強的自檢及保護功能。 ① 故障檢測 ——軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便及時進行處理。 ② 信息保護與恢復 ——當偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞 PLC 內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以， PLC 在檢測到故障條 件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。 ③ 設置警戒時鐘 WDT（看門狗） ——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了 WDT規(guī)定的時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警。 ④ 加強對程序的檢查和校驗 ——一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。 ⑤ 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備 ——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會丟失。 PLC 的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。它要求能承受幅值為 1000V，上升時間 1ns，脈沖寬度為 1 s? 的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬～上千萬小時；制成系統(tǒng)亦可達 4～ 5 萬小時甚至更長時間。 2．通用性強，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC 除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。 3．功能強，適應面廣 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還 具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。 4．編程簡單，容易掌握 目前，大多數(shù) PLC 仍采用繼電控制形式的 “梯形圖編程方式 ”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀 PLC 的用戶手冊或短期培訓，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句 表等編程語言。 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（ PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。 5．減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時， PLC 的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強的監(jiān) 視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 6．體積小、重量輕、功耗低、維護方便 PLC 是將微電子技術(shù)應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于 PLC 的強抗干擾能力，易于裝入設備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O 點數(shù)的多少等進行大致分類。 167。 PLC 的分類 167。 按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 （ 1） 整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O 接口、與 I/O 擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM 寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 （ 2） 模塊式 PLC 模塊 式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式 PLC 的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。 還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝 。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 167。 按功能分類 根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。 （ 1） 低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 （ 2） 中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設中斷控 制、 PID 控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。 （ 3） 高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 167。 按 I/O 點數(shù)分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。 (1) 小型 PLC——I/O 點數(shù) 256 點；單 CPU、 8 位或 16 位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。 如： GEI 型 美國通用電氣（ GE）公司 TI100 美國德洲儀器公司 F、 F F2 日本三菱電氣公司 C20 C40 日本歐姆龍公司 S7200 德國西門子公司 EX20 EX40 日本東芝公司 SR20/21 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 (2). 中型 PLC——I/O 點數(shù) 256～ 2048 點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2～ 8K。 如： S7300 德國西門子公司 SR400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 SU SU6 德國西門子公司 C500 日本歐姆龍公司 GEⅢ GE 公司 (3). 大型 PLC——I/O 點數(shù) 2048 點；多 CPU， 16 位、 32 位處理器，用戶存儲器容量 8～ 16K。 如： S7400 德國西門子公司 GEⅣ GE 公司 C2021 歐姆龍公司 K3 三菱公司等 167。 PLC 的應用 目前，在國內(nèi)外 PLC 已廣泛應用冶金、石油、化工、 建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著 PLC 性能價格比的不斷提高，其應用領(lǐng)域不斷擴大。從應用類型看， PLC 的應用大致可歸納為以下幾個方面： 1．開關(guān)量邏輯控制 利用 PLC 最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是 PLC 最基本的應用，也是 PLC 最廣泛的應用領(lǐng)域。 2．運動控制 大多數(shù) PLC 都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊 。這一功能廣泛用于各種機械設備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。 3．過程控制 大、中型 PLC 都具有多路模擬量 I/O 模塊和 PID 控制功能，有的小型 PLC 也具有模擬量輸入輸出。所以 PLC 可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有 PID 控制功能的 PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 4．數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 都具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如 計算機數(shù)值控制（ CNC）設備，進行處理。 5．通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括 PLC 與 PLC、 PLC 與上位計算機、 PLC 與其它智能設備之間的通信， PLC 系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成 “集中管理、分散控制 ”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化（ FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。 第四 章 PLC 的指令及編程 167。 PLC 的指令 歐姆龍 C 系列 P 型機可編程序控制器的指令分為兩大類：基本指令和專用（功能）指令。 基本指令是指直接對輸入、輸出點進行簡 單操作的指令，它包括邏輯操作（“與”、“或”、“非”等）指令和輸出指令等，在編程器的鍵盤上設有與基本指令的符號和助記符相同的鍵，輸入基本指令時，只要按下對應的鍵即可。 專用（功能）指令也稱特殊指令，它包括數(shù)據(jù)處理、運算和程序控制等指令。由于專用指令很豐富，在編程器上沒有對應的鍵盤。為了便于在編程器上輸入程序，為每一條專用指定了一個功能代碼（兩位數(shù)字），書寫時用圓括號括起來，放在專用指令的助記符后面。在編程輸入專用指令時，先按“ FUN”鍵，再按功能代碼即可。 167。 基本指令 LD 指令 LD 指令的 格式、邏輯符號、功能和編程操作見（表 1）。 （表 1） 表 1 中的 B 為指定繼電器的編號； LD 指令的功能： LD 指令是動合觸點與母線連接指令，也稱為裝載或起始指令，每一個程序的開始都要使用它。 LDNOT 指令：是動斷觸點與母線連接指令，與 LD 指令功能上不同之處在于使用動斷觸點。 AND 指令：是串聯(lián)動合觸點指令。 ANDNOT 指令：是串聯(lián)動斷觸點的指令。 OR 指令：是并聯(lián)動合觸點的指令。 ORNOT 指令：是并聯(lián)動斷觸點的指令。 OUT 指令：是輸出邏輯運算結(jié)果的指令，它將邏輯運算的結(jié) 果輸出到一個指定的繼電器。 OUTNOT 指令：是輸出取反后的邏輯運算，它是將邏輯運算的結(jié)果取反，輸出到一個指定的繼電器。 ANDLD 指令：是兩個觸點組串聯(lián)連接指令。 ORLD 指令：是兩個觸點組并聯(lián)連接指令。 1 TIM 指令 TIM 指令的格式、邏輯符號、功能和邏輯操作（見表 2） （表 2） 表 2 中邏輯符號說明如下： N：定時器的編號，其數(shù)值范圍是 00～ 47。 S