【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 試修改；性能價(jià)格比隨系統(tǒng)的擴(kuò)大而提高，投資比例隨生產(chǎn)對(duì)象的擴(kuò)大和復(fù)雜而降低。 PLC 的定義和特點(diǎn) PLC 的定義 PLC（ Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存 儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線(xiàn)可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公 司生產(chǎn)的 F 系列 PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行 系統(tǒng)配置 ，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC的安裝接線(xiàn)也很方便，一般用接線(xiàn)端子連接外部接線(xiàn)。 PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和 交流接觸器 ，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種 數(shù)字控制 領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工 業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及 人機(jī)界面 技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ，是面向工礦企業(yè)的 工控 設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員 接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂 計(jì)算機(jī) 原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 容易改造 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容 易改造 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái) 的 1/2~1/10。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖 31所示。 圖 31 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC的控制中樞，是 PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC至少有一個(gè) CPU。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法 錯(cuò)誤。當(dāng) PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 PLC還采用雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC的重要參數(shù)，它們決定著 PLC的工作速度， IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。 PLC常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型：（ 1） RAM（ Random Assess Memory）這是一種讀 /寫(xiě)存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。（ 2） EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變 。 (在紫外線(xiàn)連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。（ 3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。 PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然各種 PLC的 CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（ 1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)；（ 2）系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）；（ 3）用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng) 于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠(chǎng)商將其固化在 EPROM中，用戶(hù)不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC的性能。 系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備，如：邏輯線(xiàn)圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。（ 1） I/O映象區(qū)：由于 PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元 (RAM)以存放 I/O的 狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱(chēng)作 I/O映象區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量 I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ bit），一個(gè)模擬量 I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16個(gè) bit）。因此整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開(kāi)關(guān)量 I/O映象區(qū)；模擬量 I/O映象區(qū)。（ 2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：除了 I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類(lèi)軟設(shè)備（邏XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 輯線(xiàn)圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在 PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng) PLC斷電時(shí)，數(shù) 據(jù)被清零。 ，每個(gè)邏輯線(xiàn)圈占用系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)位，但不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，只供用戶(hù)在編程中使用，其作用類(lèi)似于電器控制線(xiàn)路中的繼電器。 另外，不同的 PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線(xiàn)圈，具有不同的功能。 I/O一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字 (16 bits)。 另外， PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。 用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)：用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶(hù)編制的用戶(hù)程序。不同類(lèi)型的 PLC，其存儲(chǔ)容量各不相同。 電源 PLC 的電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源，在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 輸入輸出接口電路（ I/O 模塊） PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（ I/O）完 成的。 I/O模塊集成了PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是 PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 2．現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 編程設(shè)備 編程器是 PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)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(chǎng)控制XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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。 PLC 的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng) 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn) 可編程控制器編程語(yǔ)言 可編程控制器 PLC 中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它們是：梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。 梯形圖語(yǔ)言和布爾助記 符語(yǔ)言是基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等，通過(guò)擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。 功能表圖語(yǔ)言和語(yǔ)句描述語(yǔ)言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報(bào)表的報(bào)印和其他基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)法完成的功能。功能模塊圖語(yǔ)言采用功能模塊圖的形式，通過(guò)軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被 采用，由于它具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛(ài)。 PLC 的編程語(yǔ)言與一般計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同與一般的匯編語(yǔ)言，它既要滿(mǎn)足易于編寫(xiě)，又要滿(mǎn)足易于調(diào)試的要求。目前，還沒(méi)有一種對(duì)各廠(chǎng)家產(chǎn)品都能兼容的編程語(yǔ)言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語(yǔ)言， OMRON 公司的產(chǎn)品也有它自己的語(yǔ)言。但不管什么型號(hào)的 PLC，其編程語(yǔ)言都具有以下特點(diǎn)： 一、 圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號(hào)組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)者已把工 業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶(hù)根據(jù)自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠(chǎng)家都采用類(lèi)似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門(mén)子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來(lái)表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表XX 大學(xué)自考本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 示，雖然象征性不如邏輯運(yùn)算部分，也受用戶(hù)歡迎 二、明確的變量常數(shù)：圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶(hù)填人，如： K400， T120 等。 PLC中的變量和常數(shù)以 及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號(hào)決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊(cè)。 三、簡(jiǎn)化的程序結(jié)構(gòu)： PLC 的程序結(jié)構(gòu)通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對(duì)整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。 四、簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件生成過(guò)程：使用匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過(guò)程，而使用編程語(yǔ)言，只需要編輯一個(gè)過(guò)程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過(guò)程都在人機(jī)對(duì)話(huà)下進(jìn)行的，不要求用戶(hù)有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。 五、強(qiáng)化調(diào)試手段：無(wú)論是匯編程序，還是高級(jí)語(yǔ)言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事 ，而 PLC 的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用 PLC和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡(jiǎn)單。 總之， PLC 的編程語(yǔ)言是面向用戶(hù)的，對(duì)使用者不要求具備高深的知識(shí)、不需要長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練。 編程語(yǔ)言的形式 最常用的兩種編程語(yǔ)言，一是梯形圖，二是助記符語(yǔ)言表。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_(tái)簡(jiǎn)易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來(lái)編程。 雖 然一些高檔的 PLC 還具有與計(jì)算機(jī)兼容的 C語(yǔ)言、 BASIC 語(yǔ)言、專(zhuān)用的高級(jí)語(yǔ)言（如西門(mén)子公司的 GRAPH三菱公司的 MELS