【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (4) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作； (5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 現(xiàn)代 PLC 使用的 CPU 主要有以下幾種： 通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 單片機(jī)，如 8051 等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO 模塊。 位片式微處理器，如 AMD2900 系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以 4 位為一片。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可 以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種： (1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 :和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM 或 EPROM。 (2)用戶程序存儲(chǔ)器 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序， 用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM 作用戶程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭? PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。 (3)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些 數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲(chǔ) PLC 的開關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 I/0 單元 I/0 單元也稱為 I/0 模塊。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí) CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 電 源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部；對(duì)于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話， PLC 配有多種通信 接口。PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)?？蓪⑦^程圖像顯示出來；當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。 編程器 編程器是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。它有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤和 發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有 LCD或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對(duì)話。還可以利用 PC作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。現(xiàn)在很多 PLC已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相 應(yīng)的通信連接電纜。 PLC 的發(fā)展 PLC 的發(fā)展歷史 PLC 的技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而飛速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展為 8 位機(jī)。隨著微處理器 CPU 和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在 PLC 中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的 PLC。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代以來，隨著大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以 16 位和 32 位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PLC 得到了驚人的發(fā)展，使 PLC 在概念，設(shè)計(jì)，性能價(jià)格比及應(yīng)用等多發(fā)面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，能耗，體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，并 且遠(yuǎn)程 I/O 和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)界面也有了長足的發(fā)展?，F(xiàn)在 PLC 不僅能得心應(yīng)手的用于制應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化，并且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過程控制系統(tǒng)，所有這些已經(jīng)使之成為自動(dòng)化三大支柱之一，即使在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)成為自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用熱點(diǎn)的今天， PLC 仍然是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。 大致總結(jié)一下， PLC 的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段。 （ 1）初級(jí)階段 從世界上第一臺(tái) PLC 問世到 20 世紀(jì) 70 年代中期，這個(gè)時(shí)期的 PLC 功能簡(jiǎn)單，主要完成一般的繼電器控制系統(tǒng)，即順序邏輯，定時(shí)與計(jì)數(shù)等，編程語言為為梯形圖。 （ 2）崛 起階段 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 從 20 世紀(jì) 70 年代中期到 80 年代初期，由于 PLC 在取代繼電器控制系統(tǒng)方面的卓越表現(xiàn)，所以自從它在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域開始普及運(yùn)用后便得到了飛速的發(fā)展。這個(gè)階段的 PLC 在其控制功能方面增強(qiáng)了許多，例如數(shù)據(jù)處理，模擬量的控制等。 （ 3）成熟階段 從 20 世紀(jì) 80年代到 90年代初期，這之前的 PLC 主要是單機(jī)應(yīng)用和小規(guī)模，小系統(tǒng)的應(yīng)用；但隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平、控制性能和控制范圍的要求的提高，在大型的控制系統(tǒng)（如冶煉、飲料、造紙、煙草、紡織、污水處理）中， PLC也展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的生命力。對(duì)這些大規(guī)模、多控制器的 應(yīng)用場(chǎng)合，就要求 PLC的控制系統(tǒng)必須具有通信和聯(lián)網(wǎng)功能。這個(gè)時(shí)期的 PLC 順應(yīng)時(shí)代要求，在大型的 PLC 中 一般都擴(kuò)展了遵守一定協(xié)議的通信接口。 （ 4）飛速發(fā)展階段 從 20 世紀(jì) 90 年代初期到 90 年代末期。由于對(duì)模擬量處理功能和網(wǎng)絡(luò)通信功能的提高， PLC 控制系統(tǒng)在過程控制領(lǐng)域也開始大面積的應(yīng)用，隨著芯片技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到了進(jìn)一步的提高，現(xiàn)在 PLC 不論從體積上，人機(jī)界面功能、端子接線技術(shù)，還是從內(nèi)在的性能（速度、存儲(chǔ)容量）、實(shí)現(xiàn)的功能（運(yùn)動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)、多機(jī)處理等）方面都 遠(yuǎn)非過去的 PLC 可比。從 20 世紀(jì) 80 年代之后，是 PLC 發(fā)展的黃金時(shí)期，年增長率一般都保持在 30%— 40%之間。 （ 5）開放化，標(biāo)準(zhǔn)化階段 從 20 世紀(jì) 90 年代中期以后，其實(shí)關(guān)于 PLC 開放性的工作在上世紀(jì) 80 年代就已經(jīng)展開，但由于受到各大公司的利益的阻撓和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化難度的影響，這項(xiàng)工作進(jìn)展的并不順利。所以 PLC 誕生后的近 30 年里，各個(gè) PLC 在通信標(biāo)準(zhǔn)，編程語言等方面都存在著不兼容的地方，這為在工業(yè)自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)互換性，互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化都帶來了極大地不便。現(xiàn)在隨著可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)化IEC61131 的逐步完善和 實(shí)施，特別是 IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)編程語言的推廣，使得 PLC 真正意義上走入了一個(gè)開放化和標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、軟 PLC、標(biāo)準(zhǔn)化、與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)緊密相結(jié)合等方向發(fā)展。 （ 1）向小型化，專用化，低成本方向發(fā)展 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件的性能大大提高，價(jià)格卻大幅度降低，使得 PLC 結(jié)構(gòu)更為緊湊，操作十分簡(jiǎn)便。從體積上講，有些專用的微型 PLC 僅僅有一個(gè)香皂的大小。 PLC 的功能不斷增強(qiáng)，將原來大中型 PLC 才 有的功能部分青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 轉(zhuǎn)移到小型 PLC 上，如模擬量處理、復(fù)雜的指令功能和網(wǎng)絡(luò)通信等。 PLC 的價(jià)格也不斷下降，真正成為現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)中 不可替代的控制裝置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小型和微型 PLC 的市場(chǎng)份額一直保持在 70%— 80%之間，所以對(duì) PLC 的小型化的追求不會(huì)停止。 （ 2）向大容量、高速度、信息化方向發(fā)展 現(xiàn)在大中型 PLC 采用多微處理系統(tǒng)，有的采用了 32 位處理器，并集成了通信互聯(lián)網(wǎng)功能，可同時(shí)進(jìn)行多任務(wù)操作，運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)交換速度及外設(shè)響應(yīng)速度都有大幅度的提高，存儲(chǔ)容量大大增加，特別是增強(qiáng)了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。為了適應(yīng)工 廠控制系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系統(tǒng)日益有機(jī)結(jié)合的要求，信息技術(shù)也滲透到了 PLC 中，如設(shè)置開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支持 OPC 技術(shù)，等等。 （ 3）智能化模塊的發(fā)展 為了實(shí)現(xiàn)某些特殊功能的控制功能， PLC 制造商開發(fā)出了許多智能化的 I/O模塊。這些模塊自身帶有 CPU，使得占用主 CPU 的時(shí)間很少，減少了對(duì) PLC 掃描速度的影響，提高了整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)的性能。它們本身有很強(qiáng)的信息處理能力和控制功能，可以完成 PLC 的主 CPU 難以兼顧的功能。由于在硬件和軟件方面都采取了可靠性和便利性的措施。所以簡(jiǎn)化了某些可能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編程。典型的 智能化模塊主要有高速計(jì)數(shù)模塊、定位控制模塊、溫度控制模塊、閉環(huán)控制模塊、以太網(wǎng)通信模塊和各種協(xié)議總線通信模塊等。 （ 4）人機(jī)界面（接口）的發(fā)展 HMI（ Humanmachine Intereace）在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著越來越重要的作用， PLC 控制系統(tǒng)在 HMI 方面的進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a. 編程工具的發(fā)展 過去絕大部分大中型 PLC 僅僅提供手持式的編程器，編程人員通過編程器和PLC 打交道。首先是把編制好的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成語句表程序，然后使用編程器一個(gè)字符，一個(gè)字符的敲到 PLC 內(nèi)部；另外 ，調(diào)試時(shí)也只能通過編程器觀察很少的信息?，F(xiàn)在編程器已經(jīng)被淘汰，基于 windows 的編程軟件不僅可以對(duì) PLC的控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)、類型、各通信接口的參數(shù)等。而且可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖，和順序功能圖程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。程序被編譯后可以被下載到 PLC，也可以將用戶程序上傳到計(jì)算機(jī)。編程軟件的調(diào)試和監(jiān)控功能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手持式編程器，可以通過編程軟件中的監(jiān)視功能實(shí)時(shí)觀察 PLC 內(nèi)部各存儲(chǔ)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，為診斷分析 PLC 程序和工作過程中出現(xiàn)的問題帶來 了極大地方便。 b. 功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉的 HMI 過去在 PLC 控制系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和顯示時(shí)非常麻煩，對(duì)輸入設(shè)定參數(shù)青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 要使用大量的波碼開關(guān)組，對(duì)輸入顯示參數(shù)要使用數(shù)碼管，它們不僅占據(jù)了大量的 I/O 資源，而且功能少，接線麻煩。各種單色彩色的顯示設(shè)定單元、觸摸屏、覆膜鍵盤等應(yīng)有盡有，它們不僅可以完成大量數(shù)據(jù)設(shè)定和顯示，更能直觀的顯示動(dòng)態(tài)圖形畫面，而且還能完成數(shù)據(jù)處理功能。 c. 基于 PC 的組態(tài)軟件 在中大型的 PLC 控制系統(tǒng)中，僅僅靠簡(jiǎn)單內(nèi)的顯示設(shè)定單元已經(jīng)不能解決人機(jī)界面的問題，所以基于 windows 的 PC 機(jī)成為了最佳的選擇。配合有適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵔涌诨蜻m配器， PC 機(jī)就可以和 PLC 之間進(jìn)行信息的互換，再配合功能強(qiáng)大的組態(tài)軟件，就可以完成復(fù)雜的和大量的畫面顯示，數(shù)據(jù)處理，報(bào)警處理，設(shè)備管理等任務(wù)，這些組態(tài)軟件國外的品牌有： wincc、 ifix、 intouch 等。國產(chǎn)知名公司有亞太、力控等?，F(xiàn)在組態(tài)軟件的價(jià)格已經(jīng)下降到非常低的位置，所以在環(huán)境較好的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，使用 PC 加組態(tài)軟件來取代觸摸屏的方案也是一種不錯(cuò)的選擇。