【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入 接 口 14 2．存儲(chǔ)器 存 儲(chǔ)器主要有兩種，一種是可讀 /寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM） ，另一種是 只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器（ PROM） 、和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPROM)。在 PLC 中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)等。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠商編寫(xiě)的，與 PLC 的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供 PLC 運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到 OLC 性能，而且在 PLC 使用過(guò)程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠商直接固化 在 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用戶不能訪問(wèn)和修改。 用戶程序是隨 PLC 的控制對(duì)象而定的，有用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于 CMOSA 靜態(tài)RAM 中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM 中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過(guò)運(yùn)行正常不需要改變時(shí)，可將其固化在 EPROM中?，F(xiàn)在有許多 PLC 直接采用 EEPROM 或閃速（ Fish） ROM 作為用戶存儲(chǔ)器。 工作數(shù)據(jù)是 PLC 運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)，它存放在 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)器中，設(shè)有存放 I/O 繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電的時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電的可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無(wú)直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量一般指用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng) PLC 提供的用戶程序存儲(chǔ)容量不夠用時(shí)，許多 PLC 還提供存儲(chǔ)器擴(kuò)張功能。 3. I/O 接口電路 I/O 接口電路通常也稱為 I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。 PLC 通過(guò)輸入接口也可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí) PLC 又通過(guò)輸出接口將處理結(jié)果送給被控對(duì)象，以達(dá)到控制目的。 由于外圍輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而 PLC 內(nèi)部CPU 的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 I/O 接口 15 一般都具有光隔離和濾波功能，以提高 PLC 的抗干擾能力。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況能夠直觀的顯示出來(lái)，以便于維護(hù)。 PLC 提供了多種操 作電平和驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 接口以便于用戶選用。 I/O 接口（模塊）的主要類型有：開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）輸入、開(kāi)關(guān)量輸出和模擬量輸入、模擬量輸出等。其中模擬量 I/O 接口模塊屬于三菱公司 PLC 的特殊功能模塊，如不特別說(shuō)明， I/O 接口是指開(kāi)關(guān)量 I/O 接口。 開(kāi)關(guān)量輸入是把現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為 PLC 能處理的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制信號(hào)。常用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口 /交流輸入接口。 開(kāi)關(guān)量輸出是把 PLC 的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)，如指示燈的亮滅、電動(dòng)機(jī)的汽艇和正反轉(zhuǎn)、設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升 降和閥門(mén)的開(kāi)閉。常用的開(kāi)關(guān)量輸出接口按其輸出功率開(kāi)關(guān)器件分為三種類型：繼電氣輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。 模擬量輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣，如溫度、壓力、速度、流量、位移以及酸堿度等都是相對(duì)于電壓電流的模擬量值，再通過(guò)一定運(yùn)算（ PID）后，控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過(guò)變換后得到的，輸入信號(hào)為 4~20mA、 0~20mA、 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 等不同范圍的信號(hào)。模擬量輸入就是將模擬量信號(hào)（電壓電流）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后送到 CPU 模塊進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理和控制。模擬量輸入框圖如圖 23 所示。 模擬量輸出是將 PLC 與運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)（ 4~20mA、0~20mA 的電流輸出信號(hào)或 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 的電壓輸出信號(hào) ）輸出，然后通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化為外圍設(shè)備需要的信號(hào)來(lái)控制外圍設(shè)備，例如繼電器 、接觸器 、 電動(dòng)閥和伺服電機(jī)等，以滿足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)信號(hào)的控制要求。模擬量輸出框圖如圖 24 所示。 4．通信接口 通信接口是 PLC 主機(jī)實(shí)現(xiàn)人 — 機(jī)對(duì)話或機(jī) — 機(jī)對(duì)話的通道。 PLC 配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。 PLC 通過(guò)這些通信接口可與打印機(jī)、監(jiān)視器、其他 PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。 PLC 與打印機(jī)連接，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。與監(jiān)視器連接可將控制過(guò)程圖像顯示出來(lái)。與其他 16 PLC 連接，可組成多級(jí)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制。與計(jì)算機(jī)連接， 圖 23 模擬量輸入框 圖 圖 24 模擬量輸出框圖 可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信結(jié)構(gòu)模塊。 5. 電源 PLC 中的 電源有些是與 CPU 模塊（包括中央處理器 CPU、電源和 I/O 接口 ）合而為一的，有些事分不開(kāi)的。與普通電源相比， PLC 電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)部：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電，如三菱 F F FX2 和FX2N 系列等。外部：可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。 6．外部設(shè)備 A/D 轉(zhuǎn)換器 光電 耦合 隔離 濾 波 內(nèi)部 電路 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 光電 耦合 隔離 D/A 轉(zhuǎn)換器 內(nèi)部電路 17 外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 （ 1） 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，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。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，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 （ 2） 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫(huà)面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 （ 3） 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤(pán)或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫(xiě)入器等。 （ 4） 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫?gòu)買(mǎi)程控器 時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳。 二、 軟件系統(tǒng) PLC 僅有硬件系統(tǒng)是不行的，它還需要軟件系統(tǒng)的支持，沒(méi)有軟件系統(tǒng)， PLC是什么事情都做不成的。在 PLC 的軟件系統(tǒng)中，軟件分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。 運(yùn)行管理 程序管理 生成用戶元件 系統(tǒng)程序 用戶指令解釋程序 內(nèi)部自檢等 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 圖 25 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 1. 程序部分 系統(tǒng)程序是每個(gè) PLC 成品必須包含的部分，是由 PLC 的制造廠商提供，可由制造廠商編制，也可由軟件制造廠商編制。它被固化在 ROM 或 EPROM 中，安裝在PLC 的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器內(nèi)，隨產(chǎn)品提供給用戶，主要用于控制 PLC 本身運(yùn)行。系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分，如圖 25 所示。 （ 1） 管理程序是監(jiān)控程序中最重要的部分，管理整個(gè) PLC 的運(yùn)行。它的功 18 能又分為進(jìn)行時(shí)間分配的運(yùn)行管理，用于 PLC 控制 收入、輸出、運(yùn)算、自檢及通 信的時(shí)序；進(jìn)行存儲(chǔ)空間的分配管理，用于生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)據(jù)格式及物理存放地址等；進(jìn)行系統(tǒng)自檢，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語(yǔ)法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行等。 （ 2） 用戶指令解釋程序用于將用戶通過(guò)各種編輯語(yǔ)言（梯形圖、語(yǔ)句表等）編制的用戶應(yīng)用程序變成機(jī)器能執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言程序。 （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用是由多個(gè)獨(dú)立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能， PLC 的各種具體工作都由這部分程序完成 。 由于通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)程序可以在不改變硬件系統(tǒng)的情況下大大改善 PLC 的性能，所以，制造廠商對(duì)系統(tǒng)程序的編制極其重視，其產(chǎn)品的系統(tǒng)程序也在不斷升級(jí)和完善。 2．用戶程序 用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求由用戶使用制造廠商提供的編語(yǔ)言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開(kāi)關(guān)量邏輯控制程序、模擬量邏輯運(yùn)算控制程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。開(kāi)關(guān)量邏輯控制程序是 PLC 用戶程序中重要的一部分，一般采用梯形圖、語(yǔ)句表或功能塊圖等編程語(yǔ)言編制。模擬量運(yùn)算控制程序和閉環(huán)控制程序通常都是在大中型 PLC 上運(yùn)行的程序，由用戶 根據(jù)控制要求按 PLC 供應(yīng)商提供的軟件和硬件功能進(jìn)行編制。操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序是大型 PLC 系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進(jìn)行信息交換和管理而編制的程序，包括各類畫(huà)面顯示和操作程序等，一般采用功能塊或其他高級(jí)編程語(yǔ)言編制。 PLC 的編程和計(jì)算機(jī)編程一樣，用戶程序需要一個(gè)用戶環(huán)境、用戶程序結(jié)構(gòu)、用戶編程語(yǔ)言。 (1) 用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成的。它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶存儲(chǔ)器（元件區(qū)）分配等。 (2) 用戶程序結(jié)構(gòu)。如圖 26 所示。 (3)用戶編輯語(yǔ)言。如 27 所示。 19 線性程序 把一個(gè)工程分為多個(gè)小的程序塊，這些程序塊依次放在一個(gè)主程序中 用戶程序 分塊程序 各個(gè)程序塊獨(dú)立與主程序之外 結(jié)構(gòu)化程序 具有相同功能的程序?qū)懗赏ㄓ霉δ艹绦驂K 圖 26 用戶程序結(jié)構(gòu) PLC 編輯語(yǔ)言 梯形圖（ LAD） 語(yǔ)句表（ STL） 功能塊圖（ FBD） 畫(huà)法是從左母線開(kāi)始 由不同的指令組成 類似于電子線 經(jīng)過(guò)觸電和線圈，終 格式：操作碼 +操作數(shù) 路的邏 輯電路圖 于有母線 的一種編程語(yǔ)言 10000 10001 10100 LD 10000 10000 10100 （ ） AND 10001 OUT 10100 10001 圖 27 用戶編輯語(yǔ)言 4. PLC 的特點(diǎn) ，抗干擾能力強(qiáng) 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﹠ 20 可靠性。使用 PLC 構(gòu)成控制系統(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)將極高的可靠性。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，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， 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。多種多樣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。 3. 易學(xué)易用，深受工程