【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。而集散型控制系統(tǒng) DCS（ Distribution Control System）是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。而 PLC隨微電技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論在功能上，速度上，智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都用很大的提高。并開(kāi)始與小型計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了以 PLC為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著 PLC網(wǎng)絡(luò)通信功能不斷增強(qiáng)， PLC與 PLC 及計(jì)算機(jī)的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)告訴公路上（ Data Highway）掛接在線通用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)，編程和下裝，進(jìn) 行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，這樣就已具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上 PLC的價(jià)格和可靠性優(yōu)勢(shì)，使之可以與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競(jìng)爭(zhēng)。 PLC控制系統(tǒng)的組成 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 PLC控制系統(tǒng)像一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一樣，也是由硬件和軟件兩個(gè)部分組成的，硬件是指 PLC本身及其外圍設(shè)備，軟件是指管理 PLC的系統(tǒng)軟件， PLC 的應(yīng)用程序，編程語(yǔ)言和編程支持工具軟件。 硬件的組成 PLC控制系統(tǒng)的硬件是由 PLC，輸入 /輸出（ I/O）電路及外圍設(shè)備等組成的。系統(tǒng)規(guī)模可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。下面對(duì)構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分簡(jiǎn)要介紹 。 PLC系統(tǒng) （ 1）主控模塊 除了早期生產(chǎn)的整體式 PLC（ PLC的各個(gè)不見(jiàn)都在同一機(jī)殼內(nèi)）外，目前市場(chǎng)多數(shù)的 PLC都已采用模塊化的結(jié)構(gòu)（ PLC的各個(gè)部件獨(dú)立封裝，稱之為模塊）。在 PLC中各個(gè)模塊均通過(guò)系統(tǒng)總線相互連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中最核心的模塊是主控模塊（也稱 CPU），它包括： CPU，存儲(chǔ)器，通信接口等部分。 ①CPU ： CPU是 PLC 的控制中樞，它由控制器和運(yùn)算器組成。其中，控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制 PLC工作的部件。運(yùn)算器則是進(jìn)行邏輯，算術(shù)等運(yùn)算部件。 PLC在 CPU的控制下使整個(gè)機(jī)器有條不紊的協(xié)調(diào)工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)設(shè)備的控制。 CPU的具體作用如下： 執(zhí)行接受，存儲(chǔ)用戶程序的操作指令。 用以掃描方式來(lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請(qǐng)求。 PLC中所采用的 CPU 隨機(jī)型的不同而不同，通常有 3種：通用微處理器（如 8086，80286， 80386等），單片機(jī)芯片，位片式處理器。一般來(lái) 說(shuō)，小型 PLC 大采用 8位微處理器或單片機(jī)作為 CPU，如 Intel8086， Inter96 系列單片機(jī)，具有集成度高，運(yùn)算速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。如日本歐姆龍公司生產(chǎn)的 OMRONC200H型 PLC 采用的是Motorola公司生產(chǎn)的 MC68B09的 CPU芯片。這是一種增強(qiáng)型 8位微處理器。對(duì)大型 PLC，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強(qiáng)，速度快，效率高的優(yōu)點(diǎn)。 目前，一些廠家生產(chǎn)的 PLC中，還采用了冗余技術(shù)，即采用雙 CPU 或三 CPU工作，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性。采用冗余技術(shù)可使 PLC的平均無(wú)故障工作 時(shí)間達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)以上。 ② 存儲(chǔ)器： PLC系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：采用 PROM或 EPROM芯片存儲(chǔ)器。它是由生產(chǎn)廠家直接存放的，永久存儲(chǔ)的程序和指令，稱為監(jiān)控程序。監(jiān)控程序和 PLC的硬件組成與專用部件的特性有關(guān)，用戶不能隨意訪問(wèn)和修改這部分存儲(chǔ)器的程序。 存儲(chǔ)器區(qū)：工作數(shù)據(jù)是 PLC運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常變化的，需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一般不需要長(zhǎng)久保存，因此采用隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器預(yù)置 和當(dāng)前數(shù)值的數(shù)據(jù)。 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用于存放用戶經(jīng)編程器或計(jì)算機(jī)輸入的應(yīng)用程序。一般采用EPROM或 EEPROM存儲(chǔ)器，用戶可檫寫(xiě)重新編程。用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般就代表 PLC的標(biāo)稱容量。通常，小型機(jī)小于 8KB，中型機(jī)小于 50KB，而大型機(jī)可以在 50KB以上。 ③ 通信接口：主控模塊通常有一個(gè)或一個(gè)以上的通信接口（簡(jiǎn)稱通信口），用以與計(jì)算機(jī)，編程器相連，實(shí)現(xiàn)編程，調(diào)試，運(yùn)行，監(jiān)視等功能。 （ 2）輸入 /輸出模塊 PLC的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò) I/O模 塊實(shí)現(xiàn)的。生產(chǎn)過(guò)程有許多控制變量，如溫度，壓力，液位，速度，電壓，開(kāi)關(guān)量，繼電器狀態(tài)等，因此，需要有相應(yīng)的 I/O模塊作為 CPU 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁。且這些模塊應(yīng)具有較好的抗干擾能力。目前，生產(chǎn)廠家已開(kāi)發(fā)出各種型號(hào)的模塊供用戶選擇。對(duì)于輸入 /輸出模塊有：數(shù)字量輸入 /輸出模塊，開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出模塊，模擬量輸入 /輸出模塊，交流新號(hào)輸入 /輸出模塊， 220V交流輸入 /輸出模塊。還有智能模塊，它本身帶 CPU，存儲(chǔ)器和監(jiān)控系統(tǒng)，可獨(dú)立完成各種運(yùn)算。智能模塊的種類很多，如高速計(jì)數(shù)模塊， PID調(diào)節(jié)的模擬量控制模塊，閥門(mén)控制模 塊，智能存儲(chǔ)模塊和智能 I/O模塊。 （ 3）電源模塊 該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供 CPU存儲(chǔ)器所需的直流電源，是整個(gè) PLC系統(tǒng)的能源供給中心。它的好壞直接影響到 PLC的功能和可靠性。目前，大多數(shù) PLC采用高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，與普通電源相比， PLC的電源工作穩(wěn)定性好，抗干擾能力也強(qiáng)。有些機(jī)器的電源除了供內(nèi)部電路使用外，還向外提供 24VDC的穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器的需要，這樣就避免了因外部電源不合格而引起的外部故障。 I/O電路 PLC的基本功能就是控制，它采集被控對(duì)象的各種信號(hào)。 經(jīng)過(guò) PLC 處理后，通過(guò)執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)控制。輸入電路就是被控對(duì)象（需要進(jìn)行控制的機(jī)器，設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程）進(jìn)行檢測(cè)，采集，轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺(tái)上的按鈕，開(kāi)關(guān)等也可以向 PLC送控制指令。輸出電路的功能就是接受 PLC輸出的控制信號(hào)，對(duì)被孔對(duì)象執(zhí)行控制任務(wù)。 PLC外圍設(shè)備 PLC的外圍設(shè)備很多，但基本功能不外乎對(duì)信息和數(shù)據(jù)的處理。常用的有編程器，湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 可編程終端，打印機(jī)，條碼讀入機(jī)等等。編程器 PLC的重要外圍設(shè)備之一，它可以將用戶編寫(xiě)的程序送到 PLC的用戶程序存儲(chǔ)器。因此，它的主要任務(wù)是輸入程序，調(diào) 試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程?？删幊探K端是具有 I/O功能的 PLC人機(jī)界面產(chǎn)品。人可以通過(guò)觸摸屏幕將信息輸入 PLC中同樣可編程終端也可以將 PLC的輸入數(shù)據(jù)和信息顯示在屏幕上。 軟件的組成 PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是系統(tǒng)軟件，應(yīng)用軟件，編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件幾個(gè)部分組成。 PLC系統(tǒng)軟件與工作過(guò)程 PLC系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持西， PLC 對(duì)用戶程序進(jìn)行逐條的解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開(kāi)始新的一輪掃描。 PLC的這種工作方式 就稱之為循環(huán)掃描。 值得注意的是在繼電器控制系統(tǒng)中，一個(gè)繼電器的線圈被接通或斷開(kāi)，繼電器的所用觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)）都會(huì)立即動(dòng)作。但在 PLC中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所用只有掃描到 ” 線圈 ” 的觸點(diǎn)時(shí)，才會(huì)動(dòng)作，沒(méi)有掃描到時(shí)，觸點(diǎn)就不會(huì)動(dòng)。并且 PLC掃描一次用戶程序的時(shí)間即掃描周期與擁護(hù)程序的長(zhǎng)短和掃描速度有關(guān)，一般為 1ms至幾十毫秒?，F(xiàn)以 OMRONP 型機(jī)為例來(lái)說(shuō)明 PLC掃描的工作過(guò)程，如上圖在沒(méi)有掃描之前， PLC首先應(yīng)保證自身的完好性。接通電源之后，為消除各元件狀態(tài)的隨機(jī)性，進(jìn)行清零或復(fù) 位處理，檢查 I/O單元連接是否正確，再執(zhí)行一段程序。使它涉及到各種指令和內(nèi)存單元，如果執(zhí)行的時(shí)間不超過(guò)規(guī)定的時(shí)間范圍，則證明自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。上述操作完成后，將時(shí)間監(jiān)視定時(shí)復(fù)位，才允許掃描用戶程序。 公共操作公共操作是在每次掃描程序前又一次自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了報(bào)警顯示燈亮之外，還判斷故障性質(zhì)。一般性故障，只報(bào)警不停機(jī)，等待處理；對(duì)于嚴(yán)重故障，則停止運(yùn)行用戶程序，此時(shí) PLC切斷一切輸出。 I/O數(shù)據(jù)輸入 /輸出操作有的稱為 I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一是采樣輸入信號(hào)（即刷新輸入狀態(tài)的 內(nèi)容）；二是送出處理結(jié)果（即按輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路）。 ① 輸入映象存儲(chǔ)器及刷新。由上圖所示可知送入 PLC端子上的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)電隔離，電平轉(zhuǎn)換，濾波處理后，進(jìn)入緩沖器內(nèi) CPU的采樣。在 PLC的存儲(chǔ)器有一個(gè)專門(mén)存放 I/O數(shù)據(jù)區(qū)，其中對(duì)應(yīng)輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，稱之為輸入映象存儲(chǔ)器。當(dāng) CPU采樣時(shí)，輸入信號(hào)由緩沖區(qū)進(jìn)入映象區(qū)。接著就是數(shù)據(jù)輸入或輸出狀態(tài)刷新。 只有在采樣刷新的時(shí)刻，輸入映象存儲(chǔ)器中的內(nèi)容才與輸入信號(hào)（不考慮電路固有的慣性和濾波滯后影響）一致，其他時(shí)間范圍輸入信號(hào)變化是不會(huì)影 響映象存儲(chǔ)器湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的內(nèi)容的。由于 PLC掃描周期一般只有幾十毫秒，所以兩次采樣時(shí)間很短，對(duì)一般開(kāi)關(guān)量來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為沒(méi)有因間斷采樣引起的誤差。即認(rèn)為輸入信號(hào)一旦變化，就能立即進(jìn)入輸入映象的存儲(chǔ)器內(nèi)。 ② 輸出映象存儲(chǔ)器及輸出狀態(tài)刷新。同樣道理， CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。按用戶程序要求及當(dāng)前輸入狀態(tài)，要保持到下次刷新為止。同樣，對(duì)于變化較慢的控制過(guò)程來(lái)說(shuō)，因?yàn)閮纱嗡⑿碌臅r(shí)間間隔和輸出電路的慣性時(shí)間常數(shù)一般才幾十毫秒，可以認(rèn)為輸出信號(hào)是及時(shí)的。 ⑶ 執(zhí)行用戶程序這里又包括監(jiān)視與執(zhí)行兩部分。 ① 監(jiān)視定時(shí)器 WDT。監(jiān)視定時(shí)器就 T1是通常所說(shuō)的 ” 看門(mén)狗 ”WDT（ WatchDogTimer），它是用來(lái)監(jiān)視程序執(zhí)行是否正常。正常時(shí)，執(zhí)行完用戶程序多用的時(shí)間不會(huì)超過(guò) T1，在程序復(fù)位 WDT，即執(zhí)行程序并開(kāi)始計(jì)時(shí)：執(zhí)行完用戶程序后立即令 WDT復(fù)位，表示程序執(zhí)行正常。當(dāng)程序執(zhí)行過(guò)程中因某種干擾使掃描失控或進(jìn)入死循環(huán)，則 WDT會(huì)發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)，使程序重新開(kāi)始執(zhí)行。如果是偶然因素造成超時(shí)，重新程序不會(huì)再遇到 ” 偶然干擾 ” ，系統(tǒng)便轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行；若由于不可恢復(fù)的確定性故障，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負(fù)載，發(fā)出故障信 號(hào)，等待處理。 ② 執(zhí)行用戶程序。用戶程序是放在用戶程序存儲(chǔ)器中的，掃描時(shí)，按順序從零步開(kāi)始，逐步解釋和執(zhí)行，直到執(zhí)行 END指令才結(jié)束對(duì)用戶程序的掃描。 應(yīng)用軟件 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是指為完成 PLC 實(shí)際控制任務(wù)而編制的各種軟件。隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平的提高， PLC應(yīng)用軟件也大大豐富起來(lái)了。 PLC應(yīng)用軟件與一般計(jì)算機(jī)信息處理軟件相比，有很大不同， PLC應(yīng)用軟件有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ⑴ 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合。生產(chǎn)工藝要求不同，控制的功能也就要求不同 ，即使是相同的生產(chǎn)過(guò)程，由于各種設(shè)備的工藝參數(shù)不一樣，控制實(shí)現(xiàn)的方式也不一樣。所以程序設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格尊守生產(chǎn)工藝的具體要求來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 ⑵ 應(yīng)用軟件與硬件緊密相關(guān)。軟件設(shè)計(jì)人員不能拋開(kāi)硬件配置和系統(tǒng)孤立地考慮軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)必須根據(jù)硬件系統(tǒng)，接口的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)。 ⑶PLC 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)甚至網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種知識(shí)。特別是 PLC網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)， PLC控制系統(tǒng)不再是一個(gè)單獨(dú)的裝置。在控制系統(tǒng)中，可能包括有多臺(tái)不同型號(hào)的 PLC，計(jì)算機(jī)，外圍設(shè)備等。因此在 進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)和處理某種控制功能都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制和通信技術(shù)。因此，應(yīng)用程序中不僅有PLC程序，還有計(jì)算機(jī)程序和通信網(wǎng)絡(luò)程序等。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 編程語(yǔ)言及編程支持工具軟件 PLC有多種編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言，助記符語(yǔ)言，邏輯功能圖語(yǔ)言，布爾代數(shù)語(yǔ)言和某些高級(jí)語(yǔ)言（ Basic， C語(yǔ)言等）。但使用廣泛的還是梯形圖語(yǔ)言和助記符語(yǔ)言?，F(xiàn)在世界上各個(gè) PLC生產(chǎn)廠家都研制了自己的 PLC編程支持工具軟件和監(jiān)控組態(tài)軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要利用這些軟件來(lái)改善軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提高編程效率。 3． 3PLC 控制系統(tǒng) 的發(fā)展趨勢(shì) PLC當(dāng)初是針對(duì)工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過(guò) 30幾年的迅速發(fā)展， PLC已不僅能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，而且還能進(jìn)行模擬量控制，位置控制。特別是 PLC的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得 PLC 如虎添翼，由單機(jī)控制向多機(jī)控制，由集中控制向多層次分布式控制系統(tǒng)發(fā)展?，F(xiàn)在 PLC的足跡已遍布了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，形成了滿足各種需要的 PLC應(yīng)用系統(tǒng)。 今后 PLC控制系統(tǒng)將朝什么方向發(fā)展呢？在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的今天，產(chǎn)品的發(fā)展取決于市場(chǎng)的需求。 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)化的要求，規(guī)模以及投資數(shù)額都不相同，存在 著不同的層次需求。從我國(guó)目前正在開(kāi)展的以高新技術(shù)帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展形式來(lái)看，我們不僅要大力發(fā)展適合于大，中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的 PLC網(wǎng)絡(luò)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)該找的性能價(jià)格比高的小型 PLC控制系統(tǒng)。所以今后PLC控制系統(tǒng)將朝著兩個(gè)方向發(fā)展：一是向小型化，微型化系統(tǒng)方向發(fā)展。作為控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備， PLC 將朝著體