【文章內容簡介】 自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如明勇和家庭自動化的應用也得到迅速的發(fā)展。PLC依然處于不斷的發(fā)展之中，器功能不斷增強，更加開放，它不但是單片自動化中應用最廣的控制設備，在大興工業(yè)網絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位，PLC應用面之廣、普及程度之高，是其他計算機控制設備無法比擬的。國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標準草案第3稿中，對PLC作了如下定義：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P設備，都應按易于使工業(yè)系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！睆纳鲜龆x可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)計算機，除了能完成各種的控制功能外，還有與其他計算機通訊聯網的功能。 PLC的組成PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖11）。PLC的特殊功能模塊用來完成特殊的任務。 圖21 PLC的組成CPU模塊主要有微處理器）CPU芯片和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當認得大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來存儲程序和數據。S7200將CPU模塊簡稱為CPU。2. I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，它們相當于人們的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥號開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用來控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC外部的輸入、輸出電路的電源電壓較高，例如DC 24V和AC 220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU 模塊中的元器件，或使PLC不能正常共作。在I/O模塊中，用光耦合器，光敏晶閘管、小型繼電器等期間來隔離PLC的內部電路和外部的I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離的作用。3. 編程器編程器用來生成用戶程序，并用它來編程、檢查、修改用戶程序，事件用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編程指令表程序，因此又叫做指令編程器。；它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現場調試和維護。使用編程軟件可以再計算機屏幕上生成和編輯梯形圖或指令表程序，并且可以實現不同程序語言之間的相互轉換。程序被編譯后下載到PLC，也可以講PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網絡或電話線，還可以實現遠程編程和傳達。PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內部的開關電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。 PLC的主要特點一、抗干擾能力強，可靠性高PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設計，具有很高的可靠性。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信息調理電路；在機構上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數字濾波等干擾和故障診斷措施。所有這些使PLC具有較高的抗干擾能力，因此穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力強。與繼電器接觸裝置和通用計算機相比，PLC更能試用工業(yè)現場較為惡劣的生產環(huán)境。二、控制系統(tǒng)機構簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLC的端子上接入相應的輸入/輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。當控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入/輸出組件和應用軟件的不同。PLC的輸入/輸出可以直接與交流220V、直流24V等強電相連，并有較強的帶負載能力。三、編程簡單，易于使用PLC是面向用戶的設備，PLC的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在短時間內學會。四、功能完善現代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數、步進控制功能，還能完成A/D轉換、D/A轉換、模擬量處理、高速計算、聯網通信等功能，可以通過上位計算進行顯示、報警、記錄，進行人機對話，使控制水平大為提高。因此，PLC具有極強的適用性，能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應用最廣的自動化設備。五、體積小、維護操作方便PLC體積小，質量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控。 PLC的工作原理PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC得輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后PLC要反復不停地分階段處理各種不同的任務（見圖21），這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。1）讀取輸入在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出映像過程寄存器。在讀取輸入階段，PLC把所有外部數字量輸入電路的1/0狀態(tài)讀入輸入過程影響寄存器。外接的電路閉合時，對應的輸入過程映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應的 輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入電路斷開時，對應的輸入過程映像寄存器為0狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入點的常開觸點斷開，常閉觸點接通。2）執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在RUN模式的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉指令，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器獨處其I/O狀態(tài)，并根據指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結果寫入到相應的映像寄存器中，因此，各映像寄存器的內容隨著程序的執(zhí)行而變化。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)，也不會隨之改變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時，對輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實際的I/O點。這樣做有以下好處：在整個程序執(zhí)行階段，各輸入點的狀態(tài)點是固定不變的，程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點，使系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀寫I/O點得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。3）通信處理在處理通信請求階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，咋適當的時候將信息傳送給通信請求方。4）CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和拓展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。5）改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一位的線圈“通電”時，對應的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)，信號經輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出點的線圈“斷電”，對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。當CPU的操作模式從RUN變?yōu)镾TOP時，數字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當時的狀態(tài)，默認的設置是將數字量輸出清零。6）中斷程序的處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時，cpu停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高PLC對某些事件的響應速度。7）立即I/O處理在程序執(zhí)行過程在使用立即I/O指令可以直接存取I/O點。用立即I/O指令讀輸入點的值時，相應的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令來改寫輸出點時，相應的輸出過程映像寄存器的值被更新StopRUN 圖22 PLC典型的掃描方式