【文章內(nèi)容簡介】 造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （ 1） 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn) 邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及 自動化 流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （ 2） 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換 。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A轉(zhuǎn)換模 塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （ 3） 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置 傳感器 和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、 機器人 、電梯等場合。 （ 4） 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，第 12 頁 共 47 頁 PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 （ 5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、 函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （ 6） 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠 自動化 網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 [12]。 PLC 的分類 及 組成 PLC 的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O 點數(shù)的多少等進行大致分類。 （ 1） 按 結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和 模塊 式兩類。 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O接口、與 I/O 擴展單元相連的擴展口 ， 以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊 功能 單元，如模擬量單元、位置控制單元等 ，使其 功能 得以擴展。 模塊 式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的 模塊 ，如 CPU 模塊 、第 13 頁 共 47 頁 I/O 模塊 、電源 模塊 （有 的含在 CPU 模塊 中）以及各種 功能模塊 。 模塊 式 PLC 由框架或基板和各種 模塊 組成。 模塊 裝在框架或基板的插座上。這種 模塊 式 PLC 的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型 PLC 一般采用 模塊 式結(jié)構(gòu)。 還有一些 PLC 將整體式和 模塊 式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的 模塊 ，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各 模塊 可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧 [13]。 （ 2） 按 功能 分類 根據(jù) PLC 所具有的 功能 不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。 低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本 功能 ，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等 功能 。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的 功能 外，還具有較強的模擬量輸入 /輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程 I/O、子 程序 、通信聯(lián)網(wǎng)等 功能 。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID 控制等 功能 ，適用于復雜控制系統(tǒng)。 高檔 PLC 除具有中檔機的 功能 外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊 功能 函數(shù)的運算、制表及表格傳送 功能 等。高檔PLC 機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng) 功能 ，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化 [14]。 （ 3） 按 I/O 點數(shù)分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。 小型 PLC—— I/O 點數(shù) 256 點；單 CPU、 8位或 16 位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。 中型 PLC—— I/O 點數(shù) 256～ 2048 點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2～ 8K。 大型 PLC—— I/O 點數(shù) 2048 點；多 CPU， 16 位、 32 位處理器 ，用戶存儲器容量 8～ 16K。 PLC 的 組成 PLC 的基本結(jié)構(gòu)主要由 3 部分組成：中央處理器 CPU、 存儲器系統(tǒng)的 ROM 和第 14 頁 共 47 頁 RAM 等 、 系統(tǒng)的輸入 /輸出模塊 。 系統(tǒng)內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。其中， CPU 是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備與 CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。 對于整體式 PLC，所有部件都裝在同一機殼內(nèi)；對于模塊式 PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或?qū)к壣?。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進 行配置與組合。 （ 1） 中央處理單元（ CPU） 同一般的微機一樣， CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞作用 。 PLC 中所配置的 CPU隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如 Z80、 808 80286 等）、單片微處理器（如 803 8096 等）和位片式微處理器 (如 AMD29W 等 )。 每套 PLC 至少有一個 CPU，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接受并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的張臺和數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從 用戶程序存儲器中逐條讀出指令，經(jīng)分析后 再 按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)他們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用存儲程序和數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算， 再 控制 行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存 儲運算中的結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 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， I/O 數(shù)量，因此限制著控制規(guī)模。 （ 2） 存儲器 存儲器主要有兩種：一種是可讀 /寫操作的隨機存儲器 RAM，另一種是只讀存儲器 ROM、 PROM、 EPROM 和 EEPROM。在 PLC 中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠家編寫的，和 PLC 的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、第 15 頁 共 47 頁 命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC 運行的平臺。系統(tǒng)程序關(guān) 系到 PLC 的性能，而且在 PLC 使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用戶不能訪問和修改。 用戶程序是隨 PLC 的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于 CMOS 靜態(tài) RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對 RAM 中程序的破壞，當用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲器EPROM 中。現(xiàn)在有許多 PLC 直接采用 EEPROM 作為用戶存儲器。 工作數(shù)據(jù)是 PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在 RAM 中，以適應隨機存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運行情況確定的。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持數(shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當 PLC 提供的用戶存儲器容量不夠用，許多 PLC 還提供有存儲 器擴展功能。 （ 3） 輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元通常也稱 I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件 。 PLC 通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC對被控制對象進行控制的依據(jù) ； 同時 PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的 [15]。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而 PLC 內(nèi)部 CPU的處理的信息只能是標準電平，所以 I/O 接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。 I/O 接口一般都具有光電隔離和濾波功能，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，工作狀況直觀，便于維護。 PLC 提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的 I/O 接口，有各種各樣功能的 I/O 接口供用戶選用。 I/O 接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分第 16 頁 共 47 頁 （ 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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或 0 和 1）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。 常用的開關(guān)量 輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出接口可驅(qū)動交流或直流負載，但其響應時間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應速度快，動作頻率高 。 但前者只能用于驅(qū)動直流負載，后者只能用于交流負載。 模擬量按信號類型分，有電源型（ 420mA， 020mA）、電壓型（ 010V， 05V， 1010V）等； 按精度分，有12bit,14bit,16bit 等。 PLC 的 I/O 接口所能接受的輸入信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為 PLC 輸入 /輸出（ I/O）點數(shù)。 I/O 點數(shù) 是選擇 PLC 的重要依據(jù)之一。當系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)不夠時，可通過 PLC 的 I/O 擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。 除了上述通用 的 I/O 外，還有特殊的I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊 [16]。 PLC 的其它組成部分 （ 1） 電源 PLC 配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比， PLC 電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值 177。15% 的范圍內(nèi)波動。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。 （ 2） 通信接口 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 通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其它 PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。 PLC 與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其它 PLC 連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂啤Ｅc計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠程 I/O 系統(tǒng)也必須配備相應的通信接口模塊。 （ 3） 智能接口模塊 智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以第 17 頁 共 47 頁 及與 PLC 系統(tǒng)總線相連的接口。它作為 PLC 系統(tǒng)的一個模塊 ， 通 過總線與 PLC 相連，進行數(shù)據(jù)交換 ， 并在 PLC 的協(xié)調(diào)管理下獨立地進行工