【文章內容簡介】 由此可知，可編程控制器PLC的本質就是一臺為實現(xiàn)機械工業(yè)或生產過程而專門設計的、具有獨特功能的軟硬件系統(tǒng)的電子計算機。它是基于電子計算機，但不是普通的計算機，普通的計算機進行輸入輸出信息的變換，多只考慮信息的本身，信息的輸入輸出，只要人機界面友好，如使用多媒體就可以了，而PLC則重點考慮輸入輸出信息的可靠性、實時性，以及信息的實際應用，另外還必須考慮所使用的環(huán)境、便于安裝維護、抗干擾等問題。（1）PLC的組成可編程控制器PLC一般由主機、擴展單元及外設組成。主機是必不可少的，其他外設可以按照需要配置。主機由輸入、輸出和CPU三部分組成。輸入部分:PLC與生產過程相連接的輸入通道，輸入部分接受來自生產現(xiàn)場的各種信號，如限位開關、按鈕、CPU部分:PLC的核心部分，傳感器的信號等。由微處理器系統(tǒng)、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器組成，負責系統(tǒng)程序的調度、管理、運行和PLC的自診斷。主要負擔對用戶程序作出編譯解釋處理以及調度用戶目標程序運行的任務。輸出部分:PLC與生產過程相連接的輸出通道，輸出部分接收CPU的處理輸出，并轉換成被控設備所能接受的電壓、電流信號，以驅動被控設備。擴展單元主要是1/O、電源模塊、與主機的連接電纜、接口模塊。外設:最基本的外設是編程器，有的還配有可編程終端、條碼讀入器，打印機等。從編程和調試程序的角度上講，個人計算機也算是PLC的終端。編程器中央處理器（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器電源圖31 PLC硬件構成PLC的組成決定了PLC的功能，隨著技術的發(fā)展和PLC的應用范圍的擴大，PLC的組成不斷增加和完善，它的功能葉在不斷完善中。（2）PLC的工作原理及控制的實現(xiàn)最初研制生產PLC的主要目的是用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但是它們兩者的運行方式有如下區(qū)別:(1)繼電器控制裝置采用的運行方式是硬邏輯運行，也就是說，當繼電器的線圈通電或者斷電，該繼電器的所有觸點(包括常開和常閉點)在繼電器的控制電路上的任何位置都會同時動作。(2) PLC的CPU則采取的是順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或者邏輯被接通或者斷開，該線圈上的所有觸點(包括常開和常閉點)不會立即動作，必須等待掃描到該觸點時才一會動作。 當PLC投入運行后，它的工作是以循環(huán)掃描的方式來完成的，一般分為3個階段:輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期，在整個PLC的運行期間，CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 PLC的編程語言1993年國際電工委員會(IEC)正式頒布了可編程控制器國際標準IEC1311,它規(guī)范了可編程控制器的編程語言及基本元素。IEC13113規(guī)定了兩大編程語言:文本編程語言和圖形化語言。其中文本化語言包括清單指令和結構化文本語言，圖形化語言包括梯形圖語言和功能塊圖語言。至于現(xiàn)在用到的順序功能圖，該標準并沒有將它列入為編程語言中的一種，而是將它在公用元素中予以規(guī)劃。也就是說，在現(xiàn)在的編程語言中，不論在文本化語言，還是在圖形化語言中，都可以運用SFC(順序功能圖)的概念，句法和語法。IEC13113允許在同一個PLC中使用多種編程語言，這樣的話，就允許程序開發(fā)人員可以對每一個特定的任務選擇一個適合的語言來編程，還允許在同一個控制程序中不同的軟件模塊用不同的編程語言編制。IEC13113的編程語言是IEC工作組對世界范圍內的PLC廠商的編程語言進行了借鑒、分析后，在此基礎上形成的一套針對工業(yè)控制系統(tǒng)的編程控制語言。它既適合于PLC，也適合于實際的工業(yè)控制領域。對編程語言的選擇，取決于程序設計員的語言背景、所面對的控制問題及控制系統(tǒng)的結構等。IEC13113中編程語言部分規(guī)范了4種編程語言，并且定義了這些編程語言的語法和句法。這4種編程語言是:文本語言兩種(指令表語言IL和結構化文本語盲一ST)，圖形化語言兩種(梯形圖語言LD和功能模塊語言FBD)。(1)結構化文本(Structured Text)語言結構化文本語言(Structured Text)是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的高級語言，它可以追溯到Ada, Pascal和C語言。它的特點是格式自由，可以在關鍵詞和標識符之間的任何地方插入制表符、換行符和注釋。因為它對編程人員的技術要求較高，普通的技術人員無法完成，同時也不直觀，所以應用并不普及。 (2)指令表(Instruction List)語言指令語言主要是流行在歐洲和日本的一種初級語言，與匯編語言類似。IL語言由一系列指令組成。特點是一條指令占一行，指令由操作符及緊跟其后的操作數(shù)組成，可以用來調用函數(shù)的功能塊、賦值、在區(qū)段內執(zhí)行有條件或無條件的轉移。但是指令結構與一般計算機不兼容、指令結構不靈活，浪費指令存儲空間、無法適于一般領域。 (3)梯形圖(Ladder Diagram)語言梯形圖(Ladder Diagram)語言是一種源于美國的圖形化語言，是基于繼電器的梯形圖形表達式。它采用圖形化語言，沿用了繼電器的觸點、線圈的串聯(lián)等術語，并且增加了繼電器中沒有的符號。梯形圖一般由不同的階梯(Ruge )組成，每一階梯又由輸入和輸出組成。在一個階梯中，輸出指令出現(xiàn)在階梯的最右邊，輸入指令出現(xiàn)在輸出指令的左邊，當輸入指令所表示的階梯條件為真時，則執(zhí)行輸出指令，否則就不執(zhí)行輸出指令。因此，梯形圖允許在一個階梯中的輸入指令—表示梯形條件永遠為真。也允許有多個輸入指令串、并聯(lián)，其中串聯(lián)表示幾個條件“與”的關系，并聯(lián)則表示“或”的關系，但對于輸出指令可以并聯(lián)而不允許串聯(lián)，并聯(lián)表示階梯條件為真時，幾個輸出指令可一并執(zhí)行。(4)功能塊圖(Function Block Diagram)語言 FBD是一種以功能模塊為單位的圖形化方法，它用一系列相互連接的圖形塊來表達函數(shù)、功能塊和程序的行為，就如同電子電路圖一樣。但是因為每個功能模塊占用一定的空間，對每個功能模塊的執(zhí)行都占有較多的時間，通常只應用在控制規(guī)模較大，較復雜的大中型控制系統(tǒng)中。由第二章分析我們知道升降橫移式立體車庫的運行原理:利用托盤的移位產生垂直通道，通過高層車位升降來實現(xiàn)車輛的存放，托盤的移位由PLC來進行控制。該系統(tǒng)中主控單元的控制對象首先是車庫內的橫移小電機和升降大電機，控制系統(tǒng)控制它們在不同時間實現(xiàn)正反轉。其次是車庫內的各種輔助裝置，如指示燈等。為了保證托盤能橫移到預定位置、托盤能上升或下降到準確位置，采用限位開關，為了判斷托盤上有無車輛，采用了光電開關，在不同的位置有不同的功能:將接收器和發(fā)射器分別安裝在托盤底層左右兩邊的光電開關，用以檢測托盤上汽車停放是否到位。在托盤對角線上安裝的光電開關用以檢測托盤上有無車輛。裝在車位入口處左右兩側的光電開關用于檢測外界的錯誤動作和車位移動時出現(xiàn)的異常情況。如有車輛未停妥、動作區(qū)域有人或物、運行過程中有車想進入等意外情況，光電開關光線被遮，會給PLC一個電平變化信號，從而改變PLC的輸入，蜂鳴器發(fā)出長音并報警，設備停止運行。 選用按鈕控制便于操作，但對于大型車庫來說要用上位機來進行控制，同時在車庫中還運用了一些傳感器，如煙溫傳感器，以及安全預警裝置，其控制原理見圖32所示。圖32控制原理圖因控制系統(tǒng)只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，可不必再另外增加其它抗干擾措施。本系統(tǒng)對開關控制量的速度要求不高，可選用一般的可編程序控制器，其具有的自診斷功能和采用的循環(huán)掃描工作方式完全能滿足要求。本系統(tǒng)輸入端有各種開關，工作時有總開、總停按鈕和其它一些移動鍵、緊急停止按鈕，若干個信號輸入、輸出端，并有故障報警控制等?？刂栖浖捎锰菪螆D語言編寫，二層停車位對車存取可直接在對應的位置進行，一、三層停車位對車的存取流程圖如圖33所示。在程序設計中，采用了模塊化編程形式，車位運行過程中只需調用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復雜程度，方便了程序的修改，而且對于車位的拓展提供了便利的條件。當YNNYNYNY車位在層數(shù)或排數(shù)上增加時，只需就其中的一個子程序和主程序進行相應的改動，而其它的子程序基本不必改動，大大減輕了以后重新編程的任務。圖33 一、三層存取車流程圖程序可分為兩大部分，第一部分為主程序，第二部分為子程序。子程序又分為三個模塊，各模塊的作用為:(1)進行新的存取車操作之前把上層托盤復位。(2)空出上層操作托盤下的車位，使操作托盤可以下降。(3)確定運動托盤的層數(shù)并賦予相應的值。為了在試驗中將車庫的控制系統(tǒng)實現(xiàn)出來，我們采用了車庫模型來實現(xiàn)車庫的控制系統(tǒng)的模擬。應選用PLC是80點(I/0)左右的可編程控制器，用開關、燈以及按鈕來表示車庫控制系統(tǒng)中的電機、傳感器、光電開關及報警裝置等，具體如下:(1)各個車位存取車信號的輸入用按鈕來表示，存車按鈕輸入存車信號，取車按鈕輸入取車信號。(2)各層托盤的升降、橫移分別用上升、下降、左右平移指示燈表示。(3)車位托盤檢測、車輛檢測、掛鉤限位狀態(tài)用開關的常開、常閉狀態(tài)來表示。具體來說:托盤檢測開關常閉狀態(tài)表示車位有托盤，開關常開狀態(tài)表示托盤沒有復位。車輛檢測開關常閉狀態(tài)表示車位上存有車，常開狀態(tài)表示車位上沒有車。掛鉤限位開關狀態(tài)常閉表示托盤移動到位，相應電機停止運轉，常開表示托盤沒有復位，車庫對應車位沒有托盤。 PLC的主要性能指標和選型在現(xiàn)代化的工業(yè)生產設備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，以及立體車庫的自動控制等，采用可編程序控制器(PLC)來解決自動控制問題已成為最有效的方法之一。PLC主要性能指標有存儲容量、控制容量、掃描周期、指令功能及軟件支持、網(wǎng)絡與通信等幾個方面:(1)存儲容量可編程控制器的存儲容量由兩部分組成:一部分用來存放系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序是機器在出廠前廠家寫入，用戶不能改變也無法訪問的程序。另一部分是用來存放用戶程序及所需的數(shù)據(jù)。存儲容量一般是指后者，存儲器包括程序存儲器和數(shù)字存儲器，有時候，它也用梯形圖的步序來表示。在實際的應用中，用戶根據(jù)控制對象復雜程度的不同，先預估所需的容量，進而選擇機型。 (2)控制容量PLC的控制容量也就是I/O容量，也叫I/O能力，通常以離散量(數(shù)字量)個數(shù)來計算，它是表示輸入輸出J點的個數(shù)。不同的PLC有不同的I/O容量，微型PLC的控制容量一般在20點以下，而大型的PLC的I/O容量可達lOK以上。 (3)掃描周期PLC的掃描周期也稱處理器的掃描時間。機器上電后，先進行初始化工作，如復位定時器、檢查I/O組件連接等，然后在此基礎上開始進入系統(tǒng)的掃描周期。掃描周期包括:輸入掃描、程序掃描、輸出掃描和內務處理。通常，將輸入掃描和輸出掃描合稱為1/O掃描，處理器的掃描周期是I/O掃描和程序掃描周期兩者之和。 (4)指令功能及軟件支持因為歷史的原因，各廠家的PLC指令存在很大的區(qū)別，沒有哪一種編程語言是各廠家的PLC能夠相互通用的，但是梯形圖、順序功能圖、結構化文本語言還是面向一般工程技術人員的。最初的可編程控制器只是一些簡單的開關量邏輯控制器件，而且其控制數(shù)目有限，因此只有基本的輸入輸出指令及程序控制指令，編程設備也很簡陋。但是隨著科學的發(fā)展，PLC也在不停地發(fā)展，在指令功能也不斷增強的同時，開發(fā)的手段也從早期專用的編程設備轉移到了計算機上面，計算機的開發(fā)環(huán)境也從早期的DOS到現(xiàn)在的WIN95/NT上，從而使得可編程控制器的使用變得更加容易，除可編程外，還使得仿真軟件、PLC的開發(fā)、調試可以在一臺計算機上完成，這就大大縮短了應用系統(tǒng)的開發(fā)周期。因此在選用PLC的時候，不但要考慮PLC本身是否適用，還應該考慮相應的開發(fā)環(huán)境和軟件是否適用和易用。 (5)網(wǎng)絡與通信隨著計算機的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC不僅要求執(zhí)行速度快、單機的內存及I/O容量做得很大，而且網(wǎng)絡通信能力亦成為PLC一個很重要的指標。因為只有具備網(wǎng)絡通信功能的PLC才一能實現(xiàn)大范圍的遠程控制。正確、合理地設計PLC應用控制系統(tǒng)要涉及到很多方面，其中最基本的原則有以下四點:(1)完整性原則:最大限度滿足工業(yè)生產過程或機械設備的控制要求。(2)可靠性原則:確保計算機控制系統(tǒng)的可靠性。(3)經濟性原則:力求控制系統(tǒng)簡單、實用、合理。(4)發(fā)展性原則:適當考慮生產發(fā)展和工藝改進的需要，在1/O接口、通信等方面留有余地。對控制系統(tǒng)硬件的選擇主要是PLC的選擇，包括PLC機型的選擇、PLC容量的選擇和模塊的選擇三個方面。 (1) PLC機型的選擇面對眾多廠家提出的多種系列、功能各異的PLC產品，其結構、性能、價格各不相同。L匕如，三菱FX2N128MR001系列，而FX 1 ，還不到400元。因此，在選擇機型的時候，應本著在滿足控制功能原則的前提下，保證系統(tǒng)可靠、維護方便和最佳的性價比。 (2) PLC容量的選擇通常講的 PLC容量是指輸入輸出點O八的點數(shù)和用戶存儲器的容量。對于O/1點的選擇原則是應保有適當?shù)脑Ａ?，但是因為PLC的On點數(shù)與價格成正比，若留有太多的空余點，會使成本大大增加，因此在實際的應用過程中，一般是根據(jù)輸入、輸出信號的總點數(shù)，并考慮以后的擴充，選用10%15%的備用量。用戶的存儲量在滿足基本的控制要求外，一般留有10%25%的考慮裕量。 (3)模塊的選擇I/O控口模塊用