【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /輸入功能，并且能直接以階梯圖符號(hào)進(jìn)行程序之編寫。這項(xiàng)新技術(shù)的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。日本在1971年從美國引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并很快研制成功了自己的DCS8可編程邏輯控制器，德、法在1973年至1974年間也相繼有了自己的該項(xiàng)技術(shù)。中國則于1977年研制成功自己的第一臺(tái)可編程邏輯控制器，但是使用的微處理器核心為MC14500。1970年代中期，PLC功能加入遠(yuǎn)距通訊、模擬輸出輸入、NC 伺服控制等技術(shù)。80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%這個(gè)是指PLC的生產(chǎn)增長(zhǎng)率還是使用的增長(zhǎng)率？。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。21世紀(jì)，PLC將會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。[2] PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC其實(shí)也是一種計(jì)算機(jī)，專攻于工業(yè)控制方面，其硬件結(jié)構(gòu)如下圖21所示。圖不能使用復(fù)制的圖，自己畫圖。21 PLC硬件結(jié)構(gòu)2．3．1 中央處理單元(CPU)PLC中的CPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)劃的暫存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路，與個(gè)人電腦一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的資料、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有周邊芯片、總線界面及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。[3]2．3．2 存儲(chǔ)器PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：[4]PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲(chǔ)器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲(chǔ)的內(nèi)容。EPEROM為可電擦除只讀存儲(chǔ)器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器還有E2PROM寫錯(cuò)了、FLASH等。用戶程序存儲(chǔ)器:[5]用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)長(zhǎng)期使用。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:PLC運(yùn)行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲(chǔ)區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長(zhǎng)期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持RAM中的內(nèi)容。2．3．3 輸入/輸出PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種輸入/輸出模組與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模組規(guī)格及數(shù)量，I/O模組可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入單元是用來連結(jié)擷取輸入元件的信號(hào)動(dòng)作并透過內(nèi)部總線將資料送進(jìn)內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動(dòng)程序指令部分。PLC輸入模組PLC系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入模組產(chǎn)品的選擇端視需要被監(jiān)測(cè)的輸入信號(hào)位準(zhǔn)而定。來自不同類型被監(jiān)測(cè)的傳感器與流程控制之變量信號(hào)，可以涵蓋從177。10mV至177。10V的輸入信號(hào)范圍。輸出單元是用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的接口，主要原理是由CPU處理以書寫在PLC里的程序指令，判斷驅(qū)動(dòng)輸出單元在進(jìn)而控制外部負(fù)載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣（油）壓閥等。PLC輸出模組在工業(yè)環(huán)境中用來控制制動(dòng)器、氣閥及馬達(dá)等的PLC系統(tǒng)模擬輸出范圍包括177。5V、177。10V、0V到5V、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。[6]2．3．4 編程器編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。編程器有簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器兩種。簡(jiǎn)易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程。目前PLC制造廠家大都開發(fā)了計(jì)算機(jī)輔助PLC編程支持軟件，當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)安裝了PLC編程支持軟件后，可用作圖形編程器，進(jìn)行用戶程序的編輯、修改，并通過個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信接口實(shí)現(xiàn)用戶程序的雙向傳送、監(jiān)控PLC運(yùn)行狀態(tài)等。[7]2．3．5 電源PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡(jiǎn)化外圍配置。[8] PLC的運(yùn)作方式PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，大致如下圖22所示。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)