【文章內容簡介】 維修。大、中型 PLC一般采用模塊式結構。 還有一些 PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式 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。 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。 （ 1）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)。 （ 2）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、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和 比較 、數(shù)制轉換、遠程 I/O、子程 序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設中斷控制、 PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。 （ 3）高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、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)模過程控制或構成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 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。 （ 1）小型 PLC I/O點數(shù)為 256點以下的為小型 PLC。其中， I/O點數(shù)小于 64點的為超小型或微型 PLC。 （ 2）中型 PLC I/O點數(shù)為 256點以上、 2048點以下的為中型 PLC。 （ 3）大型 PLC I/O 點數(shù)為 2048 以上的為大型 PLC。其中， I/O點數(shù)超過 8192點的為超大型 PLC 。 在實際中，一般 PLC 功能的強弱與其 I/O 點數(shù)的多少是相互關聯(lián)的，即 PLC的功能越強，其可配置的 I/O點數(shù)越多。因此，通常我們所說的小型、中型、大型 PLC，除指其 I/O點數(shù)不同外，同時也表示其對應功能為低檔、中檔、高檔。 二、 可編程控制器的特 點 1. 可編程控制器的特點 （ 1）編程簡單，使用方便 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎的電氣技術人員只要很短的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學易懂。 （ 2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性 可編程序控制器產(chǎn)品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破饔密浖? 10 能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等 器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。 （ 3）功能強，擴充方便，性能價格比高 可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、 PID調節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴展單元即可，擴充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。 （ 4）控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便 可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大 量的安裝接線時間，開關柜體積縮小，節(jié)省大量的費用?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負載能力、可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿?，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。 （ 5）可靠性高，抗干擾能力強 可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設計的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司 S7200系列 PLC內部 EEPROM中， 儲存用戶原程序和預設值在一個較長時間段（ 190小時），所有中間數(shù)據(jù)可以 通過一個超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存 200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的檢測和校驗。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。 （ 6）體積小、重量輕、能耗低，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。 2. 可編程控制器 PLC與個人計算機 PC 的主要差異 （ 1） PLC工作環(huán)境要求比 PC低， PLC抗干擾能力強； （ 2） PLC編程比 PC簡單易學； （ 3） PLC設計調試周期短； （ 4） PC應用領域與 PLC不同； （ 5） PLC的輸入 /輸出響應速度慢，（一般 ms級），而 PC 的響應速度快（為微秒級）； （ 6） PLC維護比 PC容易。 3. PLC與繼電器控制的區(qū)別 PLC與繼電器控制的區(qū)別主要體現(xiàn)在：組成器件不同， PLC中是軟繼電器；觸點數(shù)量不同， PLC編程中無觸點數(shù)的限制；實施控制的方法不同， PLC是主要軟件編程控制，而繼電器控制依靠硬件連線完成。 三、 可編程控制器的應用 目前，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應用在各個工業(yè)部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍還 在不斷擴大，主要有以下幾個方面： 1. 邏輯控制 可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應用領域最為普及，包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應用。 2. 運動控制 可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用，可編程序控制器可以與變頻 11 器結合，運動控制功能 更為強大，并廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。 3. 過程控制 可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量 I/0模塊，實現(xiàn)模擬量 (Analog)和數(shù)字量 (Digital)之間的 A/D轉換和 D/A轉換，并對被控模擬量實行閉環(huán) PID（比例 積分 微分）控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有 PID閉環(huán)控制功能，此功能已經(jīng)廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)、加熱爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 可編程序控制器具有數(shù)學運算 、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以是運算的中間參考值，也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5. 構建網(wǎng)絡控制 可編程序控制器的通信包括主機與遠程 I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備 (如計算機、變頻器 )之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、 分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 當然，并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇可編程序控制器，這樣既能完成控制任務，又可節(jié)省資金。 四、 可編程控制器的發(fā)展 1. 向高集成、高性能、高速度，大容量發(fā)展 微處理器技術、存儲技術的發(fā)展十分迅猛，功能更強大，價格更便宜，研發(fā)的微處理器針對性更強。這為可編程序控制器的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。大型可編程序控制器大多采用多 CPU結構，不斷地向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。 在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的 PID指令和智能 PID模塊，某 些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應、參數(shù)自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高。 2. 向普及化方向發(fā)展 由于微型可編程序控制器的價格便宜，體積小、重量輕、能耗低，很適合于單機自動化，它的外部接線簡單，容易實現(xiàn)或組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點，在很多控制領域中得到廣泛應用。 3. 向模塊化、智能化發(fā)展 可編程序控制器采用模塊化的結構，方便了使用和維護。智能 I/O模塊主要有模擬量I/O、高速計數(shù)輸人、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路 BCD碼輸人 /輸出、模糊控制器、 PID回路控制、通 信等模塊。智能 I/O模塊本身就是一個小的微型計算機系統(tǒng)，有很強的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨工作。它們可以完成可編程序控制器的主 CPU難以兼顧的功能，簡化了某些控制領域的系統(tǒng)設計和編程，提高了可編程序控制器的適應性和可靠性。 4. 向軟件化發(fā)展 編程軟件可以對可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設置硬件的結構和參數(shù)，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數(shù)、各串行通信接口的參數(shù)等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互 轉換。可編程序控制器編程軟件有調試和監(jiān)控功能，可以在梯形圖中顯示觸點的通斷和線圈的通電情況，查找復雜電路的故障非常方便。歷史數(shù)據(jù)可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡或Modem卡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。 12 個人計算機（ PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。目前已有多家廠商推出了在 PC上運行的可實現(xiàn)可編程序控制器功能的軟件包，如亞控公司的 KingPLC?！败?PLC在很多方面比傳統(tǒng)的“硬 PLC有優(yōu)勢，有的場合“軟 PLC可能是理想的選擇。 5. 向通信網(wǎng)絡化發(fā)展 伴隨科技發(fā)展，很多工業(yè)控 制產(chǎn)品都加設了智能控制和通信功能，如變頻器、軟啟動器等。可以和現(xiàn)代的可編程序控制器通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)更強大的控制功能。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網(wǎng)，信息可以傳送到幾十公里遠的地方，通過 Modem和互聯(lián)網(wǎng)可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。 相當多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計算機加可編程序控制器的方案，通過串行通信接口或網(wǎng)絡通信模塊，實現(xiàn)上位計算機與可編程序控制器交換數(shù)據(jù)信息。組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命，很容易實現(xiàn)兩者的通信，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設計時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。國際上比較著名 的組態(tài)軟件有 Intouch、 Fix等，國內也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件 . PLC 的工作原理 （ 1） 、掃描工作原理 當 PLC運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于 CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為 PLC的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復始重復運行。 PLC的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。電器控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點不論處在控制線路的哪個位置上，都會立即同時動作；而 PLC采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點不會立即動作， 必須等掃描到該時才會動作。但由于 PLC的掃描速度快，通常 PLC與電器控制裝置在 I/O的處理結果上并沒有什么差別。 （ 2） 、 PLC掃描工作過程 PLC的掃描工作過程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內部處理、通信服務工作。整個掃描工作過程包括內部處理、通信服務、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與 CPU運行速度、PLC硬件配置及用戶程序長短有關，典型值為 1～ 100ms。 在內部處理階段，進行 PLC自檢，檢查內部硬件是否正常 ，對監(jiān)視定時器（ WDT）復位以及完成其它一些內部處理工作。 在通信服務階段， PLC 與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等。 當 PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時，只完成內部處理和通信服務工作。當 PLC處于運行（ RUN）狀態(tài)時，除完成內部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。 PLC的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并為可靠運行提供了保障。當PLC 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用， 而且還 13 可通過 CPU內部設置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于 CPU內部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)。 （ 3） 、 PLC執(zhí)行程序的過程及特點 PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段， 1．輸入采樣階段 在輸入采樣階段