【文章內(nèi)容簡介】 過我們還是習(xí)慣簡稱這種裝置為 PLC。國際電工委員會(IEC) 在 1987 年 2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 ” 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 PLC 的結(jié)構(gòu)中央處理單元(CPU)PLC 的 CPU 與通用微機的 CPU 一樣，是 PLC 的核心部分，它按 PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；在 PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路；分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術(shù)運算等任務(wù)；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在 CPU 的控制下完成的。PLC 常用的 CPU 主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。存儲器存儲器（簡稱內(nèi)存） ，用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM ） 。一般在產(chǎn)品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。PLC 配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用 EPROM；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用 RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到 EPROM 中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內(nèi)容不能由用戶直接存取。因此一般在產(chǎn)品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。PLC 電源PLC 電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC 其電源的性能都是一樣的，均能對 PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負 10%(15%)之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。輸入/輸出（I/O）模塊 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁I/O 模塊是 CPU 與現(xiàn)場 I/O 設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC 提供了各種操作電平和輸出驅(qū)動能力的 I/O 模塊供用戶選用。I/O 模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。編程器 編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示 PLC 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與 CPU 聯(lián)系，完成人機對話。編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與 PLC 連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠離 PLC 插到現(xiàn)場控制站的相應(yīng)接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)的編程語言和方法也較多。圖 PLC 結(jié)構(gòu)圖 PLC 的特點 可靠性高，抗干擾能力強 　　PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 硬件配套齊全，功能完善，適用性強 　　PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，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)。PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC 有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用 工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造 　　PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備 [4]。 PLC 的基本功能邏輯控制功能邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是 PLC 的最基本功能之一。PLC 設(shè)置有“與” （AND） 、 “或” （OR） 、 “非” （NOT）等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照指定的邏輯進行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、電機等） 。定時控制功能定時控制功能是 PLC 的最基本的功能之一。PLC 中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。計數(shù)控制功能計數(shù)控制功能是 PLC 的最基本功能之一。PLC 為用戶提供了許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號（計數(shù)值到） ，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁數(shù)據(jù)處理功能PLC 大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作?；芈房刂乒δ苡行?PLC 具有 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換功能，可以方便地完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。監(jiān)控功能PLC 設(shè)置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可對 PLC 有關(guān)部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器，可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護提供了極大的方便。停電記憶功能PLC 內(nèi)部的部分存儲器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等） ，以保證斷電后這部分存儲器中的信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持 PLC 斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC 電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。故障診斷功能PLC 可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴(yán)重錯誤則自動中止運行。PLC 的故障自診斷功能，大大提高了 PLC 控制系統(tǒng)的安全性和可維護性。 PLC 軟件系統(tǒng)PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機。編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言。診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，并固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預(yù)。 用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序，用以 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁實現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器鍵入到 PLC 內(nèi)存。小型 PLC 的用戶程序比較簡單，不需要分段，而是順序編制的。大中型 PLC 的用戶程序很長，也比較復(fù)雜，為使用戶程序編制簡單清晰，可按功能結(jié)構(gòu)或使用目的將用戶程序劃分成各個程序模塊。按模塊結(jié)構(gòu)組成的用戶程序，每個模塊用來解決一個確定的技術(shù)功能，能使很長的程序編制得易于理解，還使得程序的調(diào)試和修改變得很容易。 PLC 的發(fā)展趨勢由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性，PLC 的發(fā)展方向如下： 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大：I/O 點數(shù)達 14336 點、32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛 。不斷加強通訊功能 。新器件和模塊不斷推出高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O 模塊、高速計數(shù)模塊、遠程 I/O 模塊等專用化模塊。編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化，有各種簡單或復(fù)雜的編程器及軟件，用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統(tǒng) 。發(fā)展容錯技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。 西門子 S7300 軟件概述 西門子 S7300 系列 PLC 的一般特性S7300 由多種模塊部件組成，各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計更加靈活，滿足不同的應(yīng)用需求。S7300 有各種不同性能檔次的 CPU 可供使用。S7300 的指令集包含 350 多條指令，包括了位指令，比較指令，定時指令，計數(shù)指令，整點和浮點數(shù)運算指令等。S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用?？煽啃愿撸垢蓴_能力強 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁　　，連接線路比較繁雜，且觸點通斷時有可能產(chǎn)生電弧和機械磨損，影響其壽命，可靠性差。PLC 中采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路，比機械觸點繼電器的可靠性要高。在硬件和軟件設(shè)計中都采用了先進技術(shù)以提高可靠性和抗干擾能力。比如，繼電器，只剩下少量的 I／O 硬件，將觸點因接觸不良造成的故障大大減小，提高了可靠性；所有礬）接口電路都采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路進行電氣隔離；增加自診斷、糾錯等功能，使其在惡劣工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的可靠性、抗干擾能力提高了?！? 靈活性好，擴展性強　　繼電接觸器控制系統(tǒng)由繼電器等低壓電器采用硬件接線實現(xiàn)，連接線路比較繁雜，而且每個繼電器的觸點數(shù)目有限，當(dāng)控制系統(tǒng)功能改變時，需改變線路的連接，所以、擴展性差；而由 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)，只需在 PLC的端子上接入相應(yīng)的控制線即可，減少了接線，當(dāng)控制系統(tǒng)功能改變時，有時只需編程器在線或離線修改程序，就能實現(xiàn)其控制要求。PLC 內(nèi)部有現(xiàn)成大量的編程元件，能進行邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能，若元件不夠時，只需加上相應(yīng)的擴展單元即可，因此 PLC 控制系統(tǒng)的靈活性好，擴展性強?！? 控制速度快，穩(wěn)定性強　　繼電接觸器控制系統(tǒng)是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)控制的，其觸點的動斷速度一般在幾十毫秒，影響控制速度，有時還會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。PLC 控制系統(tǒng)由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)，響應(yīng)速度快，一般執(zhí)行一條用戶指令只需幾微秒，PLC 內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，不會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。延時調(diào)整方便，精度較高　　繼電接觸器控制系統(tǒng)的延時控制是通過時間繼電器來完成的，而時間繼電器的延時調(diào)整不方便，且易受環(huán)境溫度和濕度的影響，延時精度不高。PLC 控制系統(tǒng)的延時是通過內(nèi)部時間元件來完成的，不受環(huán)境溫度和濕度的影響，定時元件的延時時間只需改變定時參數(shù)即可調(diào)整，因此其定時精度較高?！? 系統(tǒng)設(shè)計安裝快，維修方便　　繼電接觸器實現(xiàn)一項控制工程，其設(shè)計、施工、調(diào)試必須依次進行，周期長，維 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁修比較麻煩。PLC ，使安裝接線工作量減小，現(xiàn)場施工與控制程序的設(shè)計還可同時進行，周期短、調(diào)試快。PLC 具有完善的自診斷、數(shù)據(jù)存儲及監(jiān)視功能，對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點的狀態(tài)均有顯示，若控制系統(tǒng)有故障時，工作人員通過它即可迅速查出故障原因，及時排除故障 [7]。