【文章內(nèi)容簡介】 壓，常用的為 24V。 底板或機架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 PLC 的外部設(shè)備 外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 ： 1） 編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。 2） 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 3） 存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 4） 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器 ，輸入模擬量的 第 5 頁 共 40 頁 電位器，打印機等。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的 PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有 RS232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 當然， PLC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的， PLC 與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的 PLC 之間、 PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳功能。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，在 PLC 中用戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回到第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。 PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當 PLC 處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi) 容。在 PLC 處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映像寄存器與外界隔離， 即使輸入信號發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 程序執(zhí)行 根據(jù) PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程 序涉及到 第 6 頁 共 40 頁 輸入輸出狀態(tài)時， PLC 從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關(guān)器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。 PLC 的基本性能指標 可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概 括： 工作速度 工作速度是指 PLC 的 CPU 執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應(yīng)速度。工作速度是 PLC工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮 PLC 的多種多樣的作用。 PLC 的指令是很多的。不同的 PLC。指令的條數(shù)也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執(zhí)行的時間也不同。但各種 PLC 總有一些基本指令，而且各種的 PLC都有這些基本指令，故常以執(zhí)行一條基本指令的時間來衡量這個速度。這個時間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點微秒級。并隨著微處理器技 術(shù)的進步，這個時間還在縮短。 執(zhí)行時間短可加快 PLC 對一般輸入信號的響應(yīng)速度。從討論 PLC 的工作原理知，從對 PLC 加入輸入信號，到 PLC 產(chǎn)生輸出，最理想的情況也要延遲一個 PLC 運行程序的周期。因為 PLC監(jiān)測到輸入信號，經(jīng)運行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對輸入信號的響應(yīng)。不理想時，還要多延長一個周期。當輸入信號送入 PLC 時， PLC 的輸入刷新正好結(jié)束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期， PLC 的輸入映射區(qū)才能接受到這個新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需響應(yīng)的輸入信號，就不能接受了。對急需 處理的輸人信號延遲多長時間 PLC 能予以響應(yīng)，要另作要求。 為了處理急需響應(yīng)的輸入信號， PLC 有種種措施。不同的 PLC 措施也不完全相同，提高響應(yīng)速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關(guān)的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結(jié)束后再刷新。 第 7 頁 共 40 頁 這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應(yīng)；二是快速響應(yīng)的速度有多快。多數(shù) PLC 都可對一個或多 個輸入點作快速響應(yīng)，快速響應(yīng)時間僅幾個毫秒 ， 性能高的、大型的 PLC 響應(yīng)點數(shù)更多。 工作速度關(guān)系到 PLC 對輸入信號的 響應(yīng)速度，是 PLC 對系統(tǒng)控制是否及時的前提?？刂撇患皶r，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響應(yīng)的系統(tǒng)。這就是把工作速度作為 PLC第一指標的原因。 控制規(guī)模 控制規(guī)模代表 PLC 控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。 控制規(guī)模與速度有關(guān)。因為規(guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長 PLC 循環(huán)的時間，也必然會延長 PLC 對輸入信號的響應(yīng)。為了避免這個情況， PLC的工作速度就要快。所以，大型 PLC 的工作速度總是比小的要快。 控制規(guī)模還與內(nèi)存區(qū)的大小有關(guān)。規(guī)模 大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區(qū)。同時點數(shù)多，系統(tǒng)的存儲器輸入、輸出的信號區(qū)（輸入輸出繼電器區(qū)或稱輸入、輸出映射區(qū)）也大。這個區(qū)大，相應(yīng)地內(nèi)部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統(tǒng)存儲區(qū)。 控制規(guī)模還與輸入、輸出電路數(shù)有關(guān)。如控制規(guī)模為 1024 點，那就得有 1024 條 I/O電路。這些電路集成于 I/O 模塊中，而每個模塊有多少路的 I/O 點總是有數(shù)的。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。 控制規(guī)模還與 PLC 指令系統(tǒng)有關(guān)。規(guī)模大的 PLC 指令條數(shù)多，指令的功能也強，才能應(yīng)付對點數(shù)多的系統(tǒng)進行控制的需要。 控制規(guī)模是對 PLC 其它性能指標起著制約作用的指標；也是 PLC 劃分為微、小、中、大和特大型 組成模塊 PLC 的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把 PLC 的模塊組成當作所有 PLC 的結(jié)構(gòu)性能。 這個性能含義是指某型號 PLC 具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點。 第 8 頁 共 40 頁 一般講，規(guī)模大的 PLC，檔次高的 PLC 模塊的種類也多，規(guī)格也多，反映它的特點的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型 PLC、檔次低的 PLC模塊種類也少，規(guī)格 也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 組成 PLC的模塊是 PLC 的硬件基礎(chǔ)，只有弄清所選用的 PLC 都具有那些模塊及其特點，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的 PLC，以滿足控制系統(tǒng)對 PLC 的要求。 常見的 PLC 模塊有： CPU 模塊，它是 PLC 的硬件核心。 PLC的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來體現(xiàn)。 電源模塊，它為 PLC 運行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。 I/O 模塊，它集成了 I/O 電路，并依點數(shù)及電路類型劃分為不同規(guī)格的模塊。 內(nèi)存模塊，它主要存儲用戶程序，有的 還為系統(tǒng)提供輔加的工作內(nèi)存。在結(jié)構(gòu)上內(nèi)存模塊都是附加于 CPU模塊之中。 底板、機架模塊，它為 PLC 各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯(lián)系提供總線。若干底板間的聯(lián)系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的 PLC 都不大相同。 箱體式的 PLC還有 I/O 擴展箱體，它不含 CPU，僅有電源及 I/O 單元的功能。擴展箱體也依 I/O點數(shù)的多少劃分有不同的規(guī)格。 除上述模塊， PLC 還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如 A/D（模入）模塊、 D/A（模出）模塊、高速計數(shù)模塊、位控模塊、溫度模塊等等。這些模塊 有自己的 CPU，可對信號作預(yù)處理或后處理，以簡化 PLC 的 CPU 對復(fù)雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的 PLC，這些模塊種類多，性能也好。 通訊模塊，它接人 PLC 后，可使 PLC 與計算機，或 PLC 與 PLC 進行通訊，有的還可實現(xiàn)與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網(wǎng)絡(luò)。通訊模塊代表 PLC的組網(wǎng)能力，代表著當今 PLC 性能的重要方面。 掌握 PLC性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚 PLC 的性能。 除了模塊， PLC 還有外部設(shè)備。 第 9 頁 共 40 頁 盡管用 PLC 實現(xiàn)對系統(tǒng)的控 制可不用外部設(shè)備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對 PLC 編程，要監(jiān)控 PLC 及其所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數(shù)據(jù)等，就得使用 PLC 的外部設(shè)備。故一種 PLC 的性能如何，與這種 PLC 所具外部設(shè)備豐富與否，外部設(shè)備好用與否直接相關(guān)。 PLC 的外部設(shè)備有四大類： 編程設(shè)備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的 EX 型可編程控制器）。復(fù)雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖語編程。有的還有專用的計算機，可用其它高級語編程。編程器除了用于編程，還可對系統(tǒng)作一些設(shè)定 ，以確定 PLC 控制方式，或工作方式。編程器還可監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以進行 PLC 用戶程序的調(diào)試。 監(jiān)控設(shè)備：小的有數(shù)據(jù)監(jiān)視器，可監(jiān)視數(shù)據(jù)；大的還可能有圖形監(jiān)視器，可通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。除了不能改變 PLC 的用戶程序，編程器能做的它都能做，是使用 PLC 很好的界面。性能好的 PLC，這種外部設(shè)備已越來越豐富。 存儲設(shè)備：它用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。這些設(shè)備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。而為實現(xiàn)這些存儲，相應(yīng)的就有存卡器、磁帶機、軟驅(qū)或 ROM 寫入器，以及相應(yīng)的接口部 件。各種 PLC 大體都有這方面的配套設(shè)施。 輸入輸出設(shè)備：它用以接收信號或輸出信號，便于與 PLC 進行人機對話。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監(jiān)控器雖也可對 PLC輸入信息，從 PLC 輸出信息，但輸入輸出設(shè)備實現(xiàn)人機對話更方便，可在現(xiàn)場條件下實現(xiàn)，并便于使用。隨著技術(shù)進步，這種設(shè)備將更加豐富。 外部設(shè)備已發(fā)展成為 PLC 系統(tǒng)的不可分割的一個部分。它的情況，當然是選用 PLC必須了解的重要方面，所以也應(yīng)把它列為 PLC 性能的重要內(nèi)容。 內(nèi)存容量 PLC 內(nèi)存有用戶及系統(tǒng) 兩大部分。用戶內(nèi)存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。系統(tǒng)內(nèi)存是與 CPU 配置在一起的。 CPU 既要具備訪問這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲介質(zhì)。 用戶內(nèi)存大小與可存儲的用戶程序量有關(guān)。內(nèi)存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復(fù)雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。大型 PLC 的內(nèi)存容量 第 10 頁 共 40 頁 可達幾十 k，以至于一百多 k。系統(tǒng)內(nèi)存對于用戶，主要體現(xiàn)在 PLC 能提供多少內(nèi)部器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為 RAM。但通過運行程序進行使用時，給使用者提 供的卻實實在在有這些器件。 內(nèi)存器件種類越多，數(shù)量越多，越便于 PLC 進行種種邏輯量及模擬控制