【文章內(nèi)容簡介】 接線，使控制系統(tǒng)設計及建設的周期大大縮 短了。現(xiàn)代集成電路技術的廣泛應用，功耗僅數(shù)瓦。由于 PLC 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備。使得 PLC 的重量越來越輕、功耗也越來越少。在集成電路技術和生產(chǎn)廠家越來越多的情況下， PLC 的價格也越來越低。 3 可編程控制器的應用領域 PLC 在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)的應用也越來越廣泛，主要可以歸納為以下幾類： 1）開關量的邏輯控制，可編程控制器可實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線 。 2）模擬量控制， 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 3）運動控制， PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。4）過程控制，過程控制是指對連續(xù)變化的量進行控制。如對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán) 控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。目前已廣泛應用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。 5）數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能?？梢酝瓿蓴?shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與參考值比較，完成一定的控制操作。也可以利用通訊功能傳送到其他的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型過程控制系統(tǒng)，如冶金、造紙、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6）通信及聯(lián)網(wǎng)， PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其他智能設備間的通信。隨著現(xiàn)代社會計算機技術的提高，網(wǎng)絡通訊技術的不斷發(fā)展，它也將和其他的工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)，在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。 PLC 的基本組成及各部分作用 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結構形式的不同， PLC 可分為整體式和組合式兩類。 整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構成主機。另外還有獨立的 1/0 擴展單元與主機配合使用。主機中，CPU 是 PLC 的核心， 1/0 單元是連接 CPU與現(xiàn)場設備之間的接口電路，通信接口用于 PLC與編程器和上位機等外部設備的連接。 組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 1/0 單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴展底板。 CPU 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組4 合。 中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中 的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務 : (1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤 。 (3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 。 (4) PLC 進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解 釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 。 (5) 將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸出端。 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種 :系統(tǒng)程序存儲器 :和各種計算機一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 ROM 或 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM 作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護 RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭? PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA 型 PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。工作數(shù)據(jù)存儲器 :工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在 RAM中，以適應隨機存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲 PLC 的開關量輸入 /輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用 來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 I/0 單元也稱為 I/0 模塊。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央 處理器能 5 夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時 CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件 . 電源部分 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關電源為 PLC的中央處理器、存儲器等電路提供 5V, +12V, +24V 的直流電源，使 PLC 能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對于整體 式結構的 CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部 。對于模塊式 PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個模塊中。 擴展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 通信接口 為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。 PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的 PLC 或計算機相連。當 PLC 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當與監(jiān)視器相連時 .可將過程圖像顯示出來 。當與 其他 PLC 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合性控制。 編程器 編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有 LCD 或 CRL 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用 PC 作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相 轉(zhuǎn)換。程序被下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。 PLC 的應用領域 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計6 及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建 材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類 : (1)開關量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設備，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2)工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 (即模擬量 )， PLC采用相應的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是 一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 (3)運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 (4)數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學運算 (含矩陣