【文章內(nèi)容簡介】 5 更加滿足日益發(fā)達(dá)工業(yè)現(xiàn)代化的需求，得到了較大的認(rèn)可和發(fā)展。 可編程控制器控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn) 目前在工業(yè)上使用的眾多控制系統(tǒng)中，由于可編程控制器控制系統(tǒng)具有很好地特點(diǎn)，在工業(yè)控制收到了巨大地歡迎和應(yīng)用。 易學(xué)易用 可編程控制器的程序語言種類繁多，各有個的優(yōu)勢，其語言一般有：梯形圖語言、語句表語言、順序流程圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化文本語言。 [4]其中梯 形圖語言與電氣原理圖較為相似，對于稍微懂點(diǎn)電氣原理圖的技術(shù)人員，相對來說，是特別容易掌握和理解的。 可編程控制器的程序設(shè)計(jì)方法簡單方便，僅僅只需使用簡單開關(guān)量邏輯程序，就可以輕松地表達(dá)繼電器控制的邏輯關(guān)系，達(dá)成用可編程控制器控制系統(tǒng)替代繼電器控制系統(tǒng)的偉大壯舉。 可編程控制器具有的自診斷的功能，對應(yīng)維修維修技能不高技術(shù)人員也能較容易地進(jìn)行調(diào)試與維修，如系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過軟件自診斷和硬件自診斷，技術(shù)人員能很快找到故障的位置進(jìn)行搶救，給那些只會電氣原理圖但卻不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編程序的人員，增添便利，加快了故障的的維修進(jìn)度，減少了不必要的損失。 可靠性高 可編程控制器應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，其運(yùn)行時間長，占地面積少。其內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，先進(jìn)的濾波技術(shù)，穩(wěn)定的電源模塊系統(tǒng)，使其安全穩(wěn)定。比如MITSUBISHI 公司所生產(chǎn)的 PLCF 系列的可編程控制器平均無故障時間就達(dá)到了 28 萬小時。 [5]他具有維護(hù)容易，編程簡單，操作方便等特點(diǎn)，一般系統(tǒng)運(yùn)行操作中出錯幾率很小，就算稍有故障，也能快速排除。 功能完善 可編程控制器從傳統(tǒng)到現(xiàn)代，產(chǎn)生了形形色色、各式各樣的多種功能的產(chǎn)品。普遍應(yīng)用于工業(yè)、商場、建筑、航天、輕紡等各類地點(diǎn)的控制場所。近年來由于系統(tǒng)的功能不斷被開發(fā)，如今的可編程控制器不僅在邏輯開關(guān)方面有所建樹外，而且已經(jīng)應(yīng)用到溫 6 度控制、 PID 閉環(huán)自動控制和數(shù)控機(jī)床等控制等各種控制功能之中。新近出產(chǎn)了超小型可編程控制器，其體積和重量 比一部 寸的智能手機(jī)還要小和輕，消耗的電量也特別少。超小型的可編程控制器更方便裝配進(jìn)設(shè)備里面，且減少了設(shè)備的質(zhì)量，突破可編程控制器不能用于小型智能設(shè)備的局限。 總之，可編程控制器在自動化控制領(lǐng)域中有較高的地位，諸多優(yōu)點(diǎn)使可編程控制器控制系統(tǒng)在今后還會得到更廣泛的使用，在人類探索世界的未來，必然會往更多的領(lǐng)域發(fā)展。 可編程控制器的組成 中央處理器 (CPU) 中央處理器的分類 CPU 是可編程控制器的核心，其隨著應(yīng)用于不同環(huán)境不同領(lǐng)域又有不同分類，可按可編程控制器機(jī)型進(jìn)行分類應(yīng)用， 如表 所示。 表 中央處理器分類及應(yīng)用 機(jī)型 中央處理器類型 應(yīng)用特點(diǎn) 小型 可編程控制器 8 位通用微處理器 和單片微處理器 配置低、成本低、 滿足較低工業(yè)要求 中型 可編程控制器 16 位通用微處理器 或單片微處理器 配置高、能滿足一 般基本工業(yè)要求 大型 可編程控制器 高速位片式微處理器 配置超高、滿足的 工業(yè)特殊要求 中央處理器控制過程 中央處理器主要是由控制器、寄存器、運(yùn)算器以及他們之間的控制、數(shù)據(jù)及其狀態(tài)總線組成，再通過一層導(dǎo)熱性良好的金屬外殼將其覆蓋 。 中央處理器起神經(jīng)中樞的作用，相當(dāng)于人的大腦和心臟，他按照特點(diǎn)的程序機(jī)械地完成系統(tǒng)交于的任務(wù)。他不斷地搜羅各種輸入信號，獲取來自各方面?zhèn)鬏數(shù)男盘柡蛿?shù)據(jù)，并傳輸?shù)接诚窦拇嫫骱蛿?shù)據(jù)存儲器中儲存。通電工作后，按順序讀出存儲在程序存貯器中的程序，經(jīng)過對用戶程序剖解后再按此種程序所設(shè)定的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等輸出一定的邏輯信號。根據(jù)運(yùn)行的邏輯信號結(jié)果，刷新系統(tǒng)的輸出結(jié)果，以達(dá)成中央處理器運(yùn)行的輸出、通信和打印制表的操作 對于使用者來說，沒有必要詳細(xì)理解中央處理器里面的較為復(fù)雜的電路關(guān)系，但應(yīng) 7 該對中央處理器各元件 間的運(yùn)行關(guān)系充裕地了解與認(rèn)識。中央處理器的是根據(jù)震蕩信號控制而進(jìn)行指令的操作的，震動信號相當(dāng)于人的心臟，控制著程序運(yùn)行的運(yùn)行速度。其具體信息處理和傳送如圖 所示。 總之，研究中央處理器的組成和其與外部電路之間的信息傳送關(guān)系，對后面章節(jié)設(shè)計(jì)電梯可編程控制器控制系統(tǒng)有特別重要的意義。 圖 中央處理器與外部信息處理與傳送 I/O 模塊 I/O 模塊是分為兩部分組成的。是分為輸入模塊與輸出模塊的。輸入模塊相是專門為接收外部信號數(shù)據(jù)，而輸出模塊則是專門輸出控制的，兩者互補(bǔ)，是中央處理器與外部溝通的窗口。 輸入模塊 輸入模塊應(yīng)用于接收和輸送輸入信號，其是把電信號變?yōu)閿?shù)字信號然后輸送到可編程控制系統(tǒng)之中。其輸入信號又分為開關(guān)量輸入信號和模擬量輸入信號兩類。 [6]其具體應(yīng)用分類如表 所示。 表 輸入信號分類 輸入信號 例子 開關(guān)量輸入信號 有以按鍵、壓力繼電器、 數(shù)字拔碼開關(guān)、光電開關(guān)、 選擇開關(guān)、位置開關(guān)等開關(guān)量作為信號 模擬量輸入信號 從測速發(fā)電機(jī)、電位器、 壓力器等提供的模擬量作為信號 8 輸出模塊 輸出模塊應(yīng)用于發(fā)出和輸送輸出信號，輸出模塊是將數(shù)字信號變?yōu)檩敵鲭娦盘?，然后完成對外電路的控制的。輸出信號又分為開關(guān)量輸出信號和模擬量輸出信號兩類。其具體應(yīng)用分類如表 所示。 表 輸出模塊 輸出信號 例子 開關(guān)量輸出信號 有控制電磁繼電器、 信號燈等被控設(shè)備和器件的信號 模擬量輸出信號 有控制熱電偶、變頻器等需要 被連續(xù)變化的模擬量控制的信號 可編程控制器系統(tǒng)的其它設(shè)備 人機(jī)界面 是使用者與控制器之間信息傳遞、信息溝通、信息互動的橋梁，他達(dá)成了從信息數(shù)據(jù)的機(jī)械模式到使用者能普遍使用的簡單形式之間的轉(zhuǎn)變，使控制系統(tǒng)更容易被人們所操控。比較復(fù)雜的人機(jī)界面有液晶屏界面，較為簡單的有開關(guān)和信號燈。隨著觸摸屏的開發(fā)與應(yīng)用，觸摸式人機(jī)界面應(yīng)用更加受使用者青睞。由計(jì)算機(jī)充任的人機(jī)界面也更為廣泛使用，在不久的將來，跟隨各種技術(shù)的發(fā)展，相信會有更加適合人們使用的人機(jī)界面出現(xiàn)，使人們更為方便地與數(shù)字進(jìn)行對話交流。 編程設(shè)備 編程設(shè)備傳統(tǒng)有手持型編程器，可以通過連接信號線與可編程控制器相連，然后直接對 可編程控制器進(jìn)行編寫、寫出等功能設(shè)計(jì)程序，開始時因?yàn)轶w積小方便攜帶而被人們使用。但后面因?yàn)橹荒苡谜Z句表，沒有梯形圖那么直觀，不利于應(yīng)用于比較復(fù)雜的程序而被人們摒棄，已經(jīng)比較少使用了。現(xiàn)在一般是以計(jì)算機(jī)來充當(dāng)使用的，用計(jì)算機(jī)編程序有直觀，功能多，易移植等許多優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)場控制運(yùn)行中，編程器是沒有立刻插手控制的，只是可編程控制器在編程設(shè)計(jì)、調(diào)試檢查和系統(tǒng)參數(shù)修改等才可能會被用到。 輸入輸出設(shè)備 輸入輸出設(shè)備有打印機(jī)、帶電可擦可編程只讀存儲器、可擦除可編程只讀寄存器、可變電阻器等，其主要還是用來儲存長期性的數(shù)據(jù)。 9 電源模塊 可編程控制器電源模塊的電壓大小較為普遍是 AC 220 伏，也有部分使是 DC 24 伏。電源模塊在整個系統(tǒng)中起著充當(dāng)非常重要的角色，可編程控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的各集成電路提供穩(wěn)定的工作電源， 如果沒有一個穩(wěn)定可靠的電源系統(tǒng)，系統(tǒng)是無法正常運(yùn)行的，所以可編程控制器的廠家對電源模塊的開發(fā)要求是特別苛刻的。 底板或機(jī)架 底板或機(jī)架是可編程控制器各模塊 的骨梁，支撐起每個部分的組合，再通過控制電纜長度相連，使控制系統(tǒng)硬件更為簡潔明了。沒有他，可編程控制系統(tǒng)將會是零散的，而安裝裝配和后續(xù)的維護(hù)將會變得異常艱難。 可編程控制器的通信聯(lián)網(wǎng) 當(dāng)下幾近全部可編程控制器的新機(jī)型都具備通信聯(lián)網(wǎng)功能。它可以使可編程控制器通過遵循一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，然后與其他智能設(shè)備，進(jìn)行信息傳輸和對話。例如使用 RS232通訊，經(jīng)過同軸電纜光纜地通訊或雙絞線，可以在幾十公里的范圍內(nèi)進(jìn)行信息的交換，使跨地域也能進(jìn)行控制。 可編程控制器的工作原理 可編程控制器的工作原理是 利用周期循環(huán)掃描來進(jìn)行的。 [7]運(yùn)行期間，是通過重復(fù)三個階段來進(jìn)行的，其如圖 所示 10 圖 可編程控制器工作原理 輸入采樣階段 首先，可編程控制器掃描全部輸入的信號。然后按序地讀取各輸入信號，并將其儲存到輸入狀態(tài)寄存器里面。再而刷新了輸入狀態(tài)寄存器。這樣簡單的“三小步”就完成了輸入采樣階段。 輸入采樣處理完后，緊接著按順序進(jìn)行后面那兩個階段。在這兩個階段中，輸入狀態(tài)寄存器和外部隔絕，不受外部信號影響。盡管輸入信號或數(shù)據(jù)發(fā)生改變，輸入狀態(tài)寄存器里的信息數(shù)據(jù)也并不因此而改變。而已有變化的輸入的信號僅可在下個掃描周期的再次刷新而被讀取。 程序掃描執(zhí)行階段 在此階段，可編程控制器是逐條翻譯和執(zhí)行指令的，是有根據(jù)一定的規(guī)定有條不紊進(jìn)行的。他是根據(jù)“由上而下、由左到右”的原則，按序掃描指令和程序的。 他按照每一條指令進(jìn)行邏輯運(yùn)算，當(dāng)然，有些指令因?yàn)樘厥夤δ芏M(jìn)行特殊處理。如若遇到跳轉(zhuǎn)指令時，能夠根據(jù)是否滿足跳轉(zhuǎn)條件而實(shí)施指令的跳轉(zhuǎn)，當(dāng)滿足條件實(shí)施跳轉(zhuǎn)時，被跳轉(zhuǎn)的中間部分指令在此周期中不執(zhí)行。每條指令執(zhí)行后，更新當(dāng)前指令輸 11 出狀態(tài)或者數(shù)據(jù)在隨機(jī)存儲器中各自的數(shù)據(jù)信息。 [8]倘若程序掃描到輸入輸出狀態(tài)時，則從輸入狀態(tài)寄存器中讀出前一階段的狀態(tài)，并作為下面指令中的相應(yīng)輸入條件。從輸出狀態(tài)寄存器讀出狀態(tài)做為此刻的工作狀態(tài)，并提供給下面指令參加運(yùn)算。并且在程序中，那些分布在前邊的指令運(yùn)算輸出狀態(tài)會影響到那些分布在后 邊并且會用到前面的輸出狀態(tài)作為邏輯或者數(shù)據(jù)的指令。那些分布在后邊的指令被執(zhí)行運(yùn)算后的輸出狀態(tài)，卻得等后邊的掃描周期才能影響分布在其前邊的指令運(yùn)算。 輸出刷新階段 完成前面兩個階段后，輸出狀態(tài)寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)輸送并保存到輸出鎖存器。 [9]再通過驅(qū)動功率放大器驅(qū)動各自的負(fù)載，此刻，才是可編程控制器真實(shí)的輸出。 可編程控制器的編程語言 可編程控制器語言不像計(jì)算機(jī)匯編語言那樣隱晦難懂，他既滿足易于編寫又滿足易于調(diào)試的要求。其程序語言主要是分為兩大類和五小類的，具體其如表 所示。 表 各種編程語言分類 雖然編程語言可被歸類，但就算是同種類語言，每個制造商的編程語言也不相同，某品牌自動化企業(yè)說，當(dāng)前的還沒有一款語言是能對各家可編程控制器都兼容的?？删幊炭刂破骶幊陶Z言千篇一律，還是有以下共同特點(diǎn)的： 圖形式指令構(gòu)造 圖形式指令構(gòu)造是用不一樣的圖形符號組成指令，這樣的圖形表達(dá)方式，容易了解和編寫，對于那些具備電氣電路基礎(chǔ)的使用者能較容易地學(xué)會使用。 在某些機(jī)械設(shè)備或者生產(chǎn)線中，可編程控制器的程序里面被要求要進(jìn)行很多復(fù)雜運(yùn)算功能程序?？删幊炭刂破鞯膹S家研發(fā)者，為了讓使用者更能方便地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，使其設(shè)計(jì)為代表性符號，并賦予符號有一定的功能。使用者按照自身程序設(shè)計(jì)的要求，把這些代表性符號進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，和填入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以供于運(yùn)算，這樣就形成運(yùn)算功能。語言表達(dá)形式 編程語言 文本化編程語言 指令表和 結(jié)構(gòu)化文本 圖形化編程語言 順序功能圖、 梯形圖和功能塊圖 12 有時候符號代表功能可能并沒有很好的表示之間的關(guān)系，但是，其可以用簡單的方法記住復(fù)雜的算法，其具有便利性、直觀性等特點(diǎn)，還是很受使用者歡迎的。 簡化應(yīng)用軟件生成過程 使用可編程控制器編程語言的使用者 ，使用計(jì)算機(jī)編程軟件（如 STEP 7 MicroWIN），僅需程序?qū)崿F(xiàn)編輯就可以，其余均由計(jì)算機(jī)自己運(yùn)行。不像匯編語言和高級語言編寫程序那樣還得人為安排，這樣給計(jì)算機(jī)編程技術(shù)不高的使用者打開了方便之門。 明確的變量常數(shù) 圖形式指令結(jié)構(gòu)被賦予了特殊的邏輯關(guān)系功能，再其中填入適當(dāng)?shù)膮?shù)，是可以是參與邏輯關(guān)系中的運(yùn)算的的。如： H233， K345 等。其圖像式指令結(jié)構(gòu)中的參數(shù)范圍還有參數(shù)格式是有一定限制的，如西門子 S7CPU224XP 的程序編制中的整數(shù)相加功能指令的參數(shù) 格式是 這樣要 求的 :EN(IN):BOOL,POWER IN1(IN):INT IN2(IN):INT ENO(OUT): BOOL,POWER OUT(OUT):INT。 簡化的程序結(jié)構(gòu) 可編程控制器的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，但可以表達(dá)一些比較復(fù)雜的功能，特殊的有方框式