【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 離一般不超過(guò) PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 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(yùn)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(wù) : ① 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的 用戶程序和數(shù)據(jù)； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 可編程控制器（ PLC）概況 5 ② 診斷電源、 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤 。 ③ 用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來(lái) 。 ④ PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)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(jié)果送至輸出端。 現(xiàn)代 PLC 使用的 CPU 主要有以下幾種 ： 1)通用微處理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微處理器的價(jià)格便宜， 通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 2) 單片機(jī)，如 8051 等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型 PLC 上使用，也廣泛地用于 PLC 的智能 UO模塊。 3) 位片式微處理器，如 AMD2900 系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以 4 位為一片。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行 處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種 : ① 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 :和各種計(jì)算機(jī)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(chǔ)器就是用來(lái)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(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器 ROM或 EPROM. ② 用戶程序存儲(chǔ)器 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的 RAM。由于 RAM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM作用戶程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，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(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。 ③ 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在 PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(lái)存儲(chǔ) PLC 的開關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器、計(jì)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(lái)存放各種攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 可編程控制器（ PLC）概況 6 數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來(lái)存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池 維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 I/0 單元 I/0 單元也稱為 I/0 模塊。 PLC 通過(guò) I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。 輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。通過(guò)接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí) CPU 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要 的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)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(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲(chǔ)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(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部 。對(duì)于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。 擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)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(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話， PLC 配有多種通信接口。 PLC通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過(guò)程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印 。當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí) .可將過(guò)程圖像顯示出來(lái) 。當(dāng)與其他 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制 。當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。 編程器 編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程 器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后，才能輸入。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤和發(fā)光二級(jí)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(jī)編程，也可以脫機(jī)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(guò)屏幕攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 可編程控制器（ PLC）概況 7 對(duì)話。還可以利用 PC 作為編程器， PLC 生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)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(yǔ)句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)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(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，還可以 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。現(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來(lái)，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。目前， PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類 : ① 開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 ② 工業(yè)過(guò)程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)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(yīng)的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)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(guò)程控制在冶金、化工、 熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 ③ 運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 ④ 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 ⑤ 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包括 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 可編程控制器（ PLC）概況 8 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 模塊方案的選擇與論證 9 3 可編程控制器的編程語(yǔ)言 PLC 的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、流程圖語(yǔ)言和布爾代數(shù)語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用得較多，流程圖語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。在此介 紹梯形圖語(yǔ)言和助記符語(yǔ)言的編程及其特點(diǎn)。 梯形圖語(yǔ)言 梯形圖與繼電控制的區(qū)別 梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈和功能快等結(jié)構(gòu)的圖形語(yǔ)言。對(duì)于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入 /輸出信號(hào)基本相同，控制過(guò)程等效。二者的區(qū)別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器，靠硬件連接組成控制線路，而 PLC 梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。因此， PLC 的使用具有很高的靈活性，程序修改過(guò)程非常防那個(gè)邊。如圖所示是繼電器線路圖和與其等效 PLC 的梯形圖。 X0Y1X1 Y0(b)SB1SB2 KMKM(a) 圖 等效 PLC梯形圖 圖（ a）中 SB1 為常開按鈕， SB2 為常閉按鈕， KM 為繼電器線圈。按下啟動(dòng)按鈕 SB1，繼電器 KM 的線圈通電，其常開觸點(diǎn) KM 合，由于常開觸點(diǎn) KM 與啟動(dòng)按鈕 SB1 并聯(lián)，即使松開啟動(dòng)按鈕 SB1，已經(jīng)閉合的常開觸點(diǎn) KM 仍然能使繼電器 KM的線圈通電，這個(gè)常開觸點(diǎn)稱做“自鎖”觸點(diǎn)。停止時(shí)按下停止按鈕 SB2，繼電器KM 的線圈失電。圖（ b）中 X0 為常開觸點(diǎn)， X1為常閉觸點(diǎn)， Y0 表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、 X1 信號(hào)控 制，邏輯上與圖（ a）相同，但是 SB SB2均為物理實(shí)體，而 X0、 X1 等表示的可能是外部開關(guān)（或硬開關(guān)），也可能是內(nèi)部開關(guān)或觸點(diǎn)（內(nèi)部軟繼電器觸點(diǎn)）。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 模塊方案的選擇與論證 10 梯形圖的格式 ① 梯形圖按行從上到下、每行從左到右的順序編寫。 PLC 執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。 ② 圖左、右兩邊的垂直線分別稱為起始母線和終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。 ③ 梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。這 些觸點(diǎn)可以是 PLC 的輸入觸點(diǎn)或內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，也可以是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。同一標(biāo)記的觸點(diǎn)可以反復(fù)使用，次數(shù)不限。這是因?yàn)槊恳挥|點(diǎn)的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲(chǔ)單元中，可以反復(fù)讀 /寫。傳統(tǒng)繼電器控制中的每個(gè)開關(guān)均對(duì)應(yīng)一個(gè)物理實(shí)體，故使用次數(shù)有限。這是 PLC 優(yōu)于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點(diǎn)之一。 ④ 梯形圖的最右側(cè)必須連接輸出元素。 PLC 的輸出元素用圓圈表示。機(jī)型不同，輸出元素表示有些區(qū)別。同一輸出變量只能使用一次。 ⑤ 梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸 出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。 ⑥ 程序結(jié)束時(shí)要有結(jié)束符，一般用“ END”表示。 ⑦ 利用計(jì)算機(jī)編程時(shí)，只要按梯形圖的編寫順序把邏輯行輸入計(jì)算機(jī)，按下傳給 PLC 即可。也可以將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符語(yǔ)言，經(jīng)編程器逐句輸入 PLC。 助記符語(yǔ)言 助記符語(yǔ)言是 PLC 的命令語(yǔ)句表達(dá)式。用梯形圖變成雖然直觀、簡(jiǎn)便，但要求PLC 配置較大的顯示器方可輸入圖形符號(hào)，這在有些小機(jī)型上長(zhǎng)難以滿足，故需借助助記符語(yǔ)言。應(yīng)該指出的是，不同型號(hào)的 PLC，其助記符語(yǔ)言也不同， 但其基本原理是相近的。編寫時(shí)，一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言。 基本邏輯指令系統(tǒng) 邏輯取與輸出線圈驅(qū)動(dòng)指令 LD：取指令，常用于常開觸點(diǎn)與母線連接。 LDI：取反指令，常用于常閉觸點(diǎn)與母線連接。 OUT：線圈驅(qū)動(dòng)指令，用于將邏輯運(yùn)算的結(jié)果驅(qū)動(dòng)一個(gè)指定線圈。 單個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)指令 AND：與指令。用于單個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)，完成邏輯“與”運(yùn)算。 ANI：與反指令。用于常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)，完成邏輯“與非“運(yùn)算。 觸點(diǎn)并聯(lián)指令 OR：或指令。用于單個(gè)觸