【文章內(nèi)容簡介】 離一般不超過 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。 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)； 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 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。 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。通用微處理器的價格便宜， 通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 2) 單片機，如 8051 等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，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立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以 4 位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結構可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行 處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。 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 : ① 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 EPROM. ② 用戶程序存儲器 :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。 ③ 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)表用來存放各種攀枝花學院本科畢業(yè)設計 2 可編程控制器（ PLC）概況 6 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)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 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換成中央處理器能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攀枝花學院本科畢業(yè)設計 2 可編程控制器（ PLC）概況 7 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 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、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與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 2 可編程控制器（ PLC）概況 8 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 4 模塊方案的選擇與論證 9 3 可編程控制器的編程語言 PLC 的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言和布爾代數(shù)語言等。其中前兩種語言用得較多，流程圖語言也在許多場合被采用。在此介 紹梯形圖語言和助記符語言的編程及其特點。 梯形圖語言 梯形圖與繼電控制的區(qū)別 梯形圖結構沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點、常閉觸點、線圈和功能快等結構的圖形語言。對于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入 /輸出信號基本相同，控制過程等效。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、定時器和計數(shù)器，靠軟件實現(xiàn)控制。因此， PLC 的使用具有很高的靈活性，程序修改過程非常防那個邊。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。按下啟動按鈕 SB1，繼電器 KM 的線圈通電，其常開觸點 KM 合，由于常開觸點 KM 與啟動按鈕 SB1 并聯(lián)，即使松開啟動按鈕 SB1，已經(jīng)閉合的常開觸點 KM 仍然能使繼電器 KM的線圈通電，這個常開觸點稱做“自鎖”觸點。停止時按下停止按鈕 SB2，繼電器KM 的線圈失電。圖（ b）中 X0 為常開觸點， X1為常閉觸點， Y0 表示輸出，其工作狀態(tài)受 X0、 X1 信號控 制，邏輯上與圖（ a）相同，但是 SB SB2均為物理實體，而 X0、 X1 等表示的可能是外部開關（或硬開關），也可能是內(nèi)部開關或觸點（內(nèi)部軟繼電器觸點）。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計 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 梯形圖中的觸點有兩種，即常開觸點和常閉觸點。這 些觸點可以是 PLC 的輸入觸點或內(nèi)部繼電器觸點，也可以是內(nèi)部繼電器、定時器 /計數(shù)器的狀態(tài)。同一標記的觸點可以反復使用，次數(shù)不限。這是因為每一觸點的狀態(tài)存入 PLC 內(nèi)的存儲單元中，可以反復讀 /寫。傳統(tǒng)繼電器控制中的每個開關均對應一個物理實體，故使用次數(shù)有限。這是 PLC 優(yōu)于傳統(tǒng)控制的優(yōu)點之一。 ④ 梯形圖的最右側必須連接輸出元素。 PLC 的輸出元素用圓圈表示。機型不同，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 程序結束時要有結束符，一般用“ END”表示。 ⑦ 利用計算機編程時，只要按梯形圖的編寫順序把邏輯行輸入計算機，按下傳給 PLC 即可。也可以將梯形圖轉化成助記符語言，經(jīng)編程器逐句輸入 PLC。 助記符語言 助記符語言是 PLC 的命令語句表達式。用梯形圖變成雖然直觀、簡便，但要求PLC 配置較大的顯示器方可輸入圖形符號，這在有些小機型上長難以滿足，故需借助助記符語言。應該指出的是，不同型號的 PLC，其助記符語言也不同， 但其基本原理是相近的。編寫時，一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉換成助記符語言。 基本邏輯指令系統(tǒng) 邏輯取與輸出線圈驅(qū)動指令 LD：取指令，常用于常開觸點與母線連接。 LDI：取反指令，常用于常閉觸點與母線連接。 OUT：線圈驅(qū)動指令，用于將邏輯運算的結果驅(qū)動一個指定線圈。 單個觸點串聯(lián)指令 AND：與指令。用于單個觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與”運算。 ANI：與反指令。用于常閉觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與非“運算。 觸點并聯(lián)指令 OR：或指令。用于單個觸