【文章內(nèi)容簡介】 于開關(guān)邏輯控制。這是 PLC 最基本的應(yīng)用?？捎?PLC 取代傳統(tǒng)繼電器接觸器控制，如普通機床、數(shù)控機床電氣 PLC 控制，也可取代順序控制，如高爐上料、電梯控制、貨物存取、運輸、檢測等。總之， PLC 可用于單機、多機群控以及生產(chǎn)線的自動化控制。 (2)閉環(huán)過程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC 通過模擬量 I /O 模塊，實現(xiàn)模擬（ Analog）量和數(shù)字（ Digital）量之間的轉(zhuǎn)換，一般稱為 A\D 轉(zhuǎn)換和 D \A 轉(zhuǎn)換，這一閉環(huán)控制功能可以用 PID 子程序或?qū)Ｓ玫腜ID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐和鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力及建材等行業(yè)。 (3)數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表以及位操作等功 能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參數(shù)值進行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或者將其打印制表。 12 (4)通信聯(lián)網(wǎng)。 PLC 的通信包括主機與遠程 I/ O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、PLC 與其他智能設(shè)備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布控制系統(tǒng)。 自從美國研制出第一臺 PLC 以后，日本、德國、法國等工業(yè)發(fā)達國家相繼研制出各自的 PLC。 20 世紀(jì) 70 年代中期在 PLC 中引入了微機計算機技術(shù)，使 PLC 的功 能不斷增強，質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用日益廣泛。 1971 年日本從美國引進 PLC 技術(shù)，很快就研制出日本第一臺 DSC— 8 型 PLC。 1984年日本就有 30 多個 PLC 生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品達到 60 多種以上。西歐在 1973 年研制出第一臺 PLC，并且發(fā)展很快，年銷售增長 20%以上。目前，世界上眾多的 PLC 制造廠家中，比較著名的幾個大公司有美國 AB 公司、歌德公司、德州儀器公司、通用電氣公司，德國的西門子公司，日本的三菱、東芝、富士和立石公司等，它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的 PLC 市場。 PLC 技術(shù)已成為工業(yè)自動化 3 大技術(shù)（ PLC 技術(shù)、機 器人、計算機輔助設(shè)計與分析）支柱之一。 我國研制與應(yīng)用 PLC 起步較晚， 1973 年開始研制， 1977 年開始應(yīng)用， 20 世紀(jì) 80年代初期以前發(fā)展較慢， 20 世紀(jì) 80 年代隨著成套設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備引進了不少 PLC，如寶鋼一期工程整個生產(chǎn)線上就是使用了數(shù)百臺 PLC，二期工程使用得更多。近幾年來國外 PLC 產(chǎn)品大量進入我國市場，我國已有許多單位在消化吸收引進 PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，仿制和研制了 PLC 產(chǎn)品。例如，北京機械自動化研究所、上海起重電器廠、上海電力電子設(shè)備廠、無錫電器廠等。 目前， PLC 主要是朝著小型化、廉價化、系列化、標(biāo) 準(zhǔn)化、智能化、高速化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，這將使 PLC 功能更強、可靠性更高、使用更方便、適應(yīng)面更廣。 PLC 的基本組成 的硬件結(jié)構(gòu) PLC 型號品種繁多 ,但實質(zhì)都是一種工業(yè)控制計算機 .與通用計算機相比 ,可編程控制器不僅具有與工業(yè)過程直接相連的接口 ,而且具有更適應(yīng)于工業(yè)控制的編程語言 .可編程控制器的編程大致上主要由中央處理單元 (CPU)\存儲器 \輸入 /輸出單元 (I/O)\電源和編程器等及部分組成 .其結(jié)構(gòu)方框圖如下圖所示： 13 (CPU) CPU 是 PLC 的核心部件 ,起著控制和 運算的作用 .它能夠執(zhí)行程序規(guī)定的各種操作 ,處理輸入信號 ,發(fā)送輸出信號等 ,PLC 的整個工作過程都是在 CPU 的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的 . 2． 存儲器 用于存放系統(tǒng)程序監(jiān)控運行程序 \用戶程序 \邏輯及數(shù)字運算的過程變量及其他所有信息 .PLC 的存儲器可分為三類 : （ 1） 系統(tǒng)程序存儲器 .系統(tǒng)程序存儲器由 POM 或 EPROM 組成 ,用以固化系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序 ,對用戶程序作編譯處理 .系統(tǒng)程序由廠家編寫 ,它決定了 PLC的基本功能 ,用戶不能更改 . （ 2） 用戶程序存儲器 .用戶程序存儲器通常采用低功率的 CMOSRAM,由后備電池供電 ,在斷開電源后仍能夠保存 .目前比較先進的 PLC 采用可隨時讀寫的快閃存儲器 ,可不需要后備電池 ,斷電時存儲器的內(nèi)容也不會丟失 .在 PLC的產(chǎn)品說明書中給出的 ” 內(nèi)存容量 ” 或 ” 程序容量 ” 就是指用戶程序存儲容量 . （ 3） 數(shù)據(jù)存儲器 .數(shù)據(jù)存儲器按輸入、輸出和內(nèi)部寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等單元的定義序號存儲數(shù)據(jù)或狀態(tài) ,不同廠家出品的 PLC 有不同的定義序號 ,在PLC 斷電時能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲器區(qū)稱數(shù)據(jù)保存區(qū) . 14 3． 電源 電源包括系統(tǒng)電源 \備用電源及記憶電源 .PLC 大多使用 220V 交流電源 ,PLC 內(nèi)部的直流穩(wěn)壓單元用于為 PLC 的內(nèi)部電路提供穩(wěn)定直流電壓 ,某些 PLC 還能夠?qū)ν馓峁〥C0224V的問點電壓 ,為外部傳感器供電 .PLC一般還帶有后備電池 ,為防止因外部電源發(fā)生故障而造成 PLC 內(nèi)部主要信息意外丟失 . 4 輸入 \輸出單元 輸入 /輸出單元又稱為 I/O 接口電路 ,是 PLC 與外部被控對象聯(lián)系的紐帶與橋梁 .根據(jù)輸入 /輸出信號的不同 ,I/O 接口電路有開關(guān)量和模擬量兩種 I/O 接口電路 .輸入單元用來進行輸入信號的隔離濾波及電平轉(zhuǎn)換 。輸出單元用來對 PLC 的輸出進行放大及電平轉(zhuǎn)換 ,驅(qū)動控制對象 . 輸入單元接口是用于接收和采集現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)過程的 各類輸入數(shù)據(jù)輸出信息 (如從各類開關(guān)、操作按鈕等送來的開關(guān)量，或由電位器、傳感器提供的模擬量 )，并將其轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接收和處理的數(shù)據(jù)；輸出接口則用于將 CPU 的控制的控制信息轉(zhuǎn)換成外設(shè)備所需要的控制信號，并送到有關(guān)設(shè)備或現(xiàn)場（如接觸器、指示燈等）。 輸入單元接口電路由輸入數(shù)據(jù)寄存器、選通脈沖及電路及中斷請求邏輯電路組成。當(dāng) PLC 掃描在允許輸入階段時，發(fā)出允許中斷請求信號，選通電路選中對應(yīng)輸入數(shù)據(jù)寄存器，在允許輸入后期通過數(shù)據(jù)總線輸入數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)成批輸入至輸入映像存儲區(qū)，供 CPU 進行邏輯運算用。 通常，輸入接口電路有直流 12~24V 輸入，交流輸入，交、直流輸入三種。 I/O 接口電路大多采用光電耦合器來傳遞 I/O 信號，并實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。這可以使生產(chǎn)現(xiàn)場的電路與 PLC 的內(nèi)部電路隔離，既能有效地避免因外電路的故障而損壞 PLC，同時又能抑制外部干擾信號侵入 PLC，從而提高 PLC 的工作可靠性。 PLC 通過輸出接口電路向現(xiàn)場控制對象輸出控制信號。輸出接口電路由輸出鎖存器、電平轉(zhuǎn)換電路及輸出功率發(fā)大電路組成。 PLC 功率輸出電路有 3 種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。 （ 1） 繼電器型輸出。負(fù)載電流大于 2A，響應(yīng) 時間為 8~10ms，機械壽命大于 106 次。根據(jù)負(fù)載需要可接交流或主流電源。 （ 2） 晶體管型輸出。負(fù)載電流約為 ，響應(yīng)時間小于 1ms，電流小于 100μ A,擇 36V 以下的直流電源。 15 （ 3） 晶閘管輸出。一般采用三端雙向晶閘管輸出，其耐壓較高，帶負(fù)載能力強，響應(yīng)時間小于 1ms。但晶閘管輸出應(yīng)用較小。 5 編程器 編程器主要供用戶進行輸入、檢查、調(diào)試和編輯用戶程序。用戶還可以通過其鍵盤和顯示器去調(diào)試和顯示 PLC 內(nèi)部的一些狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控功能。一般有以下三種： （ 1） 手編程器。手編程器具有編輯、檢查和修改程序、進行系統(tǒng)設(shè)置、內(nèi)存監(jiān)控等功能，使用時與 PLC 主機相連，編程完畢就可以拔下，不但使用方便，而且一臺手編程器可供多臺主機使用。其缺點是屏幕小，只能采用助記符語言編程。手編程器分為簡易型和智能型兩種，簡易型只能聯(lián)機編程（即編程時必須與主機相連接），而智能型即可聯(lián)機編程又可脫機編程（編程時不需要與主機相連接，待程序編制 、調(diào)試好之后再輸入給主機）。手編程器適用于小型機。 （ 2） 專用編程器。 PLC 的專用編程器實際上是一臺專用的計算機，可在屏幕上用梯形圖編程，而且可以脫機編程。它的功能比較完善，能夠監(jiān)控整個程序的運行，還可以對掛在 PLC 網(wǎng)絡(luò)上的各個分站進行監(jiān)控和管理。但其價格較昂貴，且要用專門的機房，一般適用于大、中型機。 （ 3） 計算機輔助編程。許多 PLC 生產(chǎn)廠家都開發(fā)了專用的編程軟件，將 PLC 與計算機通過 RS232 通信口相連接（如果 PLC 用的是 RS422 通信口，則須另加適配器），就可以在計算機上采用各種編程語言編程并實現(xiàn) 各種功能。 的軟件結(jié)構(gòu) PLC 的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要是系統(tǒng)的管理程序和用戶指令的解釋程序，已固化在系統(tǒng)程序存儲器中，用戶不能更改。應(yīng)用軟件即用戶程序，是由用戶指令根據(jù)控制要求，按照 PLC 編程語言自行編制的程序。 由于 PLC 的設(shè)計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此各廠家生產(chǎn)的 PLC 所用的編程語言也不同，即并不是所有的 PLC 都支持全部的編程語言，但梯形圖和指令表語言卻是幾乎所有類型的 PLC 都適用的。 PLC 的梯形圖是從繼電器控制電路圖演變過來的，作為一種一、圖 形語言，它不僅形象直觀，還簡化了符號，通過豐富的指令系統(tǒng)可實現(xiàn)許多繼電器電路難以實現(xiàn)的功能， 16 充公體現(xiàn)了微機控制的特點，而且邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強、容易掌握，所以很受用戶歡迎，是目前使用最多的 PLC 編程語言。 （ 1）梯形圖與繼電控制電路原理圖區(qū)別。繼電器控制電路圖和 PLC 梯形圖對照，兩種圖的表達思想是相同的，但具體的表達方式及內(nèi)涵則有所區(qū)別。 1）在繼電控制電路圖中，每個電氣符號代表一個實際的電器或電器部件，電氣符號之間的連線表示電器部件間的連接線，因此繼電器控制電路圖表示一個實際的電路；而梯 形圖表示的不是一個實際的電路而是一個程序，圖中的繼電器并不是物理實體，可稱為“軟繼電器”，它實質(zhì)上是 PLC 的內(nèi)部寄存器，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系。 2)繼電器控制電路圖中的每一個電器的觸點都是有限的，其使用壽命也是有限的；而 PLC 梯形圖中的每個符號對應(yīng)的是一個內(nèi)部存儲單元，其狀態(tài)可在整個程序中多次反復(fù)地讀取，因此可認(rèn)為 PLC 內(nèi)部的“軟繼電器”有無數(shù)個動合和動斷觸點供用戶編程使用（且無使用壽命的限制），這就給設(shè)計控制程序提供了極大方便。 3）在繼電器控制電路中，若要改變控制功能或增減電器及觸點，就 必須改變電路，即重新安裝電器和接線；而對于 PLC 梯形圖而言，改變控制功能只需要改變控制程序。 （ 2）梯形圖構(gòu)成的基本規(guī)則如下： 1）在梯形圖中表示 PLC“軟繼電器”觸點的基本符號有兩種：一種是動合觸點，另一種是動斷觸點，每一個觸點都有一個標(biāo)號（如 X00 X002），以示區(qū)別。同一標(biāo)號的觸點可以反復(fù)地使用。 2）梯形圖中的輸出“線圈”也用符號表示，其符號如 Y00 Y002 表示輸出繼電器，同一標(biāo)號的輸出繼電器作為輸出變量只能夠使用一次。 3）梯形圖按由左至右、由上至下的順序畫出，因為 CPU 是按此順序執(zhí)行程序 的。最左邊的是起始母線，每以邏輯必須從起始母線開始畫起，左側(cè)先畫開關(guān)并注意要把并聯(lián)觸點多的畫在最左端，串聯(lián)觸點多的畫在最上端最右側(cè)是輸出變量，輸出變量可以并聯(lián)但不能串聯(lián)，在輸出變量的右側(cè)也不能有輸入開關(guān)，最右邊為結(jié)束母線。 2． 指令表語言 這種編程語言是一種與計算機匯編語言相類似的助記符編程方式，是用一系列操作指令組成的語言表控制流程描述出來，并通過編程器送到 PLC 中去的。需要指出的是不 17 同廠家的 PLC 指令語句表使用的助記符并不相同，因此，一個相同你功能的梯形圖，書寫的語句表并吧相同。 例如，下圖中所示電路如 用三菱公司 FX 型 PLC，其語句表為： 步序 操作碼（助記符） 操作數(shù)（參數(shù)） 說明 0 LD X001 邏輯行開始，輸入 X1 常開接點 1 OR Y001 并聯(lián) Y1 的自保接點 2 ANI X002 串聯(lián) X2 的常閉接點 3 OUT Y001 輸出 Y1 邏輯行結(jié)束 4 LD Y00