【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為 PLC 內(nèi)部電路需要的工作電源（直流 5 伏、正負(fù) 12 伏、 24 伏），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供 24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用），而驅(qū)動(dòng) PLC 負(fù)載的電源由用戶提供。 輸入輸出接口電路 輸入輸出接口電路實(shí)際上是 PLC 與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。輸入輸出接口電路要有良好的電隔離和濾波作用。 1. 輸入接口電路 由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到 PLC輸入 接口電路上，為防止由于觸點(diǎn)抖動(dòng)或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。 如圖 12 所示，輸入 接口電路提高抗干擾能力的方法主要有： （ 1）利用光電耦合器提高抗干擾能力。 光電耦合器工作原理是：發(fā)光二極管有驅(qū)動(dòng)電流流過時(shí)，導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管接收到光線，由截止變?yōu)閷?dǎo)通，將輸入信號(hào)送入 PLC 內(nèi)部。光電耦合器中的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)元件，要有足夠的能量才能驅(qū)動(dòng)。而干擾信號(hào)雖然有的電壓值很高，但能量較小，不能使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，所以不能進(jìn)入 PLC 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了電隔離。 （ 2）利用濾波電路 提高抗干擾能力。 最常用的濾波電路是電阻電容濾波，如圖 12 中的 R C 。 圖 12 中， S 為輸入開關(guān)，當(dāng) S 閉合時(shí)， LED 點(diǎn)亮，顯示輸入開關(guān) S 處于接通狀態(tài)。光電耦合器導(dǎo)通，將高電平經(jīng)濾波器送到 PLC 內(nèi)部電路中。當(dāng) CPU在循環(huán)的輸入階段鎖入該信號(hào)時(shí)，將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置 1；當(dāng) S 斷開時(shí)，則對(duì)應(yīng)的映像寄存器狀態(tài)置 0。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 7 根據(jù)常用輸入電路電壓類型及電路形式不同，可以分為干接點(diǎn)式、直流輸入式和交流輸入式。輸入電路的電源可由外部提供，有的也可由 PLC 內(nèi)部提供。 2. 輸出接口電路 根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件不 同可將輸出接口電路分為三種： （ 1）小型繼電器輸出形式，如圖 13 所示。這種輸出形式既可驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍比較寬，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)作速度較慢，動(dòng)作次數(shù)（壽命）有一定的限制。建議在輸出量變化不頻繁時(shí)優(yōu)先選用。 圖 13 所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 1 時(shí)，使繼電器 K 的線圈通電，產(chǎn)生電磁吸力，觸點(diǎn)閉合，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮 LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 0 時(shí)，使繼電器 K 的線圈無電流，觸點(diǎn)斷開，則負(fù)載斷電，同時(shí) LED 熄滅 ，表示該路輸出點(diǎn)無輸出。 （ 2）大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式，如圖 14 所示。這種輸出形式只可驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。它的優(yōu)點(diǎn)是可靠性強(qiáng)，執(zhí)行速度快，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是過載能力PLC的應(yīng)用與發(fā)展 8 差。適合在直流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。 圖 14 所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 1 時(shí)，光電耦合器 T1 導(dǎo)通，使大功率晶體管 VT 飽和導(dǎo)通，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮 LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 0 時(shí)，光電耦合器 T1 斷開，大功率晶體管 VT截止，則負(fù)載失電， LED 熄滅，表示該路輸出點(diǎn)無輸出。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載，VT 關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn) 生較高的反電勢(shì)， VD 的作用是為其提供放電回路，避免 VT 承受過電壓。 （ 3）雙向晶閘管輸出形式，如圖 15 所示。這種輸出形式適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載。由于雙向可控硅和大功率晶體管同屬于半導(dǎo)體材料元件，所以優(yōu)缺點(diǎn)與大功率晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管輸出形式的相似，適合在交流供電、輸出量變化快的場(chǎng)合選用。 圖 15 所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 1 時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，無論外接電源極性如何，雙向晶閘管 T均導(dǎo)通，負(fù)載得電，同時(shí)輸出指示燈 LED 點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)對(duì)應(yīng) T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài) 為 0 時(shí)，雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號(hào)，雙向晶閘管關(guān)斷，此時(shí) LED 不亮，負(fù)載失電。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 9 3. I/O 電路的常見問題 （ 1）用三極管等有源元件作為無觸點(diǎn)開關(guān)的輸出設(shè)備，與 PLC 輸入單元的連接時(shí)，由于三極管自身有漏電流存在，或者電路不能保證三極管可靠截止而處于放大狀態(tài)，使得即使在截止時(shí)，仍會(huì)有一個(gè)小的漏電流流過，當(dāng)該電流值大于 時(shí)，就可能引起 PLC 輸入電路發(fā)生誤動(dòng)作?？稍?PLC 輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻來分流，使流入 PLC 的電流小于 。 （ 2）應(yīng)在輸出回路串聯(lián)保險(xiǎn)絲，避免負(fù)載電流過大，會(huì)損壞輸出元件或電路 板。 （ 3）由于晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在，當(dāng)驅(qū)動(dòng)不同類型的負(fù)載時(shí)，需要考慮電平匹配和誤動(dòng)等問題。 （ 4）感性負(fù)載斷電時(shí)產(chǎn)生很高的反電勢(shì)，對(duì)輸出單元電路產(chǎn)生沖擊，對(duì)于大電感或頻繁關(guān)斷的感性負(fù)載應(yīng)使用外部抑制電路，一般采用阻容吸收電路或二極管吸收電路。 編程器 編程器是 PLC 的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入 PLC 的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 常見的給 PLC 編程的裝置有手持式編程器和計(jì)算機(jī)編程方式。在可編程序控制器發(fā)展的初期，使 用專用編程器來編程。小型可編程序控制器使用價(jià)格較便宜、攜帶方便的手持式編程器，大中型可編程序控制器則使用以小 CRT 作為顯示器的便攜式編程器。專用編程器只能對(duì)某一廠家的某些產(chǎn)品編程，使用范圍有限。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令，但它有體積小，便于攜帶，可用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。 計(jì)算機(jī)的普及，使得越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供編程軟件，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 編程。利用微機(jī)作為 編程器，PLC的應(yīng)用與發(fā)展 10 可以直接編制并顯示梯形圖，程序可以存盤、打印、調(diào)試，對(duì)于查找故障非常有利。 可編程控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo) 可編程控制器的工作原理 結(jié)合 PLC 的組成和結(jié)構(gòu)分析 PLC 的工作原理更容易理解。 PLC 是采用周期循環(huán)掃描的工作方式， CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序和任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。 CPU對(duì)用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個(gè)掃描周期主要可分為： （ 1）讀輸入階段。 每次掃描周期的開始，先讀取輸入點(diǎn)的當(dāng)前值，然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。 在之后的用戶程序執(zhí)行的過程中， CPU 訪問輸入映像寄存器區(qū)域，而并非讀取輸入端口的狀態(tài)，輸入信號(hào)的變化并不會(huì)影響到輸入映像寄存器的狀態(tài)，通常要求輸入信號(hào)有足夠的脈沖寬度，才能被響應(yīng)。 （ 2）執(zhí)行程序階段。 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 按照梯形圖的順序，自左而右，自上而下的逐行掃描，在這一階段 CPU 從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié)束，程序運(yùn)行結(jié)果放入輸出映像寄存器區(qū)域。在此階段，允許對(duì)數(shù)字量 I/O 指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對(duì)中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。 （ 3）處 理通信請(qǐng)求階段。 是掃描周期的信息處理階段， CPU 處理從通信端口接收到的信息。 （ 4）執(zhí)行 CPU 自診斷測(cè)試階段。在此階段 CPU 檢查其硬件，用戶程序存儲(chǔ)器和所有 I/O 模塊的狀態(tài)。 （ 5）寫輸出階段。每個(gè)掃描周期的結(jié)尾， CPU把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字量輸出端點(diǎn)（寫入輸出鎖存器中），更新輸出狀態(tài)。然后 PLC 進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復(fù)始。 如果程序中使用了中斷，中斷事件出現(xiàn)，立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可以在掃描周期的任意點(diǎn)被執(zhí)行。 如果程序中使用了立即 I/O 指令，可以直接存取 I/O 點(diǎn)。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即 I/O 指令寫輸出點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。 可編程控制器主要技術(shù)指標(biāo) 可編程控制器的種類很多，用戶可以根據(jù)控制系統(tǒng)的具體要求選擇不同技術(shù)性能指標(biāo)的 PLC?？删幊炭刂破鞯募夹g(shù)性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面： PLC的應(yīng)用與發(fā)展 11 1. 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) 可編程控制器的 I/O 點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC 大小的一個(gè)重要的參數(shù)。 2. 存儲(chǔ)容量 PLC 的存儲(chǔ)器由系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三部分組成。 PLC 存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和，表征系統(tǒng)提供給用戶的可用資源，是系統(tǒng)性能的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。 3. 掃描速度 可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成 1 次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長(zhǎng)度和 PLC 產(chǎn)品的類型。 PLC 中 CPU的類型、機(jī)器字長(zhǎng)等直接影響 PLC 運(yùn)算精度和運(yùn)行速度。 4. 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指 PLC 所有指令的總和。可編程控制器的編程指令越多，軟件功能就越強(qiáng)，但掌握應(yīng)用也相對(duì)較復(fù)雜。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際控制要求選擇合適指令功能的可編程控制器。 5. 通信功能 通信有 PLC 之間的通信和 PLC 與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。 PLC 的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC 產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。 廠家的產(chǎn)品手冊(cè)上還提供 PLC 的負(fù)載能力、外形尺寸、重量、保護(hù)等級(jí)、適用的安裝和使用環(huán)境如溫度、濕度等性能指標(biāo)參數(shù)，供用戶參考。 可編程控制器的分類、特點(diǎn)、 可編程控制器的分類 1. 按 I/O 點(diǎn)數(shù)和功能分類 可編程控制器用于對(duì)外部設(shè)備的控制，外部信號(hào)的輸入、 PLC 的運(yùn)算結(jié)果的輸出都要通過 PLC 輸入輸 出端子來進(jìn)行接線，輸入、輸出端子的數(shù)目之和被稱作 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱 I/O 點(diǎn)數(shù)。 由 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少可將 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)分成小型、中型和大型。 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)，以開關(guān)量控制為主，具有體積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。可用于開關(guān)量的控制、定時(shí) /計(jì)數(shù)的控制、順序控制及少量模擬量的控制場(chǎng)合，代替繼電器 接觸器控制在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。 中型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024 之間，功能比較豐富，兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過程的控制。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 12 大型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上。用于大規(guī)模過程控制，集散式控制和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 2. 按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC 可分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類。 整體式 PLC 是將 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 部件等組成部分集中于一體，安裝在印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體，通常稱為主機(jī)或基本單元。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。一般小型或超小型 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)。 模塊式 PLC 是把各個(gè)組成部分做成獨(dú)立的模塊，如 CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。各模塊作成插件式，并將組裝在一 個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 配置靈活，裝配和維修方便，易于擴(kuò)展。一般大中型的 PLC 都采用這種結(jié)構(gòu)。 可編程控制器的特點(diǎn) 1. 可編程控制器的特點(diǎn) （ 1）編程簡(jiǎn)單，使用方便 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號(hào)與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員只要很短的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。 （ 2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔性 可編程序控制器產(chǎn)品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置 供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。 （ 3）功能強(qiáng)，擴(kuò)充方便，性能價(jià)格比高 可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴(kuò)展單元即可，擴(kuò)充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng) 相比，具有很高的性能價(jià)格比。 （ 4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便 可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時(shí)間，開關(guān)柜體積縮小，節(jié)省大量的費(fèi)用?？删幊绦蚩刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力、可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破鞯墓收下屎艿?，且有完善的自診斷PLC的應(yīng)用與發(fā)展 13 和顯示功能，便于迅速地排除故障。 （ 5）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 可編程序控制器是為現(xiàn)場(chǎng)工作設(shè)計(jì)的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調(diào) 整與保護(hù)、隔離、后備電池等，例如，西門子公司 S7200 系列 PLC 內(nèi)部 EEPROM 中，儲(chǔ)存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段（ 190 小時(shí)），所有中間數(shù)據(jù)可以通過一個(gè)超級(jí)電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后