【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。同時(shí)， PLC 編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。這也是 PLC 獲得普及和推廣的主要原因之一。 許多 PLC 還針對(duì)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。 3．功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代 PLC 不僅 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有 A/D和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、 PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時(shí)，由于PLC 產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。 4．設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便 由于 PLC 用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。 PLC 的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面，由于 PLC 的故障率極低，維修工作量很小；而且 PLC 具有很強(qiáng)的自診 斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù) PLC 上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。 5．體積小、重量輕、能耗低 由于 PLC 采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 （二） PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 謝春仁： PLC 控制花樣噴泉 第 8 頁(yè) 共 22 頁(yè) 目前，在國(guó)內(nèi)外 PLC 已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著 PLC 性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看， PLC 的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 利用 PLC 最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是 PLC 最基本的應(yīng)用，也是 PLC 最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 大多數(shù) PLC 都有拖動(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。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。 大、中型 PLC 都具有多路模擬量 I/O 模塊和 PID 控制功能，有的小型 PLC 也具有模擬量輸入輸出。所以 PLC 可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，而且具有 PID 控制功能的 PLC 可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過(guò)程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 現(xiàn)代的 PLC 都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過(guò)通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。 PLC 的通信包括 PLC 與 PLC、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)、 PLC 與其它智能設(shè)備之間的通信 ，PLC 系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成 “ 集中管理、分散控制 ” 的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（ FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。 PLC 的基本組成 與分類 （一） PLC 的基本組成 PLC 是微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此 PLC 的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似。 PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中， CPU 是 PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備與 CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。 （二） PLC 的分類 PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì) PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。 1．按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn) 。 07 電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 22 頁(yè) （ 2）模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如 CPU 模塊、 I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。 還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。 2．按功能分類 根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。 （ 1）低檔 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能 。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 （ 2）中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （ 3）高檔 PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 3．按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。 （ 1）小型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256 點(diǎn)以下的為小型 PLC。其中， I/O 點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)的為超小型或微型 PLC。 （ 2） 中型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 256 點(diǎn)以上、 2048 點(diǎn)以下的為中型 PLC。 （ 3）大型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)為 2048 以上的為大型 PLC。其中， I/O 點(diǎn)數(shù)超過(guò) 8192 點(diǎn)的為超大型 PLC 。 在實(shí)際中，一般 PLC 功能的強(qiáng)弱與其 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少是相互關(guān)聯(lián)的，即 PLC的功能越強(qiáng)，其可配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)越多。因此，通常我們所說(shuō)的小型、中型、大型 PLC，除指其 I/O 點(diǎn)數(shù)不同外，同時(shí)也表示其對(duì)應(yīng)功能為低檔、中檔、高檔。 PLC 的工作原理 一 . 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程 一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一 ) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證 在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈謝春仁： PLC 控制花樣噴泉 第 10 頁(yè) 共 22 頁(yè) 在 I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的 狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (三 ) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 PLC 的性能指標(biāo)與發(fā)展趨勢(shì) （一） PLC 的性能指標(biāo) 1．存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量。用戶程序存儲(chǔ)器的容量大，可以編制出復(fù)雜的程序。一般來(lái)說(shuō)，小型 PLC 的用戶存儲(chǔ)器容量為幾千字，而大型機(jī)的用戶存儲(chǔ)器容量為幾萬(wàn)字。 2． I/O 點(diǎn)數(shù) 輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以接受的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總和，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備就越多，控制規(guī)模就越大。 3．掃描速度 掃描速度 是指 PLC 執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。一般以掃描 1K 字用戶程序所需的時(shí)間來(lái)衡量掃描速度，通常以 ms/K 字為單位。 PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過(guò)比較各種 PLC 執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來(lái)衡量掃描速度的快慢。 4．指令的功能與數(shù)量 指令功能的強(qiáng)弱、數(shù)量的多少也是衡量 PLC 性能的重要指標(biāo)。編程指令的功能越強(qiáng)、數(shù)量越多， PLC 的處理能力和控制能力也越強(qiáng)，用戶編程也越簡(jiǎn)單和方便，越容易完成復(fù)雜的控制任務(wù)。 5．內(nèi)部元件的種類與數(shù)量 在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到大量的內(nèi)部元件來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示 PLC 的存儲(chǔ)和處理各種信息的能力越強(qiáng)。 6．特殊功能單元 特殊功能單元種類的多少與功能的強(qiáng)弱是衡量 PLC 產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)。近年來(lái)各 PLC 廠商非常重視特殊功能單元的開(kāi)發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來(lái)越強(qiáng)，使 PLC 的控制功能日益擴(kuò)大 7．可擴(kuò)展能力 PLC 的可擴(kuò)展能力包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展、存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng) 功能的擴(kuò)展、各種功能模塊的擴(kuò)展等。在選擇 PL