【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 合的產(chǎn)物。 20世紀(jì) 70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編 程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 9 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 國(guó)內(nèi)的 PLC 發(fā) 展 我 國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深 入， PLC 在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。 PLC 未來(lái)展望 21世紀(jì)， PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用 的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 10 第二章 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)和原理 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)上是一種專門用于工業(yè)控制的通用計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì) 算機(jī)相同，主要有中央處理器 (CPU)，存儲(chǔ)器 (RAM,ROM)，輸入輸出接口電路 （ I/O接口），電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。 一．中央處理器（ CPU） 中央處理器（ CPU） 是 PLC的控制中樞。 PLC的 CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)用戶鍵入的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，檢查電源，存儲(chǔ)器， I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，診斷用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 PLC中采用的 CPU 一般有三大類，一類為通用處理器，如 80286， 80386等，一類為單片機(jī)芯片，如 8301， 8096等，另外還有位處理器，如 AMD2900,AMD2903等 。 二．存儲(chǔ)器 PLC是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了硬件以外，還必須有軟件才能正常工作。 PLC的軟件分兩部分：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 RLC常用存儲(chǔ)器的類型：讀寫存儲(chǔ)器（ RAM），可擦除的只讀存儲(chǔ)器（ EPROM） ,電可擦除的只讀存儲(chǔ)器（ EPROM） 三．輸入 / 輸出（ I/O） I/O接口有良好的光電隔離和濾波作用。 PLC的輸出接口往往始于被控對(duì)象相連接，被控對(duì)象有電磁閥，指示燈，接觸器，小型電動(dòng)機(jī)等。 輸入接口 各種 PLC的輸入電 路 大都相 同，通常有三種輸入類型。一種是直流（ 12~14）輸入，另一種是交流（ 100~120V， 200~240V）輸入，第三種是交直流輸入。 輸出接口 PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出，晶體管輸出。繼電器輸出型 PLC 最為常用。當(dāng) CPU有輸出時(shí)，接通輸出電 路 中繼電器的線圈，繼電器的觸點(diǎn)閉合，通過(guò)該觸點(diǎn)控制外部負(fù)載電 路 的負(fù)載。晶體管輸出型 PLC是通過(guò)光耦合器是晶體管截至或?qū)ㄒ钥刂仆獠控?fù)載電 路 ，并同時(shí) PLC內(nèi)部電 路 和晶體管輸出電路 進(jìn)行電氣隔離。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 11 四．電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。模塊的 PLC，是獨(dú) 立的電源模塊；整體式 PLC電源集成在廂體內(nèi)。 PLC的電源多為高精度的開關(guān)電源；掉電保護(hù)電 路 供電的后備電源多為鋰電池。 五．編程器 編程器是 PLC的重要外圍設(shè)備。編程器的主要任務(wù)是輸入程序，編輯程序，調(diào)試程序，監(jiān)控程序，還可以在線測(cè)試 PLC工作狀態(tài)和參數(shù)與 PLC進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。 可編程序控制器的編程語(yǔ)言 可編程序控制器可采用的編程語(yǔ)言大致可分為以下兒種 :梯形圖 (LAD)編程語(yǔ)言、功能塊圖 (FBD)編程語(yǔ)言，指令語(yǔ)句編程語(yǔ)言和邏輯表達(dá)式編程語(yǔ)言。 （ 1）梯形圖 (LAD)編程語(yǔ)言 梯形圖 (LAD)是與電氣控 制電 路 圖相呼應(yīng)的圖形語(yǔ)言。它沿用了繼電器、觸電、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào)，并簡(jiǎn)化了符號(hào)，還增加了一些功能性的指令。 梯形圖格式中的繼電器不是物理繼電器，而是軟繼電器。軟繼電器各觸電均為存儲(chǔ)器中的一位，表示軟繼相應(yīng)位為“１”狀態(tài)，表示軟繼電器線圈得電，它的常開觸點(diǎn)閉合或常閉觸點(diǎn)斷開；表示軟繼相應(yīng)位為“０”狀態(tài)，表示軟繼電器線圈得電，他的常開觸點(diǎn)斷開或常閉觸點(diǎn)閉合； （ 2）功能塊圖 (FBD) 功能塊圖，是圖形化的高級(jí)編程語(yǔ)言，通過(guò)軟連接的方法把所需的功能塊圖連接起來(lái)，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。功能塊圖的表示格式有利于程序流的跟蹤。功能塊圖與梯形圖可以互相轉(zhuǎn)換。 （ 3）語(yǔ)句表 (STL) 語(yǔ)句表是用助記符來(lái)表達(dá) PLC的各種控制功能的，它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言直觀易懂，編程簡(jiǎn)單。 （ 4） 順序功能圖（ SFC） 順序功能圖屬于圖形語(yǔ)言，用它經(jīng)常編制順序控制類程序。順序功能圖編程法可將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為一些小的工作狀態(tài)，對(duì)這些小狀態(tài)的功能分別處理后在再把這些小狀態(tài)依一定的順序要求連接組合成整 體的控制程序。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 12 （ 5） 結(jié)構(gòu)化文本（ ST） ST被稱為與 PASCAL 和 C語(yǔ)言一樣的高級(jí)編程語(yǔ)言。 ST不是采用低級(jí)的，面向機(jī)器的操作符而是以高度壓縮的方式提供大量描述復(fù)雜功能的抽象語(yǔ)句。與語(yǔ)句指令表 IL相比， ST語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是明顯的：編程任務(wù)高度壓縮化的表達(dá)格式，在語(yǔ)句塊中有清晰的程序結(jié)構(gòu)。 可編程序控制器的工作原理 PLC實(shí)際上是一種專門用于工業(yè)控制的通用計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，主要有中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM、 ROM）、輸入輸出接口電 路 （ I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成 。 1. 掃描工作原理 當(dāng) PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于 CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看， PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過(guò)程稱為 PLC的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開始掃描執(zhí)行， 周而復(fù)始重復(fù)運(yùn)行。 2. PLC掃描工作過(guò)程 PLC的掃描工作過(guò)程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過(guò)程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)工作。如圖 211所示，整個(gè)掃描工作過(guò)程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個(gè)階段。整個(gè)過(guò)程掃描執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與 CPU運(yùn)行速度、 PLC硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值為 1～ 100ms。 在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行 PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對(duì)監(jiān)視定時(shí)器（ WDT）復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。 在通信服務(wù)階段， PLC與其它智能 裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。 當(dāng) PLC處于停止（ STOP）狀態(tài)時(shí)，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng) PLC南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 13 處于運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。 PLC的掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng) PLC掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用， 而且還可通過(guò) CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過(guò)規(guī)定時(shí)間，避免由于 CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。 3 .PLC用 戶程序的循環(huán)掃描過(guò)程 PLC執(zhí)行程序的過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 。 a)在輸入采樣階段， PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 b)在程序執(zhí)行階段， PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來(lái)表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇 到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)， PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過(guò)程而變化。 c)當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里， PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 因此， PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng) PLC進(jìn)入程序執(zhí)行 階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 14 第三章 PLC 與繼電器、單片機(jī)的異同 什么是 PLC PLC是什幺呢？ PLC的全稱是 Programmable Logic Controller（可編程序控制器） ,剛引入國(guó)內(nèi)時(shí)，曾簡(jiǎn)稱為 PC。后來(lái)