【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 V； 7) 輸出驅(qū)動(dòng)能力在 AC115V/2A 以上； 8) 硬件維護(hù)方便，最好采即 “插接式”結(jié)構(gòu)； 9) 擴(kuò)展時(shí)，只需要對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行很小的改動(dòng)； 10) 用戶存儲(chǔ)器容量 至少可以擴(kuò)展到 4KB。 包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 6 根據(jù)以上要求，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC 公司 )在 1969 年首先研制比了全世界第一臺(tái)可編程序控制器，并稱之為“可編程序邏輯制器”〔 Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC)。試樣機(jī)在 GM 公司的應(yīng)用獲得了成功。此后， PLC 得到了快速發(fā)展，并被廣泛用于各種開義量邏輯運(yùn)算與處理的場(chǎng)合。 早期 PLC的硬件主要由分立元件與小規(guī)模集成電路構(gòu)成，它雖然采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，但指令系統(tǒng)、軟件與功能相對(duì)較簡(jiǎn)單，一般只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算的處理，同時(shí)通過簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與改進(jìn)可靠性等 措施，使之能與工業(yè)環(huán)境相適應(yīng)。 正因?yàn)槿绱?，?20 世紀(jì) 70 年代初期曾經(jīng)出現(xiàn)過一些出二極管矩陣、集成電路等器件組成的所謂“順序控制器”； 20 世紀(jì) 70 年末期曾經(jīng)出現(xiàn)過以 MCl4500 工業(yè)控制單元(Industrial control unit，簡(jiǎn)稱 ICU)為核心．出 8 通道數(shù)據(jù)選擇器〔 MCl4512)、指令計(jì)數(shù)器 (MCl4516)、 8 位可尋址雙 向鎖存器 (MCl4599)、存儲(chǔ)器 (2732)等組成的“可編程序控制器”等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與 PLC 相比，雖然具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但最終還是因可靠性、功能等多方面的原因，未能得 到 進(jìn) 一步的推廣與發(fā)展；而 PLC 則隨著微處理器價(jià)格的全面下降，最終以其優(yōu)良的性能價(jià)格比，得到了迅速發(fā)展，并最終成為了當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的重要支 柱 枝術(shù)之一。 ． PLC的定義 PLC 技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，立即引起了全世界的廣泛關(guān)注， 1969 年首先將其進(jìn)行商品化并推向市場(chǎng)的是美國(guó) GOULD 公司 ； 1971 年，在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)后，日木研制出了自己的第一臺(tái) PLC； l973 年，德國(guó) SIEMENS 公司也研制出了歐洲第一臺(tái) PLC； 1974 年，法國(guó)隨之也研制出了 PLC。 到了 20 世紀(jì) 70 年 代中期， PLC 開始采用微處理器。 PLC 的功能也 從 最初的邏輯運(yùn)算拓展到具 有數(shù)據(jù)處理功能，并得到了更為廣泛的應(yīng)用。由于 當(dāng)時(shí)的 PLC 功能已經(jīng)不再局限于邏輯 處理的范疇，為此， PLC 也隨之改稱為可編程序控制器 (Programmable Controller，簡(jiǎn)稱 PC)。 1980 年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) (National Electronic Manufacture Association，簡(jiǎn)稱 NEMA)對(duì)可編程序控制器進(jìn)行了如下定義： “可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字或模擬輸入 /輸出 接口；以位運(yùn)算為主；能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功 能；面向機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置”。 并 將其統(tǒng) 一 命名為 Programmable Controller (PC)。 PLC的基本結(jié)構(gòu) 包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 7 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如 圖 所示： 圖 PLC硬件結(jié)構(gòu) 中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(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)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤，當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行 。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性， 靈活性， 近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系 統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存儲(chǔ)器 （ Memory） 可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。 CPU 常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型 PLC 的 CPU 多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫?CPU。大型 PLC 的 CPU 多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。 基本 I/O 接口電路 （ 1）輸入接口單元。 PLC 內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 8 傳感器等）提供的、符合 PLC 輸 入電路要求的電壓信號(hào)，通過光耦電路送至 PLC 內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應(yīng)時(shí)間一般在~15ms 之間。多數(shù) PLC 的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。 （ 2）輸出接口單元。 PLC 輸出電路用來將 CPU 運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控 負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。 PLC 輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。 接口電路 PLC 接口電路分為 I/O 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類 （ 1） I/O 擴(kuò)接口電路 I/O 擴(kuò)展接口電路用連接 I/O 擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的 I/O 端子。 I/O 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。 根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 （ 2） 外設(shè)通信接口電路 通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成 PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。 PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485 接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。 電源 PLC 內(nèi)部配 有一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流 /直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電源需要 的 工作 電源 （ 5V 直流）。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供 24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。 PLC的特點(diǎn) 軟硬件功能強(qiáng) 使用維護(hù)方便 運(yùn)行穩(wěn)定可靠 組織靈活 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 從當(dāng)前產(chǎn)品來看， PLC 的發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在提及的縮小與性能的提高兩大方面。 包頭鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)實(shí)踐任務(wù)書 9 1．向高速度、大容量方向發(fā)展 2．向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 3． PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 4．增強(qiáng)外部故障的檢 測(cè)與處理能力 5．編程語言多樣化 PLC 工作原理 循環(huán)掃描的特點(diǎn) 輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。 掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 各個(gè)電路和不同掃描階段會(huì)造成輸入和輸出延遲，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段， CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描， 通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。 PLC 中的存儲(chǔ)器 PLC 中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器