【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開(kāi)放的，絕大多數(shù)的 PLC 是專(zhuān)用總線(xiàn)、專(zhuān)用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語(yǔ)文結(jié)構(gòu)不一致，使各種 PLC 互不兼容。國(guó)際電工協(xié)會(huì)(IEC)在 1993 年頒布了 IEC611313《可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)》，為各 PLC廠(chǎng)家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路。我國(guó)也在 1995 按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定了可編程控制器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 、通訊化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使 PLC 向集成化方向發(fā)展， PLC 與 PC 集成、 PLC 與 DCS 集成、 PLC 與 PID 集成等，并強(qiáng)化了通訊能力和網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力是 PLC的重要發(fā)展方向。尤其是以 PC為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長(zhǎng)率最快。PLC 與 PC 集成，即將計(jì)算機(jī)、 PLC 及操作人員的人 機(jī)接口結(jié)合在一起 ，使 PLC能利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，而計(jì)算機(jī)能和 PLC 的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的控制方法使得用戶(hù)編程更加方便，而且提供開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以根據(jù)需要選擇各類(lèi)、各廠(chǎng)家的 PLC 或 I/O 設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，從而可以降低生成成本和提高生產(chǎn)率。 的新進(jìn)展 — 軟 PLC 計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)又取得了一系列新的浙江工業(yè)大學(xué)專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 進(jìn)展。目前有許多工業(yè)用自動(dòng)控制產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)始轉(zhuǎn)向以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的控制方式。德國(guó)工業(yè)界最新推出了以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的 SOFT PLC，可以說(shuō)是這方面的優(yōu)秀代表。 軟 PLC 又有人稱(chēng)作“ PCPLC” ,“嵌入式 PLC”，顧名思義，軟 PLC實(shí)際利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的功能。軟 PLC 的特點(diǎn)是 : .基于工業(yè)計(jì)算機(jī)的柔性可編程邏輯控制技術(shù)，可以充分利用最新計(jì)算機(jī)的高速、大容量、豐富功能及各 種軟件資源。 軟 PLC 是開(kāi)放可編程控制器，在實(shí)時(shí)控制、網(wǎng)絡(luò)控制和分級(jí)控制領(lǐng)域可獲 廣泛的應(yīng)用。軟 PLC 是實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，能提供強(qiáng)有力的指令，更加快速的掃描和安全的操作。開(kāi)放的結(jié)構(gòu)容易連接中 I/O 模塊、 PID 模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊和裝置、網(wǎng)絡(luò)。 軟 PLC 最大的優(yōu)勢(shì)是具備柔性擴(kuò)展能力，用戶(hù)可以 選擇不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的各種硬件產(chǎn)品，充分利用每一軟件的最佳特性，組成最佳的控制系統(tǒng)。同時(shí)與硬件的連接也十分方便。有很多的 I/O 卡可以直接內(nèi)連接到 SOFT PLC 計(jì)算機(jī)總線(xiàn)上。從而在軟、硬件兩方面可以達(dá)到工控機(jī)和 PLC 性能的完美結(jié)合，方便了性能擴(kuò)展和人機(jī)交流，是 PLC 未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)。 浙江工業(yè)大學(xué)專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 第 2章 PLC 的簡(jiǎn)介 PLC 的基本概念 可編程控制器是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為 一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，還可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和模擬量控制等，因此，美國(guó)電器制造協(xié)會(huì)（ NEMA）于 1980 年正式將這種裝置命名為可編程控制器（ Programmable Controller），簡(jiǎn)稱(chēng) PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng) PLC。 PLC 的特點(diǎn) 高可 靠 性 （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （ 2）各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms. （ 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （ 4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 （ 5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 （ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 （ 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠 性更進(jìn)一步提高。 豐富的 I/O 接口模塊 浙江工業(yè)大學(xué)專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線(xiàn)圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線(xiàn)路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此 一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，所以其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同， PLC 由中央處理單元，存儲(chǔ)器，輸入單元，輸出單元，電源五部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖： 圖 11 PLC 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化框圖 編程器 中央處理單元 （ CPU） 輸 入 單元 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器 輸 出 單元，電 路 電源 浙江工業(yè)大學(xué)專(zhuān)科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 中央處理單元（簡(jiǎn)稱(chēng) CPU） 中央處理單元是 PLC 的控制中樞，核心部件，其性能決定了 PLC 的性能。 組成：由控制器，運(yùn)算 器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過(guò)地址總線(xiàn)，數(shù)據(jù)總線(xiàn)，控制總線(xiàn)，與存儲(chǔ)器的輸入，輸出接口電路相連。 常用芯片：通用微處理器，單片機(jī)，位片式微處理器。 作 用：處理和運(yùn)行用戶(hù)程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。具體有： 1）接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將輸入狀態(tài)或數(shù)據(jù)存入輸入印象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。 2）診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 3） PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)指令 解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路，分時(shí)、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取，傳送，組合，比較和變換等操作，完成用戶(hù)程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。 4）根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更換有關(guān)影象區(qū)的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，根據(jù)輸出狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 作用：存放系統(tǒng)程序，用戶(hù)程序，邏輯變量和其它一些信息。 系統(tǒng)程序：控制 PLC 完成各種功能的程序，由 PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家編寫(xiě)，并固化到只讀式存儲(chǔ)器 ROM 中，用戶(hù)不能訪(fǎng)問(wèn)。 用戶(hù) 程序：用戶(hù)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的程序。通過(guò)編程器輸入到 PLC 的隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 中，允許修改，由用戶(hù)啟動(dòng)運(yùn)行。 1）結(jié) 構(gòu)：由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀寫(xiě)控制電路、數(shù)據(jù)