【文章內(nèi)容簡介】 . 不斷提高編程軟件的功能 （ 1）編程軟件日益普及 （ 2）編程軟件功能不斷完善 （ 3）編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 （ 4） 編程軟件配備仿真功能，如西門子 S7200 與 STEP7 編程軟件配套使用的S7PLCSIM 仿真軟件。 （ 5） 通訊功能的增強和標(biāo)準(zhǔn)化 （ 6） PLC 的 軟件化與 PC 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 9 主要用途 PLC 編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了 PLC 簡單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可以結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將 PLC 用語實際控制系統(tǒng)中，此外， PLC 還具有使用和編程方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，在實際運用中設(shè)施施工周期短等特點，是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。 PLC 誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著 PLC 技術(shù)的推廣和應(yīng)用， PLC 將向著標(biāo)準(zhǔn)化，小型 化，模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。 32PLC 與一般的計算機的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元（ CPU），存儲器（ MEMERY），輸入 /輸出（ INPUT/OUTPUT）接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于 PLC 專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計 ，為了便于接線，擴充功能，操作及維護，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計算機系統(tǒng)有所區(qū)別。 可編程控制器 特點 中央處理單元（ CPU）是 PLC 控制部件，一般由控制電路，運算器，寄存器等組成，通過地址及數(shù)據(jù)總線與存儲器， I/O 接口電路連接，它主要完成從存儲器中讀取指令并執(zhí)行，然后再取下一條指令，處 理中斷等任務(wù)。 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路， PLC 的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。其中，系統(tǒng)程序是 PLC 制造廠家編寫的控制和完成各種功能的程序，他們一般被固化到只讀存儲器（ RAM）中， 不 允許修改，并用戶啟動運行。 輸入 /輸出接 口電路用來連接 PLC 主機與外部設(shè)備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入，輸出接口均有光電隔離裝置，最常用的是由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。我們所用的 OMRON CPM1A 系列 PLC 的輸入 /輸出接 口電路圖如下圖所示： 由于輸入及輸出的升年時秒度即可能是數(shù)字能量， 又有可能是開關(guān)量或者模擬量，所以，選擇接口部件時要考慮接口處的信號的性質(zhì)。 電源部件 用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供 PLC 的各部分電子電路工作所需的直流電源，是 PLC 能正常工作。由于 PLC 的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此它對外部電源的要求并不高，直流 24V 供電的機型，允許電壓為 1632V。交流供電的機型，允許電壓為 85264V，頻率為 4753HZ，一般情況下， PLC 還為用戶提供 24V 直流電源作為輸畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 10 入電源或負(fù)載電源。 可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、 順序運算、記數(shù)和算術(shù)運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 自 1969 年第一臺可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。 PLC 所以被廣泛應(yīng)用，是由它的突出特點和優(yōu)點的性能分不開的，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對工業(yè)控制設(shè)備安全可靠的要求， PLC 采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸電的的半導(dǎo)體電路來完成， PLC 選用的電子器件一般是工業(yè)機，有的甚至是軍用機，平均無故障時間很長。 PLC 具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。再電源瞬間斷電的情況下仍可 以正常工作，具有很強的的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值高達(dá) 1000V、脈寬10us 的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗震能力和抗沖擊能力。一般對環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度 20— 65 度、相對濕度為 35%85%情況下仍可正常工作。 可編程序控制器采用 SIEMENS 的 S7200 系列 CPU224 主機， I/O 點數(shù)為 40 點 (14個輸入點和 10 個輸出點 )，具有 2 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是 S7200 PLC 的一個很有特色的功能，它使 S7200 PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中 PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用 4 路 12 位 A/D 模擬量輸入的 EM231模塊，具有較高的精度。 PLC 編程采用 STEP7Micro/WIN 編程軟件，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換 . 可編程控制器能如此迅速的發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不具備的特點： 1 可靠性 可編程控制器采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如：冗余設(shè)計、掉電保護設(shè)計、故障診斷、和信息保護和 恢復(fù)等，提高了 MTBF，降低了 MTTR，使可靠性得到提高。可編程序控制器是為 工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用的計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了簡化的編程語言，變成出錯率大大降低。在可編程控制器的軟件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用軟件過濾；軟件自診斷；簡化編程語言；信息保護和恢復(fù)。報警和運行信息的顯示等。 2 易操作性 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 11 著體現(xiàn)在它的操作方便、編程方便、維護方便。 3 靈活性 編程的靈活性。編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖、和語句表。這種編 程的靈活性是繼電器順序控制所不能比擬的，正是由于編程的柔性特點，再柔性制造單元 FMC、柔性制造系統(tǒng) FMS、計算機集成制造系統(tǒng) CIMS 和計算機集成流程工業(yè)系統(tǒng) CIPS，可編程控制系統(tǒng)成為主要的控制設(shè)備。 擴展的靈活性。它不僅可通過增加輸入輸出卡件增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng) DCS 或其他上位機的通信來擴展功能，并與外部設(shè)備進行交換等。 可編程控制器的組成 如圖所示， PLC 與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了 I/O 功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質(zhì)是按一 定算法進行 I／ O 變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場 。 1. 輸入寄存器 輸入寄存器可按位進行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。 CPU 可以讀其值，但不可以寫或進行修改。 圖 21. PLC 的組成 2. 輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了 PLC 在下一個時間段的輸出值 ,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值 ,表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中 ,CPU 可以畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 12 讀其 值 ,并作為條件參加控制 ,還可以修改其值 ,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。 3. 存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改， PLC 要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源， I/O 寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。 4. CPU 單元 CPU 單元控制著 I／ O 寄存器的讀、寫時 序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是 PLC 的大腦。 5. 其它接口單元 其它接口單元用于提供 PLC 與其它設(shè)備和模塊進行連接通信的物理條件。 PLC的工作原理 CPU 連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如下圖所示， CPU 的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行 CPU 自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。 PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時， PLC 也在掃描，只不過在一個周期中去除了 用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的 PLC 在一個周期中可完成以下 5 個掃描過程。 。為保證設(shè)備的可靠性，及時反應(yīng)所出現(xiàn)的故障， PLC 都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時間監(jiān)視器完成。 WDT 是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復(fù)位。 WDT 的定時可由用戶修改，一般在 100～ 200ms 之間。其它的執(zhí)行結(jié)果錯誤可由程序設(shè)計者通過標(biāo)志位進行處理。 。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的 PLC系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于 PLC 之間及 PLC 與上位計算機或終端設(shè)備之間的通信。 。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機器運行中是可控的，即用戶可以通過軟件進行設(shè)定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間 . 畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 13 。機器在正常運行狀態(tài)下，每一時間。個掃描周期內(nèi)都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。 CPU 在處理用戶程序時，使用的輸入值不 是直接從輸入點讀取的運算的結(jié)果也不直接送到實際輸出點，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中， CPU 把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中， CPU把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。為了現(xiàn)場調(diào)試方便， PLC 具有 I/O 控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放 I／ O。封鎖 I／ O 就是關(guān)閉 I／ O 掃描過程。 下圖描述了信號從輸入端子到輸出端子的傳遞過程。 在讀輸入階段， CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。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指令進行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變 — 輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。 由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點： (一 ) 掃描過程周而復(fù)始地進行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 (二 ) 輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個工作周期內(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，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。 (三 ) 程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結(jié)果或下一個掃描周期的輸出結(jié)果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完 全不同的。 (四 )對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。 各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主要缺點。各 PLC畢業(yè)論文（設(shè)計）用紙 14 廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對所使用型號的 PLC 的延遲時間的長短很清楚，它是進行 PLC 選型時的重要指標(biāo)。 主要功能 PLC 的外部設(shè)備中，最重要的就是編程器，它用來對用戶程 序進行寫入，檢查，修改和調(diào)試，也可以在線監(jiān)視 PLC 的運行，它經(jīng)過編程器接口與 CPU 聯(lián)系，完成人 機對話。目前，有很多 PLC 都可以利用 微型計算機作為編程工具，這時應(yīng)配上相應(yīng)的編程軟件及接口，由于微機的強大功能，使 PLC 的編程和調(diào)試更為方便。 另外， PLC 的外部設(shè)備中還包括打印機：在用戶程序編制階段用來打印帶注解的梯形圖或指令語句表程序，以利于維修和系統(tǒng)的改造 ；外存儲器：存儲部分程序或改變生產(chǎn)工藝流程時需要調(diào)用的程序，它所存的程序也可重新裝入內(nèi)存，有利于 PLC 的內(nèi)存程序的恢復(fù)； EPROM 寫入器：用語將用戶 程序?qū)懭氲?EPROM 中去，它提供了一個非易失性的用戶程序保存方法。 PLC 是一種微機控制系統(tǒng)，工作原理也與微機相同，但它在應(yīng)用時一般將其等效成輸入，輸出和內(nèi)部控制電路三部分。輸入部分用于接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是 PLC 與外部的開關(guān)，按鈕，傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口，每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個由接到輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可