【文章內(nèi)容簡介】 完成各種運算和操作。 d. 將存 于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 e. 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請求。 (2) 存儲器 PLC 的存儲器分為兩大部分： 一大部分是系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。 二大部分是用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC 通過輸入輸出（ I/O）接口電路實現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口 11 通過 PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4) 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理 后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC 的 CPU、存儲器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出 I/O 擴展接口 若主機單元的 I/O 點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將 I/O 擴展單元與主機單元相連接。 (6) PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃 描周期。 PLC的掃描全過程如圖 12 所示。 a. 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 b. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 c. 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。 12 圖 12 PLC 的掃描全過程 顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每一個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。由此可見，若輸入變量在 I/O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出會相應(yīng)地發(fā)生變化。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的 I/O 刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這對于一般的開關(guān) 量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成不利影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行， PLC 在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設(shè)隔離的。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響。 【 7】 PLC 的國內(nèi)外狀 況 13 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此 時的 PLC 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物 【 8】 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(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工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，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。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，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合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、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)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中 大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了 PLC 的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產(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 14 中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 【 9】 PLC 未來展望 21 世紀(jì)， PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù) 新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進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)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊 全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合 需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷 國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看 ,可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(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。目前的計算機集散控制系統(tǒng) DCS 中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(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)揮越來越大的作用。 【 9】 15 第 2 章 交通燈信號燈控制系統(tǒng) 控制要求 信號燈手啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南北紅燈亮，東西紅燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。 1. 南北紅燈不能同時亮：如果同時亮應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立刻報警； 2. 南北紅燈亮維持 25s。在 南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20s。到 20s 時，東西綠燈亮，閃亮 3s 后熄滅。在東西紅燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2s，到 2s 時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，綠燈亮。 3. 東西紅燈亮維持 30s。南北紅燈亮維持 25s 然后閃亮 3s 后熄滅，同時南北紅燈亮維持 2s 熄滅。這是南北紅燈亮，東西綠燈亮。 4. 上述動作循環(huán)進行。 設(shè)計步驟 更具控制要求，畫出交通燈的狀態(tài)圖，如圖 21 所示。 圖 21 交通燈狀態(tài)圖 16 更具控制任務(wù)要求，可以算出 I/O 點數(shù)。更具輸入輸出點數(shù)及功能要求， 選 FX2— 48MR 型 PC機完全滿足控制系統(tǒng)要求。 I/O 分配表 輸入 輸出 啟動 XO 南北綠燈 Y0 南北黃燈 Y1 南北紅燈 Y2 警燈 Y3 東西綠燈 Y4 東西黃燈 Y5 東西紅燈 Y6 1. 梯形圖，如圖 22 所示 圖 22 交通燈梯形圖 17 2. 程序清單 0 LDI Y3 40 LD T0 1 AND T4 41 OUT Y6 2 ANI T4 42 LD Y2 3 OUT T0 43 ANI T6 K250 44 LD Y2 6 T0 45 45 ANI T7 7 OUT T4 46 AND T10 K300 47 ORB 10 LDI Y3 48 OUT Y4 11 AND X0 49 LD T7 12 ANI T0 50 ANI T5 13 OUT T6 51 OUT Y5 K200 52 LD Y6 16 LD T6 53 ANI T1 17 OUT T7 54 LD T1 K30 55 ANI T1 20 LD T7 56 AND T10 21 OUT T5 57 ORB 24 LD T0 58 OUT Y0 25 OUT T1 59 LD T2 K250 60 ANI Y1 28 LD T1 61 OUT Y1 29 OUT T2 62 LD Y0 K30 63 AND Y4 32 LD T2 64 OUT Y3 33 OUT T3 65 LD X0 K20 66 ANI T11 36 LDI T0 67 OUT T10 37 ANI Y3 K5 18 38 AND X0 70 LD T10 39 OUT Y2 71 OUT T11 K5 74 END 19 第 3 章 PLC 與 PC 通訊 PLC 是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它使用了可以編程的記憶單元來存儲指令，執(zhí)行數(shù)學(xué)的和邏輯的運算，并通過數(shù)字輸入輸出實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，它以高可靠性，易操作性，靈活性廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域。但是作為一個控制設(shè)備，單獨用它構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)有其局限性，主要表現(xiàn)為，無法顯示各種實時圖形，無法顯示漢字和打印漢字報表，無法大量存儲數(shù)據(jù)，沒有良好的用戶界面。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件的出現(xiàn)彌補了 PLC 控制系統(tǒng)的不足，在工業(yè)現(xiàn)場大量使用以組態(tài)軟件為開發(fā)平臺 的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在計算機作為監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機，下位機通常都是使用工業(yè)級的設(shè)備，如各種 PLC 作為下位機，下位機用來如完成如數(shù)據(jù)采集，警報邏輯判斷，控制輸出等任務(wù)。上位機通過組態(tài)軟件用來實現(xiàn)采集信息的存儲、處理、顯示報表等功能，同時還要分析診斷出現(xiàn)的異常信息如故障和警報，利用屏幕畫面及圖表，對整個系統(tǒng)的所有設(shè)備進行實時監(jiān)視，畫面中的各類參數(shù)具有實時性，還可以對運行過程進行干預(yù)控制等。 【 8】 上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)通訊一般使用 RS232C 或 RS485 接口。下面我們以 OMRONPLC 為例作一介紹 。首先介紹一下 PLC 與 PC 的通訊。 PLC 與 PC 的通訊協(xié)議 用 OMRONPLC 構(gòu)成的系統(tǒng)我們知道，通訊分為無協(xié)議和有協(xié)議兩大類，其中又有查詢和中斷兩種實現(xiàn)方式。無協(xié)議通訊不適合上、下位機的通訊，而且一般 PLC 廠家都提有協(xié)議的通訊模塊，以 OMRON 為例，它與上位機通訊是利用 PS432 口，使用 HOSTLINK 通訊協(xié)議，用 OMRONPLC構(gòu)成上，下位機結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)分為兩類：一類使系統(tǒng)僅由一臺 PLC 和一臺微機組成，及點對點通訊。另一類是系統(tǒng)中有很多臺 PLC，每臺 PLC 中的 RS232 或通過適配器（ CIF01）與上位相連，具體實現(xiàn)方 法各異。 1. 通訊協(xié)議 OMRONPLC 的通訊采用應(yīng)答模式 20 通訊時首先從上位機向下位機 PLC 發(fā)出指令， PLC 接受命令執(zhí)行后，向上位機發(fā)出回應(yīng)信號和數(shù)據(jù)。其通訊格式有兩種，為別針對點對點通訊和多 PLC 系統(tǒng)，其中地址信息占兩個字節(jié)，范圍從 00 到 31，表示多 PLC的用開關(guān)設(shè)定。命令兩個字節(jié)，有兩個級別共 44 條命令，包括對 PLC 的讀寫和設(shè)定各方面，報文的內(nèi)容根據(jù)命令而定。校碼兩個字節(jié)，用戶計算得到呢，每幀最后用 “*” 和回車結(jié)尾。點對點的通訊格式與多 PLC 的通訊格式相似，只有缺少地址和校碼 。對于這種點對點系統(tǒng)，我們也推薦使用多 PLC 系統(tǒng)的通訊格式，只要設(shè)定該臺 PLC 地址為 00 即可。原因是點對點的通訊格式中，不含有校碼，而校碼是檢查通訊是否正確的重要手段。充分利用校碼 PLC 通訊接口中，一般都有硬件線路實現(xiàn)的奇偶校驗，可用開關(guān)選擇設(shè)定，用戶應(yīng)加以應(yīng)用。除