【正文】 6中型PLC——I/O點數(shù)256～2048點；雙CPU，用戶存儲器容量2～8K如：S7300 SR20/21德國西門子公司日本立石公司（歐姆龍） C20 C40 F、FF2 TI100 如：GEI型3．按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。（3）高檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。（2）中檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。1．按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 PLC的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 PLC的特點可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。它作為PLC中央處理單元的下位機(jī)，不參與PLC的循環(huán)處理過程，但接受PLC的指揮，可獨立完成某些特殊的操作。目前生產(chǎn)的可編程序控制器不論是小型機(jī)還是中大型機(jī)，都配有一至兩個、甚至多個通信端口。它主要用于存放變量的狀態(tài)、中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等，還提供大量的輔助寄存器如定時器/計數(shù)器、移位寄存器和狀態(tài)寄存器等，以便用戶編程使用。一般為10ms左右，小型機(jī)可能大于40ms。一般來講，指令的種類和數(shù)量越多，功能越強(qiáng)。有些PLC的用戶程序存儲器容量用編程的步數(shù)來表示，每一條語句占一步長。PLC中通常以字為單位。存儲器容量是衡量可存儲用戶應(yīng)用程序多少的指標(biāo)，通常以字或千字為單位。PLC的輸入輸出有開關(guān)量和模擬量兩種。 總之，采用循環(huán)掃描工作方式，是PLC區(qū)別于微型計算機(jī)和其他控制設(shè)備的最大特點。PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短期的，由于系統(tǒng)響應(yīng)慢，往往要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，多次掃描因瞬時干擾而引起的誤動作將會大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。掃描周期越長，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢。這種方式稱做集中采樣、集中輸出。輸入刷新和輸出刷新稱為I/O刷新。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號的狀態(tài)，經(jīng)過相應(yīng)的運算處理等，將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)映像區(qū)。當(dāng)程序的所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)就在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過一定的輸出方式輸出，推動外部的相應(yīng)執(zhí)行器件工作，這就是PLC輸出刷新階段。變化的輸入信號的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入刷新階段被讀入。2） 通訊服務(wù)PLC檢查是否有與編程器、計算機(jī)等的通訊要求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。自診斷內(nèi)容包括I/O部分、存儲器、CPU等，并通過CPU設(shè)置定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯。實際上，PLC掃描工作除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成其他工作，整個工作過程分為自診斷、通訊服務(wù)、輸入處理、輸出處理、程序執(zhí)行五個階段。當(dāng)PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編寫好并存于用戶存儲器中的程序，按序號作周期性的程序循環(huán)掃描，程序從第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶的程序直到程序結(jié)束。 PLC的基本工作原理(1)PLC的工作方式PLC雖然以微處理器為核心，具有微型計算機(jī)的許多特點，但它的工作方式卻與微型計算機(jī)有很大的不同，微型計算機(jī)一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當(dāng)有鍵按下或I/O動作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序，無鍵按下，則繼續(xù)掃描等待。（5）電源PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲器等所需的直流電，是整個PLC的能源供給中心。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時還能進(jìn)行脫機(jī)編程?！【幊唐饔泻喴拙幊唐骱蛨D形編程器兩種。　　PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。　微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號放大。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合后轉(zhuǎn)換為5V的TTL送入輸入數(shù)據(jù)寄存器，再經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給CPU?！? 　圖2 直流輸入接口電路　濾波電路用以消除輸入觸頭的抖動，光電耦合電路可防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路組成，這些電路集成在一個芯片上?！∫詧D2所示的直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。晶體管和晶閘管輸出為無觸點輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載；繼電器輸出為有觸點輸出型電路，用于低頻負(fù)載?！。?） 接口　輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場控制或檢測元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。3)數(shù)據(jù)存儲器PLC運行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時器、計數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲器RAM。2)用戶程序存儲器用戶程序存儲器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。ROM是只讀存儲器，該存儲器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲的內(nèi)容。系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。（2） 存儲器PLC內(nèi)的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等?！⌒⌒蚉LC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機(jī)，如803M68000等，這類芯片價格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機(jī)，如80896系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點是集成度高、運算速度快且可靠性高；而大型PLC則需采用高速位片式微處理器?！　? 圖1 PLC的基本組成（1） 中央處理器　中央處理器(CPU)由控制器、運算器和寄存器組成并集成在一個芯片內(nèi)。 PLC的組成和基本工作原理 PLC的組成PLC基本組成包括中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等)、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖1?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。隨著軟PLC（SoftPLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PCbased控制的市場份額將逐步得到增長。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。預(yù)計到2005年全國PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約35（45億元人民幣。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。國內(nèi)PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、AB、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。但是，按照預(yù)測，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場將會復(fù)蘇，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人—機(jī)界面技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)日新月異，各種產(chǎn)品競爭激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。國內(nèi)PLC形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%，主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實業(yè)有限公司等。從西門子公司的SIMATIC S7400的性能可對PLC窺見一斑：SIMATIC S7400是匣式封裝模塊，可卡在導(dǎo)軌上安裝，由I/O總線和通信總線建立電氣連接，模塊可在工作或加電時替換或插、拔，可快速安裝維護(hù)，修改方便，其主要性能為：1）CPU存儲器容量64K字節(jié)，；2）位和字處理速度80ns至200ns；3）最高系統(tǒng)計算能力可以有4個CPU同時計算； 4）一個中央框(CR)可擴(kuò)展直到21個擴(kuò)展框；5）每個CPU上多點接口(MPI)能力，如可同時連接文字顯示或操作員以及編程器件；6）CPU上的SINECL2DP附加有分散I/O的集成性能；7)提供與計算機(jī)和其它Siemens產(chǎn)品或系統(tǒng)的連接接口；　8）高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。現(xiàn)在開發(fā)以PC為基、在WINDOWS平臺下，符合IEC11313國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC正在規(guī)劃中?！　LC曾存在嚴(yán)重的缺點，主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，絕大多數(shù)的PLC是專用總線、專用通信網(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、語文結(jié)構(gòu)不一致，使各種PLC互不兼容。PLC與PC集成，即將計算機(jī)、PLC及操作人員的人—機(jī)接口結(jié)合在一起，使PLC能利用計算機(jī)豐富的軟件資源，而計算機(jī)能和PLC的模塊交互存取數(shù)據(jù)。三菱的FXOS14點(8個24VDC輸入，6個繼電器輸出)，其尺寸僅為58mm89mm，僅大于信用卡幾個毫米，而功能卻有所增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業(yè)部門。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場份額的50%，PLC將在工控機(jī)市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。它具方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等