【正文】 點(diǎn) 松下： X□ 表示輸入觸點(diǎn) 三菱： X□ 表示輸入觸點(diǎn) 歐姆龍： 05 □□ 表示輸出觸點(diǎn)（或線圈） 松下： Y□ 表示輸出觸點(diǎn)（或線圈） 三菱： Y□ 表示輸出觸點(diǎn)（或線圈） 表 1 可編程控制器部分符號意義 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 15 。 梯形圖及符號的畫法應(yīng)按一定規(guī)則，各廠家的符號和規(guī)則雖不盡相同，但基本上大同小異，如圖 16所示。 （ 1）梯形圖 梯形圖是一種以圖形符號及圖形符號在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，它是從繼電器控制電路圖演變過來的。 二、編程軟件編程語言表達(dá)方式 可編程控制器與一般的計(jì)算機(jī)相類似，在軟件方面有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之分，只是可編程控制器的系統(tǒng)軟件由可編程控制器生產(chǎn)廠家固化在 ROM 中，一般的用戶只能在應(yīng)用軟件上進(jìn)行操作 ，即通過編程軟件來編制用戶程序。 可編程控制器的軟件介紹 一、問題提出 隨著可編程控制器的發(fā)展，其編程軟件呈現(xiàn)多樣化和高級化發(fā)展趨勢。 2. 可編程控制器 PLC 與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC 的主要差異 （ 1） PLC 工作環(huán)境要求比 PC 低， PLC 抗干擾能力強(qiáng)； （ 2） PLC 編程比 PC 簡單易學(xué)； （ 3） PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試周期短； （ 4） PC 應(yīng)用領(lǐng)域與 PLC 不同； （ 5） PLC 的輸入 /輸出響應(yīng)速度慢， 而 PC 的響應(yīng)速度快 ； （ 6） PLC 維護(hù)比 PC 容易。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 （ 5）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設(shè)計(jì)的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調(diào) 整與保護(hù)、隔離、后備電池等，例如，西門子公司 S7200 系列 PLC 內(nèi)部 EEPROM 中，儲存用戶原程序和預(yù)設(shè)值在一個(gè)較長時(shí)間段（ 190 小時(shí)），所有中間數(shù)據(jù)可以通過一個(gè)超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存 200 天。一般可用接線端子連接外部接線。 （ 4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量少，維修方便 可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時(shí)間，開關(guān)柜體積縮小，節(jié)省大量的費(fèi)用。如果元件不夠，只要加上需要的擴(kuò)展單元即可，擴(kuò)充非常方便。可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。有繼電器電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員只要很短的時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。一般大中型的 PLC 都采用這種結(jié)構(gòu)。各模塊作成插件式，并將組裝在一 個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。一般小型或超小型 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)。 整體式 PLC 是將 CPU、存儲器、 I/O 部件等組成部分集中于一體，安裝在印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，形成一個(gè)整體，通常稱為主機(jī)或基本單元。用于大規(guī)模過程控制，集散式控制和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 中型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)在 256～ 1024 之間，功能比較豐富，兼有開關(guān)量和模擬量的控制能力，適用于較復(fù)雜系統(tǒng)的邏輯控制和閉環(huán)過程的控制。 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)，以開關(guān)量控制為主，具有體積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。 可編程控制器的分類、特點(diǎn)、 可編程控制器的分類 1. 按 I/O 點(diǎn)數(shù)和功能分類 可編程控制器用于對外部設(shè)備的控制，外部信號的輸入、 PLC 的運(yùn)算結(jié)果的輸出都要通過 PLC 輸入輸 出端子來進(jìn)行接線，輸入、輸出端子的數(shù)目之和被稱作 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，簡稱 I/O 點(diǎn)數(shù)。 PLC 的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC 產(chǎn)品水平的重要衡量指標(biāo)之一。 5. 通信功能 通信有 PLC 之間的通信和 PLC 與其他設(shè)備之間的通信。可編程控制器的編程指令越多，軟件功能就越強(qiáng)，但掌握應(yīng)用也相對較復(fù)雜。 PLC 中 CPU的類型、機(jī)器字長等直接影響 PLC 運(yùn)算精度和運(yùn)行速度。 3. 掃描速度 可編程控制器采用循環(huán)掃描方式工作，完成 1 次掃描所需的時(shí)間叫做掃描周期。 2. 存儲容量 PLC 的存儲器由系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器三部分組成?？删幊炭刂破鞯募夹g(shù)性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面： PLC的應(yīng)用與發(fā)展 11 1. 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) 可編程控制器的 I/O 點(diǎn)數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被修改，用立即 I/O 指令寫輸出點(diǎn)值時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被修改。 如果程序中使用了中斷，中斷事件出現(xiàn)，立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可以在掃描周期的任意點(diǎn)被執(zhí)行。每個(gè)掃描周期的結(jié)尾， CPU把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)輸出給數(shù)字量輸出端點(diǎn)（寫入輸出鎖存器中），更新輸出狀態(tài)。在此階段 CPU 檢查其硬件，用戶程序存儲器和所有 I/O 模塊的狀態(tài)。 是掃描周期的信息處理階段， CPU 處理從通信端口接收到的信息。在此階段，允許對數(shù)字量 I/O 指令和不設(shè)置數(shù)字濾波的模擬量 I/O 指令進(jìn)行處理，在掃描周期的各個(gè)部分，均可對中斷事件進(jìn)行響應(yīng)。 （ 2）執(zhí)行程序階段。 每次掃描周期的開始，先讀取輸入點(diǎn)的當(dāng)前值，然后寫到輸入映像寄存器區(qū)域。 CPU對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。 可編程控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo) 可編程控制器的工作原理 結(jié)合 PLC 的組成和結(jié)構(gòu)分析 PLC 的工作原理更容易理解。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供編程軟件，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對 PLC 編程。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令，但它有體積小，便于攜帶，可用于現(xiàn)場調(diào)試，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。小型可編程序控制器使用價(jià)格較便宜、攜帶方便的手持式編程器，大中型可編程序控制器則使用以小 CRT 作為顯示器的便攜式編程器。 常見的給 PLC 編程的裝置有手持式編程器和計(jì)算機(jī)編程方式。 編程器 編程器是 PLC 的重要外圍設(shè)備。 （ 3）由于晶體管、雙向晶閘管型輸出端子漏電流和殘余電壓的存在，當(dāng)驅(qū)動不同類型的負(fù)載時(shí)，需要考慮電平匹配和誤動等問題?？稍?PLC 輸入端并聯(lián)一個(gè)旁路電阻來分流，使流入 PLC 的電流小于 。 圖 15 所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 1 時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相當(dāng)于雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號，無論外接電源極性如何，雙向晶閘管 T均導(dǎo)通，負(fù)載得電，同時(shí)輸出指示燈 LED 點(diǎn)亮，表示該輸出點(diǎn)接通；當(dāng)對應(yīng) T的內(nèi)部繼電器的狀態(tài) 為 0 時(shí)，雙向晶閘管施加了觸發(fā)信號，雙向晶閘管關(guān)斷，此時(shí) LED 不亮，負(fù)載失電。這種輸出形式適合驅(qū)動交流負(fù)載。當(dāng)負(fù)載為電感性負(fù)載，VT 關(guān)斷時(shí)會產(chǎn) 生較高的反電勢， VD 的作用是為其提供放電回路，避免 VT 承受過電壓。 圖 14 所示電路工作原理是：當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 1 時(shí)，光電耦合器 T1 導(dǎo)通，使大功率晶體管 VT 飽和導(dǎo)通，則負(fù)載得電，同時(shí)點(diǎn)亮 LED，表示該路輸出點(diǎn)有輸出。缺點(diǎn)是過載能力PLC的應(yīng)用與發(fā)展 8 差。這種輸出形式只可驅(qū)動直流負(fù)載。當(dāng)內(nèi)部電路的狀態(tài)為 0 時(shí)，使繼電器 K 的線圈無電流，觸點(diǎn)斷開，則負(fù)載斷電，同時(shí) LED 熄滅 ，表示該路輸出點(diǎn)無輸出。建議在輸出量變化不頻繁時(shí)優(yōu)先選用。它的優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍比較寬，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力強(qiáng)。 2. 輸出接口電路 根據(jù)驅(qū)動負(fù)載元件不 同可將輸出接口電路分為三種： （ 1）小型繼電器輸出形式，如圖 13 所示。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 7 根據(jù)常用輸入電路電壓類型及電路形式不同，可以分為干接點(diǎn)式、直流輸入式和交流輸入式。光電耦合器導(dǎo)通，將高電平經(jīng)濾波器送到 PLC 內(nèi)部電路中。 最常用的濾波電路是電阻電容濾波，如圖 12 中的 R C 。而干擾信號雖然有的電壓值很高，但能量較小，不能使發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，所以不能進(jìn)入 PLC 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了電隔離。 光電耦合器工作原理是：發(fā)光二極管有驅(qū)動電流流過時(shí)，導(dǎo)通發(fā)光，光敏三極管接收到光線，由截止變?yōu)閷?dǎo)通，將輸入信號送入 PLC 內(nèi)部。 1. 輸入接口電路 由于生產(chǎn)過程中使用的各種開關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到 PLC輸入 接口電路上，為防止由于觸點(diǎn)抖動或干擾脈沖引起錯(cuò)誤的輸入信號，輸入接口電路必須有很強(qiáng)的抗干擾能力。 輸入輸出接口電路 輸入輸出接口電路實(shí)際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。 5. 電源 電源單元的作用是把外部電源（ 220V 的交流電源 ）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。 4. 外設(shè)接口 外設(shè)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，并能通過外設(shè)接口組成 PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本 I/O 單元、擴(kuò) 展 I/O單元兩大類。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。EEPROM 兼有 ROM 的非易失性和 RAM 的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，用來存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲器 RAM 中， RAM 存儲器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池做備用電源。 2. 存儲器 可編程控制器的存儲器由只讀存儲器 ROM、隨機(jī)存儲器 RAM 和可電擦寫的存儲器 EEPROM 三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。通用型微處理器常見的如 Intel 公司的 808 8018到 Pentium 系列芯片，單片機(jī)型的微處理器如 Intel 公司的 MCS96 系列單片機(jī)，位片式微處理器如 AMD 2900系列的微處理器。 CPU 的功能有：它在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作，通過掃描方式，將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域， PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存 儲器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成的芯片上。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 5 1. CPU 單元 CPU是可編程控制器的控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，如圖 11 所示。 可編程序控制器是應(yīng)用面最廣、功能強(qiáng)大、使用方便的通用工業(yè)控制裝置，自研制成功開始使用以來，它已經(jīng)成為了當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，可編程控制器與以往所講的順序控制器在“可編程”方面有質(zhì)的區(qū)別。 定義還強(qiáng)調(diào)了可編程控制器應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。 這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。” 定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計(jì)算機(jī)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器的定義 國際電工委員會 (IEC)曾于 1982 年 11 月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985 年 1 月又發(fā)表了第二稿， 1987 年 2 月頒 發(fā)了第三稿。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。目前，可編程控制器已成為工廠自動化 的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于 PLC 是由微處理器、存儲器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費(fèi)用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺新的控制柜。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。這時(shí)的 PLC 已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（ Programmable Controller）更為合適，簡稱為 PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Persona1 Computer）的簡稱 PC 相區(qū)別，一般仍將它簡稱為 PLC（ Programmable Logic Controller）。 1973 年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。 條件提出后，立即引起了開發(fā)熱潮。 development. PLC的應(yīng)用與發(fā)展 2 第 1 章 可編程控制器的概述 可編程控制器的產(chǎn)生 隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及，成為自動化技術(shù)的重要組成。 from the work devel