【正文】 PLC功能的強(qiáng)弱與其 I/O點(diǎn)數(shù)的多少是相互關(guān)聯(lián)的，即 PLC的功能越強(qiáng)，其可配置的 I/O 點(diǎn)數(shù)越多。 第二節(jié) PLC 控制系統(tǒng)與電器控制系統(tǒng)的 比較 一、電器控制系統(tǒng)與 PLC控制系統(tǒng) 1. 電器控制系統(tǒng)的組成 通過第一章的學(xué)習(xí)可知，任何一個(gè)電器控制系統(tǒng)，都是由輸入部分、輸出部分和控制部分組成，如圖 21所示。電器控制系統(tǒng)是根據(jù)操作指令 6 及被控對(duì)象發(fā)出的信號(hào)，由控制電路按規(guī)定的動(dòng) 作要求決定執(zhí)行什么動(dòng)作或動(dòng)作的順序，然后驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備去實(shí)現(xiàn)各種操作。 2. PLC 控制系統(tǒng)的組成 由 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)也是由輸入、輸出和控制三部分組成，如圖 22所示。因此， PLC控制系統(tǒng)可以方便地通過改變用戶程 序，以實(shí)現(xiàn)各種控制功能，從根本上解決了電器控制系統(tǒng)控制電路難以改變的問題。 二、 PLC的等效電路 從上述比較可知， PLC的用戶程序（軟件）代替了繼電器控制電路（硬件）。 為了更好的理解這種等效關(guān)系，下面通過一個(gè)例子來說明。其中，由輸入設(shè)備 SB SB FR的觸點(diǎn)構(gòu)成系統(tǒng)的輸入部分，由輸出設(shè)備 KM 構(gòu)成系統(tǒng)的輸出部分。而控制部分的功 能則由 PLC的用戶程序來實(shí)現(xiàn)，其等效電路如圖 24所示。 因此， PLC用戶程序要實(shí)現(xiàn)的是：如何用輸入繼電器 X0、 X X2來控制輸出繼電器 Y0。 要注意的是， PLC 等效電路中的繼電器并不是實(shí)際的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)。因此，我們稱這些繼電器為“軟繼電器”。不同之處主要在以下幾個(gè)方面： 1）從控制方法上看，電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。而 PLC采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲(chǔ)器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。 2）從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合， 這種工作方式稱為并行工作方式。 3）從控制速度上看，繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī) 械觸點(diǎn)的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。 4）從定時(shí)和計(jì)數(shù)控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。 8 5）從可靠性和可維護(hù)性上看，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。 第三節(jié) PLC 的基本組成 PLC 是微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此 PLC的基本組成與一般的微 機(jī)系統(tǒng)類似。其中， CPU是 PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備與 CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可根據(jù)用戶需 要進(jìn)行配置與組合。 1．中央處理單元（ CPU） 同一般的微機(jī)一樣， CPU 是 PLC的核心。小型 PLC大多采用 8位通用微處理器和 單片微處理器；中型PLC大多采用 16位通用微處理器或單片微處理器；大型 PLC大多采用高速位片式微處理器。對(duì)于雙 CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用 8位或 16位處理器；另一個(gè)為位處理器，采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn) PLC編 程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。 在 PLC中 CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮 PLC有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面： 1） 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 3） 通過輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。 5） 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。 2．存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀 /寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器 ROM、PROM 、 EPROM 和 EEPROM。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠家編寫的，和 PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供 PLC運(yùn)行的平臺(tái)。 用戶程序是隨 PLC的控制對(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了防止干擾對(duì) RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器 EPROM中。 工作數(shù)據(jù)是 PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。在 PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。 3．輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元通常也稱 I/O單元或 I/O模塊，是 PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。 10 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而 PLC內(nèi)部 CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。 I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 圖 27 開關(guān)量輸入接口 a）直流輸入 b）交流輸入 c）交 /直流輸入 常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出，其基本原理電路如圖 28所示。 圖 28 開關(guān)量輸出接口 a）繼電器輸出 b）晶體管輸出 c）晶閘管輸出 PLC的 I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為 PLC輸入 / 輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過 PLC 的 I/O擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。 PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它 PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。 與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 5．智能接口模塊 智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與 PLC 11 系統(tǒng)總線相連的接口。 PLC 的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù) PLC 不可缺少的工具。專用編程器是由 PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些 PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成。 簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。有些簡易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來儲(chǔ)存用戶程序，如三菱的 FX20PE簡易編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。同時(shí)，由于 PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的 PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。它既可以編制、修改 PLC 的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿 真等。 PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值177。許多 PLC還向外提供直流 24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。 EPROM 寫入器是用來將用戶程序固化到 EPROM 存儲(chǔ)器中的一種 PLC 外部設(shè)備。 PLC 內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器。外存儲(chǔ)器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存儲(chǔ)器之間相互傳送用戶程序。最簡單、最普遍的人 /機(jī)接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、 LED 顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。半智能型 CRT人 /機(jī)接口裝置可長期安裝在控制臺(tái)上，通過通信接口接收來自 PLC的信息并在 CRT上顯示出來；而智能型終端人 /機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與 PLC相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入 PLC網(wǎng)絡(luò)。 系統(tǒng)程序由 PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入 PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。 PLC 的用戶程序是用戶利用 PLC 的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。由于 PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力， PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡單、易懂、形象的專用語言。 以下簡要介紹幾種常見的 PLC編程語言。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。 如圖 29所示是傳統(tǒng)的電器控制線路圖和 PLC梯 形圖。 PLC 的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器等，都是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無法比擬的。在 PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡易編程器，而這種編程器中沒有 CRT屏幕顯示，或沒有較大的液晶屏幕顯示。雖然各個(gè) PLC生產(chǎn)廠家的語句表形式不盡相同，但基本功能相差無幾。 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 0 L D X 1 1 O R Y 0 2 A N I X 2 3 O U T Y 0 4 L D X 3 5 O U T Y 1 可以看出，語句是語句表程序的基本單元，每個(gè)語句和微機(jī)一樣也由地址（步序號(hào)）、操作碼（指令）和操作數(shù)（數(shù)據(jù)）三部分組成。有數(shù)字電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員較容易掌握，如圖 210所示。它將一個(gè)完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束，下一階段動(dòng)作開始。 隨著 PLC技術(shù)的發(fā) 展，為了增強(qiáng) PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言無法很好地滿足要求。采用高級(jí)語言后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作 PLC，使 PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。由于 CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行