【正文】 6 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依 次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖 ，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。 這兩段程序執(zhí)行的結果完全一樣，但在 PLC 中執(zhí)行的過程卻不一樣。 這兩個例子說明：同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結果也不同。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。 它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術語和一些圖形符號構成，左右 的豎線稱為左右母線。 為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， PLC 采用了不同于一般微型計算機的運行方式 (掃描技術 )。 所謂 I/O 響應時間指從 PLC 的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。 PLC 的編程 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預。 標準語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點： 梯形圖中接點 (觸點 )只有常開和常閉，接點可以是 PLC 輸入點接的開關也可以是PLC 內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存 器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供 CPU內(nèi)部使用。 認識梯形圖和繼電器控制原理圖符號的區(qū)別 ： 繼電器控制原理圖中的元件符號，有常開觸點、常閉觸點和線圈，為了區(qū)別它們，在有關符號邊上標注如 KM、 KA、 KT 等以示不同的器件，但其觸頭的數(shù)量是受到限制。它最大的優(yōu)點是：同一標記的觸點在不同的梯級中，可以反復的出現(xiàn)。而線圈的使用是相同的，即不同的線圈只能出現(xiàn)一次。關于各類元件的功用，各種版本的 PLC 書籍均有介紹，故在此不介紹，但一定要清楚各類元件的功能。這二條指令最常用于每條電路的第一個觸點 (即左母線第一個觸點 )，當然它也可能在電路塊與其它并聯(lián)中的第一個觸點中出現(xiàn)。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 隨著電子技術和計算機技術的發(fā)生， PC 的功能越來越強大，其概念和內(nèi)涵也不斷擴展?，F(xiàn)在，仍常常將 PLC 簡稱 PC。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取 代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng) . 9 近年，工業(yè)計算機技術 (IPC)和現(xiàn)場總線技術 (FCS)發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC 市場， PLC 增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 典型的 PLC 產(chǎn)品 國外 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等； 羅克韋爾 (AB 公司 )， SLC、 MicroLogix、 Control Logix 等； 西門子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。 PLC 在我國的應用 雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面非常弱，但在 PLC 應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億人民幣 ，應用的行業(yè)也很廣。 在我國應用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。歐美 PLC 在網(wǎng)絡和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本 PLC 在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。其中，大部分 PLC 是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達到最終用戶的。 網(wǎng)絡通訊能力大大加強 PLC 廠家在原來 CPU 模板上提供物理層 RS232/422/485 接口的基礎上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡。如羅克韋爾 A－ B 公司主推的三層網(wǎng)絡結構體系，即 EtherNet、 ControlNet、 DeviceNet，西門子公司在ProfibusDP 及 ProfibusFMS 網(wǎng)絡 等。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認識，形成了長時期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。標準推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應這些標準，或者開發(fā)與之相應的新產(chǎn)品。這是以數(shù)字技術為基礎的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標準化文件。 3)OPC 基金會推出了 OPC(OLE for Process Control)標準，這進一步增強了軟硬件的互操作性，通過 OPC 一致性測試的產(chǎn)品 ，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。 OPC 11 與現(xiàn)場總線技術的結合，是未來控制系統(tǒng)向 FCS 技術發(fā)展的趨勢。 PLC 的網(wǎng)絡能力、模擬量處理能力、運算速度、內(nèi)存、復雜運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應用，而越來越應用于過程控制方面，有人統(tǒng)計，除石化過程等個別領域， PLC 均有成功能應用， PLC 在相當多的應用取代了昂貴的 DCS，從而使原來 PLC(順序控制 )＋ DCS(過程控制 )的模式變成 PLC＋ IPC 模式。 以太網(wǎng)應用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進控制領域。以太網(wǎng)能否順利進入工控領域，還存在爭論。 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、 12 汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各 個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類 : 開關量的邏輯控制：這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合 。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用；數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程 控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)；通信及聯(lián)網(wǎng)： PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 濕度 為了保證 PLC 的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于 85%(無凝露 )。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 10%)V 的交流電，對于電源線來的干擾， PLC 本身具有足夠的抵制能力。還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩(wěn)壓電源。 PLC 應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備 ，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內(nèi)。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的 1/10。 第四章 PLC 實際應用舉例 PLC 在自動化控制領域占據(jù)著非常重要的地位，下面我們用幾個常用的電路來舉例，更好的了解 PLC。接于輸出繼電器外圍相應接觸器則帶動電動機運行。熱保護則由外部的 FR 驅動，使串接于第一和第 二梯級中的常閉接點 X003 斷開使電動機停轉。這里特別要強調的是：由于 PLC 運行速度極快，在正反轉控制狀態(tài)下若沒有必要的外圍聯(lián)鎖，將會造成短路。這一點一定要記住。 復合聯(lián)鎖正反轉能耗制動使用 PLC 控制 15 本圖為正反轉能耗制動控制改為用 PLC 控制， 其工作原理是：當按接于外部的正轉按鈕 SB1 驅動第一梯級 X000 常開接點閉合 (而第二梯級中的 X000 常閉接點則同時斷開，切斷可能運行中的反轉功能，起了互鎖作用 )，通過串接于其后的 X00 X00Y00 Y002 各接點的常閉，接通了 Y000 輸出繼電器線圈使其閉合，由于 Y000 線圈的閉合，導至第一梯級的并接于母線側的 Y000 常開接點閉合，形成了 Y000 的自保 (同時串接于第二梯級的， Y000 常閉接點斷開，保證了在正轉的情況下不允許反轉，起了互鎖的作用 )。第 二梯級的工作則與第一梯級相似：即按外部反轉按鈕 SB2，驅動第二梯級 X001 常開接點閉合 (而第一梯級中的 X001 常閉接點則同時斷開，切斷可能運行中的正轉功能，起了互鎖作用 )，通過串接于其后的 X00 X000、 Y000、 Y002 各接點的常閉，接通了 Y001 16 輸出繼電器線圈使其閉合，由于 Y001 線圈的閉合，導至第二梯級的并接于母線側的Y001 常開接點閉合形成了自保 (同時串接于第一梯級的 Y001 常閉接點斷開，保證了在反轉的情況下不允許正轉，起了互鎖的作用 )。若要 停止，則按外部按鈕 SB3 驅動了第三梯級的 X002 常開接點的閉合 (同時第一梯級和第二梯級的 X002 常閉接點斷開，切斷了正轉或反轉的工作。上述的定時器與 Y002 是同時閉合，定時器在閉 合的瞬間即開始計時，本定時器計時時間為 4S(計算方法： T0 的單位時間為 100ms，而 K 值設定為 40則： 100 40＝ 4000ms 1S＝ 1000ms)， 4S 時間一到，串接于第三梯級的常閉接點 T0斷開，運行則停止。同理這線路由于是正反轉線路，在其外部應考慮進行必要的接觸器輔助接點的聯(lián)鎖。本梯形圖的工作原理：當外接啟動按鈕 SB2 按下，驅動第一梯級 X000 的常開接點閉合，通過串接其后的 X00T T0、 Y002 的常閉接點，接通輸出繼電器，由于 Y000 線圈的閉合，促使第一梯級第一支路中的并聯(lián)常開觸點閉合形成 Y000 線圈自保，至使 Y000 驅動的接觸器 KM3閉合將電 動機繞組接成星形。由于 Y001 線圈的閉合使與本支路相并的母線一側 Y001 閉合形成了 Y001 線圈自保。在 Y001 閉合的同時定時器 T0也已開始計時， 4S 后定時器 T0 常閉接點，在第一梯級中切斷了輸出繼電器 Y000 線圈，解除了星接。由于 Y002 的接通，并接于左母線一側的 Y002 閉合，使 Y002 線圈形成自保。第一梯級中與第三梯級中所串接的 Y002 和 Y001 常閉接點實質是星與角的互鎖。而在第四梯級 X001 接的是常開觸點，其一旦閉合，通過串接其后的定時器常閉接點，接通了輸出繼電器 Y003 線圈和定時器 T1 線圈，由于 Y003 線圈的閉合，其并接于第一梯級第二支路中的 Y003 常開接點接通了 Y000 線圈，驅動 KM3 閉合，使電動機的處于星接狀態(tài)，以提供直流通道。定時器線圈 T1 是與線圈 Y003 同時獲電，并開始計時，計時時間一到，串接于第一梯級與第四梯級的常閉接點斷開，使電動機完成了停車與制動的過程。另本梯形圖沒設置熱保護。長期以來 PLC 始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟?。 在企業(yè)方面，國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過多年的努力，工業(yè)過程控制經(jīng)過繼電器控制， PLC 控制、集中監(jiān)控，到現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場總線控制技術和管控一體化控制系統(tǒng)，為國內(nèi)企業(yè)自動化、信息化打下了良好的基礎。為了滿足企業(yè)提出的提質降耗、精細加工、小批多品、開發(fā)新品、管理控制結合的新需求，企業(yè)自動控制技術的發(fā)展趨勢向著網(wǎng)絡化、智能化、數(shù)字化發(fā)展，并且向實時在線質量檢測、實時數(shù)據(jù)自動采集、設計調試 手段和工具、故障自診斷技術、數(shù)據(jù)自動管理等一系列先進技術發(fā)展。由于 PLC 系統(tǒng)最小模件單元的價格也只不過 100 美元，甚至更低，即使這些模件出現(xiàn)故障，工業(yè)用戶從心理上已經(jīng)感覺不到是否還值得重新修理。 相反，我們不 要被低價格所愚弄。具有 14 個通道的 I/O 和 4 個 PID 控制回路的 PLC 系統(tǒng)，其價格才 99 美元，這種 19 產(chǎn)品非常適合小系統(tǒng)控制應用的需要。 PLC 供應商需要充分考慮的問題是他們不僅僅要供