【正文】 DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。可以預期，隨著我國現代化進程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應用天地 。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲 容量更大、智能更強的品種出現；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。 第二部分 ，敘述了可編程程序控制器的產生、發(fā)展、應用的歷程，通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點、 卓越性能、結構、原理，有一 個感性的總體認識。 第四部分 ，通過對系統(tǒng)的調試和檢測以及元器件的選用，再進行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運行。它是 以微處理器為核心，將計算機技術、自動控制技術和通信技術融為一體的一種專門為適應惡的工業(yè)環(huán)境下面設計的工業(yè)控制裝置，涉及很多自動控制、電氣方面的知識。隨著技術的發(fā)展，可編程控制器為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。其應用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。在草案中對 PLC 定義如下： 可編程控制器（ Programmable Logic Controller,， PLC）是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。PLC 及其有關外圍設備， 都按易于工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，按易于擴充其功能的原則設計。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。 實 實 現 現 面向用戶 實 現 的指令 實 實 現 現 圖 21 PLC 的整體認識 3. PLC 的結構 PLC 的結構與一般計算機的結構基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，下面分別對 PLC 的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行介紹。其中， CPU 是 PLC 的核心， I/O 接口電路是連接現場 I/O 設備與 CPU之間的橋梁，通信接口用于與編程器、上位計算機等外圍設備連接 .PLC 的基本結構，如圖 22 所示。 1. 中央處理單元（ CPU） 邏輯運算 PLC 定時、計數 數字量或模擬量的輸入∕輸出控制 算 術操作 順序控制 工業(yè)領域 13 同一般的微機一樣， CPU 是 PLC 的核心。小型 PLC 大多采用 8位通 用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。對于雙 CPU 系統(tǒng)，一般一個為字處理器，通常采用 8位或 16 位處理器，另一個為位處理器，采用由各廠商設計制造的專用芯片。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現 PLC 編輯語言向機器語言的轉換。 在 PLC 中， CPU 按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮 PLC 有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面： （ 1） 接收從編輯器輸入的用戶程序和數據。 （ 3） 通過輸入接口接收現場的狀態(tài)或數據，并存入輸入映像寄存器或數據寄存器中。 （ 5） 根據執(zhí)行的結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容，通過輸出單元實現輸出控制。 CPU 輸 出 接 口 電源 CPU 輸 入 接 口 14 2．存儲器 存 儲器主要有兩種，一種是可讀 /寫操作的隨機存儲器（ RAM） ，另一種是 只讀存儲器 (ROM)、可編程只讀存儲器（ PROM） 、和電可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)和電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPROM)。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠商編寫的，與 PLC 的硬件組成有關，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能，提供 PLC 運行的平臺。 用戶程序是隨 PLC 的控制對象而定的，有用戶根據對象生產工藝的控制要求而編制的應用程序。為了防止干擾對RAM 中程序的破壞，當用戶程序經過運行正常不需要改變時，可將其固化在 EPROM中。 工作數據是 PLC 運行過程中經常變化、經常存取的一些數據，它存放在 RAM中，以適應隨 機存取的要求。根據需要部分數據在掉電的時用后備電池維持其現有的狀態(tài)，這部分在掉電的可保存數據的存儲區(qū)域稱為保持數據區(qū)。當 PLC 提供的用戶程序存儲容量不夠用時，許多 PLC 還提供存儲器擴張功能。 PLC 通過輸入接口也可以檢測被控對象的各種數據，以這些數據作為 PLC 對被控對象進行控制的依據。 由于外圍輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而 PLC 內部CPU 的處理的信息只能是標準電平，所以 I/O 接口可以實現這種轉換。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況能夠直觀的顯示出來，以便于維護。 I/O 接口（模塊）的主要類型有：開關量（數字量）輸入、開關量輸出和模擬量輸入、模擬量輸出等。 開關量輸入是把現場各種開關信號轉化為 PLC 能處理的標準二進制信號。 開關量輸出是把 PLC 的內部信號轉化為現場執(zhí)行機構的各種開關信號，如指示燈的亮滅、電動機的汽艇和正反轉、設備的轉動、平移、升 降和閥門的開閉。 模擬量輸入在過程控制中的應用很廣，如溫度、壓力、速度、流量、位移以及酸堿度等都是相對于電壓電流的模擬量值，再通過一定運算（ PID）后，控制生產過程達到一定的目的。模擬量輸入就是將模擬量信號（電壓電流）轉化為二進制數字信號，然后送到 CPU 模塊進行數 據處理和控制。 模擬量輸出是將 PLC 與運算后的數字信號轉換成相應的模擬信號（ 4~20mA、0~20mA 的電流輸出信號或 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 的電壓輸出信號 ）輸出，然后通過信號轉化為外圍設備需要的信號來控制外圍設備，例如繼電器 、接觸器 、 電動閥和伺服電機等，以滿足生產過程現場連續(xù)信號的控制要求。 4．通信接口 通信接口是 PLC 主機實現人 — 機對話或機 — 機對話的通道。 PLC 通過這些通信接口可與打印機、監(jiān)視器、其他 PLC、計算機等設備實現通信。與監(jiān)視器連接可將控制過程圖像顯示出來。與計算機連接， 圖 23 模擬量輸入框 圖 圖 24 模擬量輸出框圖 可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現控制與管理相結合。 5. 電源 PLC 中的 電源有些是與 CPU 模塊（包括中央處理器 CPU、電源和 I/O 接口 ）合而為一的，有些事分不開的。內部：開關穩(wěn)壓電源，供內部電路使用；大多數機型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現場的開關信號、外部傳感器供電，如三菱 F F FX2 和FX2N 系列等。 6．外部設備 A/D 轉換器 光電 耦合 隔離 濾 波 內部 電路 信 號 轉 換 光電 耦合 隔離 D/A 轉換器 內部電路 17 外部設備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 （ 1） 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程 、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。 （ 2） 監(jiān)控設備：有數據監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。 （ 3） 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 了解了 PLC 的基本結構，我們在購買程控器 時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳。在 PLC 的軟件系統(tǒng)中，軟件分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。它被固化在 ROM 或 EPROM 中，安裝在PLC 的系統(tǒng)程序存儲器內，隨產品提供給用戶，主要用于控制 PLC 本身運行。 （ 1） 管理程序是監(jiān)控程序中最重要的部分，管理整個 PLC 的運行。 （ 2） 用戶指令解釋程序用于將用戶通過各種編輯語言（梯形圖、語句表等）編制的用戶應用程序變成機器能執(zhí)行的機器語言程序。 由于通過改進系統(tǒng)程序可以在不改變硬件系統(tǒng)的情況下大大改善 PLC 的性能，所以，制造廠商對系統(tǒng)程序的編制極其重視，其產品的系統(tǒng)程序也在不斷升級和完善。用戶程序包括開關量邏輯控制程序、模擬量邏輯運算控制程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應用程序等。模擬量運算控制程序和閉環(huán)控制程序通常都是在大中型 PLC 上運行的程序，由用戶 根據控制要求按 PLC 供應商提供的軟件和硬件功能進行編制。 PLC 的編程和計算機編程一樣，用戶程序需要一個用戶環(huán)境、用戶程序結構、用戶編程語言。它包括用戶數據結構、用戶存儲器（元件區(qū)）分配等。如圖 26 所示。如 27 所示。 PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路技 術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的﹠ 20 可靠性。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發(fā)出警報信息。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。除了邏輯處理功能以外， PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。它接口容易，編程 語言易于為工程技術人員接受。 4. 系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制 系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。 RUN狀態(tài)是執(zhí)行應用程序的狀態(tài)。為了使 PLC 的輸出能夠及時地響應可能隨時變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不停地重復執(zhí)行，直至 PLC 停機或切換到 STOP 狀態(tài)，因此 PLC采用的是周期循環(huán)掃描工作方式。 1． 內部處理階段 CPU 對 PLC 內部的硬件 作故障檢查，復位監(jiān)控定時器等。 當 PLC 處于 STOP 狀態(tài)時，只執(zhí)行以上兩個階段的操作。 3． 輸入采樣階段 每次掃描周期開始時，先讀取輸入端子的當前值，然后寫到輸入映像寄存器中。 4． 程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 按照梯形圖的順序，自坐而右、自 上而下地逐行掃描，在這一階段中， CPU 從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結束，程序運行結果放入輸出映像寄存器和其他軟元件映像寄存器中。然后PLC 進入下一個循環(huán)周期，重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復始。這個時間 由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。濾波時間常數決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10ms 左右。若是繼電器型輸出電路，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；雙向