【正文】 F 系列、美國 GE 公司 的 GE 系列和德國西門子公司的 S 系列等。計算機(jī)在操作系統(tǒng)、通行能力 、應(yīng)用軟件 上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了可編程控制器 的 通信能力，豐富了可編程控制器 編程技巧 和編程軟件 ，增強(qiáng)了 PLC 過程 控制能力。 PLC 的 發(fā)展 雖然 PLC 問世時間不長，但是微處理器出現(xiàn)后，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù) 的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展的過程大致可分為三各階段： 早期的 PLC 一般稱作可編程邏輯控制器。它在硬件上是以計算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作出了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場要求。另外還采取了一些措施，以提高 其抗干擾的能力。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。 在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。 這樣，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。 進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。這樣使得PLC 軟、硬功能發(fā)生了巨大變化 。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 圖 11 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 如此循環(huán)運行，直到停止運行。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電 源 。 PLC 中的電源一般有三類： +5V 和 177。 供輸出接口使用的高壓大電流功率電源 。 plc 控制系統(tǒng)，它的 cpu 模塊工作電壓一般是 5V，而 plc 的輸入 /輸出信號電壓一般較高，如直流 24V 和交流 220V 等。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供 DC 5V，正負(fù) 12V,24V 等直流電源 . 小型的 PLC 可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供 24V 直流電源 , 但是驅(qū)動 PLC 負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 PLCI/O 接口輸入部分有 的直接叢 COM 口接出的這主要取決于各種可編程序控制器的基本接線特點，可以從其供貨商產(chǎn)品樣本資料上得到，再就是取決于外部傳感器等接線要求和個人工作習(xí)慣，只要能保證信號正常輸入我認(rèn)為是可以的。現(xiàn)場的輸入信號，如行程開關(guān)、按鈕開關(guān)、 限位開關(guān)以及傳感輸出的模擬量 或開關(guān)量，例如 壓力、流量、溫度、電壓、電流等，都要通過 PLC 的 輸入模塊送到 PLC。輸出模塊的作用 就是是接收中央處理器 以及處理 的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件 可以接受的控制信號，用 驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些模塊又分 交流和直流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊，部件上 也都設(shè)有輸入接線端子排，為了去 除信號的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入 /輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸出模塊 D/A轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC 的 1/0 總線掛接。另外還有。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12 位的二制數(shù)字信號，送給中央處理器進(jìn)行處理。 四 、編程器 它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。目前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也叫簡易編程器 )。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器是個人計算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進(jìn)行操作。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。不同廠家、不同型號的 PLC 的輸入 /輸出點數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入 /輸出點數(shù)可達(dá) 16K，而很多小型機(jī)僅有 10 來點，而且 CPU 本身不帶模擬輸入與輸出， 但 CPU 一般都帶有擴(kuò)展接口。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與CPU 相連。用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點 用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對 PLC作硬件組態(tài)，以求 達(dá)到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng) 開發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。 PLC 的 控制 原理 PLC 采用 “ 順序掃描，不斷循環(huán) ” 的工作方式 1．每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進(jìn)行刷新。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入 。 4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。（ 1） CPU 執(zhí)行指令的速度（ 2）指令本身占有的時間（ 3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的 PLC 掃描速度都是非?？斓?。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。這時，才是 PLC 的真正輸出。 如圖 13所示 上電RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新故障 圖 13 PLC 掃描周期 示意圖 PLC 的 特點 、通用性強(qiáng) —— PLC 的硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的，加之 PLC 的產(chǎn)品已系列化，功能模塊品種多，可以靈活組成各種不同大小和不同功能的控制 系統(tǒng)。當(dāng)需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個 PLC 裝置用于不同的控制對象，只是輸入輸出組件和應(yīng)用軟件的不同 、抗干擾能力強(qiáng) —— 微機(jī)功能強(qiáng)大但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可能導(dǎo)致一般通用微機(jī)不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但由于存在大量的機(jī)械觸點（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強(qiáng)烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。 、維護(hù)方便 —— PLC 的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（輸入輸出可直接與交流 220V，直流 24V 等強(qiáng)電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修 更換。 、功耗小、性價比高 —— 以小型 PLC（ TSX21）為例，它具有 128 個 I/O接口，可相當(dāng)于 400～ 800 個繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216127110mm3 ，重 ，不帶接口的空載功耗為 ，其成本僅相當(dāng)于同功能繼 電器系統(tǒng)的 10～ 20％。 、容易掌握 —— PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內(nèi)掌握。 、施工、調(diào)試周期短 —— 用繼電器 — 接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。 第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計要求 水塔水位控制裝置如圖 21 所示 ： 水 池水 塔水 泵電 磁 閥水 流水 池 上 限 液 位 開 關(guān) S 2水 池 下 限 液 位 開 關(guān) S 1水 塔 上 限 液 位 開 關(guān) S 4水 塔 下 限 液 位 開 關(guān) S 3 圖 21 水塔水位控制裝置 圖 水塔水位的工作方式 1）保持水池的水位在 S3—— S4 之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開關(guān) S3，此時 S3為 ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng) 5S 以后，若水池 水位沒有超過水池下限液位開關(guān) S3 時，則系統(tǒng)發(fā)出警報；若系統(tǒng)正常運行，此時水池下限液位開關(guān) S3 為 OFF，表示水位高于下限水位。 2）保持水塔的水位在 S1—— S2 之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開關(guān) S2 時，則水塔下限液位開關(guān) S2 為 ON，則驅(qū)動電機(jī) M 開始工作，向水塔供水。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位開關(guān) S1 時，則 S1 為 ON，電機(jī) M 停止抽水。 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 水塔水位控制系統(tǒng)主電路如圖 22 所示： M3 ~L 1 L 2 L 3S QF UK MF R 圖 22 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 圖 I/O 接口分配 列出水塔水位控制系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 。據(jù)此，可以對輸入、輸出點作出地址分配 。掃描從 0000 號存儲地址所存放的第 一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。 根據(jù)控制要求，設(shè)計的梯形圖程序如圖 32 所示。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù) PLC 用戶都首選使用梯形圖編程。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。 （ 2） 梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。層次的改變也只能自上而下。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈 外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。 （ 5） 繼電器線圈在一個程序中不能重復(fù)使用 :而繼電器的觸點，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。所以，由梯形圖編 寫指令程序時，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條 指令，一條指令為一個步序。 工作過程 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個液位指示燈全 滅 。若 4 秒之后水池液位按預(yù)定的 超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 A1 亮 ，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此