【正文】 具有多路模擬量 I/O模塊和 PID控制功能，有的小型 PLC也具有模擬量輸入輸出。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 5) 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括 PLC與 PLC、 PLC與上位計(jì)算機(jī)、 PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) PLC控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的比較 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 PLC控制系統(tǒng)與繼電控制系統(tǒng)的比較見表 ，從表中可以看出， PLC控制系統(tǒng)具有繼電控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)將逐漸被 PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢(shì)所趨。工控機(jī)是由通用微機(jī)應(yīng)用發(fā)展而來，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，能提供實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。可編程控制器對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，變通用為專有，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等，更適合工業(yè)過程控制的要求，但是它的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，各廠家的產(chǎn)品不通用，因此在開發(fā)上不如工控機(jī)那樣有基礎(chǔ)。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 表 PLC控制系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較 比較項(xiàng)目 通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng) 工作目的 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動(dòng)控制 工作環(huán)境 對(duì)工作環(huán)境的要求較高 對(duì)環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描及中斷方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件 一般只需簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護(hù)等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級(jí)語言如： BASIC ， C 等 梯形圖，助記符語言， SF C 標(biāo)準(zhǔn)化語言 結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)松散，體積大，密封性差；鍵盤大，顯示器大 結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。煌鈿?jiān)固，密封 可靠性 抗干擾能力差，不能長(zhǎng)期運(yùn)行 極高，抗干擾能力強(qiáng)，能長(zhǎng)期運(yùn)行 價(jià)格 價(jià)格高 價(jià)格較低 其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計(jì) 機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 一般情況下，在工業(yè)自動(dòng)化工程中多采用 PLC，但計(jì)算機(jī)在信息處理方面優(yōu)于 PLC，所以在一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常將二者結(jié)合起來， PLC做下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，計(jì)算機(jī)做上位機(jī)進(jìn)行信息處理。但是，它們之間又有一些差別： (1) 發(fā)展基礎(chǔ)不同。 DCS是由儀表過程控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。 (2) 擴(kuò)展方向不同。DCS自 20世紀(jì) 70年代問世后，也逐漸地把順序控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、回路控制儀表、過程監(jiān)控裝置有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成了能滿足各種不同控制要求的集散控制系統(tǒng)。目前，很多工業(yè)生產(chǎn)過程既可用 PLC實(shí)現(xiàn)控制，又可用 DCS實(shí)現(xiàn)控制。所以，以PLC為控制器的 DCS必將逐步占領(lǐng)以微型計(jì)算機(jī)為控制器的中小型 DCS市場(chǎng)。了解、熟悉它們的異同，將有助于我們根據(jù)控制任務(wù)和應(yīng)用環(huán)境來恰當(dāng)?shù)剡x用最合適的控制系統(tǒng)，更好地發(fā)揮其效用。其硬件配置與一般的微型計(jì)算機(jī)裝置類似。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序 (系統(tǒng)軟件 )和用戶程序(應(yīng)用軟件 )兩大部分組成，系統(tǒng)程序由 PLC廠商編制，固化在ROM中，安裝在 PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶，用戶程序是由使用者編制、用梯形圖或指令表等表達(dá)的專用軟件。主要由中央處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (RAM、 ROM)、輸入 /輸出器件 (I/O接口 )、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。 1．中央處理器 (CPU) 中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。一類為通用微處理器，如 8028 80386等，一類為單片機(jī)芯片，如 8038096等，另外還有位處理器，如 AMD2900、 AMD2903等。現(xiàn)在常見的可編程機(jī)型一般多為 8位或者 16位機(jī)。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 圖 單元式 PLC硬件結(jié)構(gòu) 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 2．存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。只讀存儲(chǔ)器用來保存那些需永久保存，即使機(jī)器掉電后也需保存的程序，一般分為掩膜只讀存儲(chǔ)器和可編程電改寫只讀存儲(chǔ)器。隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的臨時(shí)數(shù)據(jù)。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 可編程控制器的存儲(chǔ)區(qū)域按用途不同，又可分為程序區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)用來存放用戶數(shù)據(jù)，一般要小一些。由于可編程控制器是被熟悉繼電接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用的，因此可編程控制器的數(shù)據(jù)單元都叫繼電器，如輸入繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等。每個(gè)存儲(chǔ)單元有不同的地址編號(hào)。輸入接口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。由于可編程控制器在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作，對(duì)輸入輸出接口有兩個(gè)主要的要求：一是接口有良好的抗干擾能力；二是接口能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)的匹配要求。 1) 開關(guān)量輸入接口 其作用是把現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量信號(hào)變成可編程控制器內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 從圖中可以看出，輸入接口中都有濾波電路及耦合隔離電路。圖中輸入口的電源部分都畫在了輸入口外 (虛線框外 )，這是分體式輸入口的畫法，在一般單元式可編程控制器中，輸入口都使用可編程本機(jī)的直流電源供電，不再需要外接電源。開關(guān)量輸出接口按 PLC內(nèi)使用的器件可分為繼電器型、晶體管型及可控硅型。從圖中可以看出，各類輸出接口中也都有隔離耦合電路。繼電器型的輸出接口可用于交流及直流兩種電源，但接通斷開的頻率低；晶體管型的輸出接口有較高的接通斷開頻率，但只適用于直流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合；可控硅型的輸出接口僅適用于交流驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。模擬量輸入接口接受標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，無論是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)均可。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中模擬量信號(hào)的變化范圍一般不是標(biāo)準(zhǔn)的，在送入模擬量接口時(shí)一般都需經(jīng)變送處理才能使用。 模擬量信號(hào)輸入后一般經(jīng)運(yùn)算放大器放大后進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 ,再經(jīng)光電耦合后為可編程控制器提供一定位數(shù)的數(shù)字量信號(hào)。模擬量輸出接口一般由光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。 模擬量輸入 /輸出接口一般安裝在專門的模擬量工作單元上。這類單元大多是獨(dú)立的工作單元。從近期的發(fā)展來看，不少新型的可編程控制器本身也帶有 PID功能及高速計(jì)數(shù)器接口，但它們的功能一般比專用單元的功能弱。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 5. 外部設(shè)備 1) 編程器 可編程控制器的特點(diǎn)是它的程序是可變更的，能方便地加載程序，也可方便地修改程序。它一般分為兩類：一類是專用的編程器，有手持的，也有臺(tái)式的，也有的可編程控制器機(jī)身上自帶編程器，其中手持式的編程器攜帶方便，適合工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；另一類是計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行可編程控制器相關(guān)的編程軟件即可完成編程任務(wù)，軟件編程比較容易，編好后下載到可編程控制器中去運(yùn)行。它經(jīng)過接口 (也屬于輸入輸出口的一種 )與處理器連機(jī)，完成人機(jī)對(duì)話操作。前者只能聯(lián)機(jī)編程，后者既可聯(lián)機(jī)編程又可脫機(jī)編程。它的優(yōu)點(diǎn)是在編程及修改程序時(shí)，可以不影響 PLC機(jī)內(nèi)原有程序的執(zhí)行，也可以在遠(yuǎn)離主機(jī)的異地編程后再到主機(jī)所在地下載程序。 (1) 盒式磁帶機(jī)，用以記錄程序或信息。 (3) ?EPROM寫入器，用以將程序?qū)懭胗脩?EPROM中。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) PLC的軟件系統(tǒng) 1. 軟件的分類 PLC的軟件包含系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件兩大部分。系統(tǒng)管理程序用以完成機(jī)內(nèi)運(yùn)行相關(guān)時(shí)間分配、存儲(chǔ)空間分配管理及系統(tǒng)自檢等工作。系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程控制器之前就已裝入機(jī)內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。使用 PLC實(shí)現(xiàn)某種控制目的，用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，就是 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 人們所指的存儲(chǔ)邏輯。同一臺(tái) PLC用于不同的控制目的時(shí)就需要編制不同的應(yīng)用軟件。 2. 應(yīng)用軟件編程語言的表達(dá)方式 應(yīng)用程序的編制需使用可編程控制器生產(chǎn)廠方提供的編程語言。但由于各國(guó)可編程控制器的發(fā)展過程有類似之處，因此可編程控制器的編程語言及編程工具大體差不多。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) PLC的工作原理 PLC的等效電路 PLC的等效電路如圖 。外部輸入信號(hào)經(jīng) PLC輸入接線端子驅(qū)動(dòng)輸入繼電器。由于輸入繼電器反映輸入信號(hào)的狀態(tài)，如輸入繼電器接通即表示傳送給 PLC一個(gè)接通的輸入信號(hào)，因此習(xí)慣上經(jīng)常將兩者等價(jià)使用。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 圖 PLC的等效電路 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 2. 內(nèi)部控制電路 這部分電路是由用戶程序形成的。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似于繼電器控制原理圖，兩者在電路結(jié)構(gòu)及線圈與接點(diǎn)的控制關(guān)系上都大致相同，只是梯形圖中元件符號(hào)及其含義與繼電器控制回路中的元件不同。 3. 輸出回路 輸出回路由與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。每個(gè)輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的常開、常閉觸點(diǎn)外，還為 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 輸出電路提供一個(gè)常開觸點(diǎn)與輸出接線端相連。在 PLC的輸出端子排上，有接輸出電源用的公共端。該觸發(fā)器為“ 1”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器接通；該觸發(fā)器為“ 0”態(tài)，則相當(dāng)于繼電器斷開。 PLC的所有繼電器統(tǒng)稱 PLC的元素，其使用及編程方法將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹。為了便于執(zhí)行程序，在存儲(chǔ)器中設(shè)置輸入映像寄存器和輸出映像寄存器區(qū) (或統(tǒng)稱I/O映像區(qū) )，分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。所謂掃描，只不過是一種形象的說法，用來描述 CPU對(duì)程序順序、分時(shí)操作的過程。由于 CPU的運(yùn)算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序似乎是同時(shí)執(zhí)行的。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式。而 PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式：在 PLC的動(dòng)作過程中，如果某個(gè)軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點(diǎn)并不一定都會(huì)立即動(dòng)作，只有CPU掃描到該接點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作：其常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)打開。每個(gè)掃描過程分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài) (“0”或“ 1”，表現(xiàn)在接線端上為是否承受外加電壓 )讀入輸入映像寄存器區(qū)。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號(hào)狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生改變。如果程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序?qū)τ山狱c(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng) RAM區(qū)對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)，會(huì)對(duì)排在下面的，凡是用到這些邏輯線圈的 觸點(diǎn) 或數(shù)據(jù)的邏輯行起作用，而排在 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，只有等到 下一個(gè)掃描周期才可能會(huì)對(duì)排在上面的邏輯行起作用。如果程序中兩個(gè)操作相互用不到對(duì)方的操作結(jié)果，那么這兩個(gè)操作的程序在整個(gè)用戶程序中的相對(duì)位置是無關(guān)緊要的。此時(shí)，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路中，再通過輸出端驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備 (負(fù)載 )，這就是 PLC的實(shí)際輸出。 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 圖 PLC掃描過程 第 3章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 4. ?PLC對(duì)輸入、輸出的處理規(guī)則 從上面分析的程序執(zhí)行過程，可得出 PLC對(duì)輸入 /輸出的處理規(guī)則，如圖 。在程序執(zhí)行和輸出刷新