【正文】 圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。此程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。三、輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離開來，以提高PLC的抗千擾能力。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0一5伏和O一10伏兩種，模擬電流主要是0一ZomA和4一ZomA兩種。一somV，o一IV、一5一+SV、一10一+10V，o一10mA等。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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。五、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(shí)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(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐鳎部芍苯泳幹瞥商菪螆D，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。監(jiān)控工作方式可以對運(yùn)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小型機(jī)僅有10來點(diǎn)，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(jiān)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(diǎn)用戶可根據(jù)自己時(shí)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(shí)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。15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)放使用；供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；鋰電池及其充電電源。目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。 PLC的控制原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。如圖12所示：圖12 PLC掃描周期圖輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 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(diǎn)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(diǎn)和軟設(shè)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(jié)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(yīng)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(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。五、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。第2章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求水塔水位控制裝置如圖21所示： 圖21 水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān)S1，S1此時(shí)為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)4S以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S4為OFF,表示水位高于下限水位。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S3為ON，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)S3為OFF時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不能啟動。表21 水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名啟動開關(guān)水閥M1停止開關(guān)水泵M2水池下限位水池下限指示燈A1水池上限位水池水位報(bào)警指示燈A2水塔下限位水池上限指示燈A3水塔上限位水塔下限指示燈A4水塔水位報(bào)警指示燈A5水塔上限指示燈A6 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有6個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)數(shù)有8個，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有14個，只需選用一般中小型控制器即可。第3章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程圖，如圖31所示： 圖31 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對程序的掃描。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。梯形圖編程的一般規(guī)則有：（1）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流。（3）梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“1態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(diǎn)打開，反之為“O態(tài)”。（4）梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。（6）PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡化。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個操作。當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，水閥打開，開始往水池里進(jìn)水；如果進(jìn)水超過4秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報(bào)警，水池報(bào)警燈A2亮。當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈A3亮，水閥就關(guān)閉。但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈A3滅。 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖32所示：圖32 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖（1）啟停程序：圖33 啟停程序梯形圖（2）水閥控制程序：圖34 水閥控制程序梯形圖（3）水池下限水位指示程序：圖35 水池下限水位指示程序梯形圖（4）水池水位報(bào)警程序：圖36 水池水位報(bào)警程序梯形圖（5）水池水位上限指示程序：圖37 水池水位上限指示程序梯形圖（6）水泵啟?？刂瞥绦颍簣D38 水泵啟?？刂瞥绦蛱菪螆D（7）水塔水位下限指示程序：圖39 水塔水位下限指示程序梯形圖（8）水塔水位報(bào)警程序：圖310 水塔水位報(bào)警程序梯形圖（9）水塔水位上限指示程序：圖311 水塔水位上限指示程序梯形圖第4章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件概述“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系（簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：（1）國內(nèi)用戶還缺乏對組態(tài)軟件的認(rèn)識，項(xiàng)目中沒有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍唧w項(xiàng)目做長周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件； （2）在很長時(shí)間里，國內(nèi)用戶的軟件意識還不強(qiáng)，面對價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購買正版。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，人們逐漸意識到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。 建立WINCC組態(tài)畫面 WINCC組態(tài)畫面打開WINCC組態(tài)軟件，新建單用戶項(xiàng)目，然后進(jìn)入圖形編輯管理器，建立WINCC組態(tài)畫面，如圖41所示。點(diǎn)擊“啟動按鈕”，“水閥”動作，如圖42所示和圖43所示：圖42 啟動初始WINCC畫面圖43 啟動初始仿真畫面4秒后，若“水池低水位指示”信號未輸入，則“水池低水位”報(bào)警燈報(bào)警，如圖44和45所示：圖44 水池報(bào)警WINCC畫面圖45 水池報(bào)警仿真畫面若“水池低水位”信號輸入，則報(bào)警不啟動，啟動“水泵”， 如圖46和47所示：圖46 水泵啟動WINCC畫面圖47 水泵啟動仿真畫面4秒后，若“水塔低水位指示”信號未輸入，則“水塔低水位”報(bào)警燈報(bào)警，如圖47和48所示：圖47 水塔報(bào)警WINCC畫面圖48 水塔報(bào)警仿真畫面若“水塔低水位”信號輸入，則報(bào)警不啟動，如圖49和410所示：圖49 水塔低水位WINCC畫面圖410 水塔報(bào)警仿真畫面若“水塔高水位指示”信號輸入，則關(guān)閉水泵，如圖411和412所示：圖411 水塔高水位WINCC畫面圖412 水塔高水位仿真畫面一段時(shí)間后，若“水池高水位指示”信