【正文】 順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。這十大條 件中比較主要的是：編程方便，可現(xiàn)場修改程序； 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制盤；數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制盤競爭；擴展時原系統(tǒng)改變最少。其后日本、德國等相繼引入，可編程序控制器迅速發(fā)展起來，但是主要應(yīng)用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱 PLC。它采用可編程 序的存儲器，用 來在 其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運算 、 順序控制 、 定時 、 計數(shù) 和 算術(shù) 運算 等 操作 指令，并通過數(shù)字 、 模擬式 的 輸入 和 輸出 ， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上都類似于計算機，它可以采用傳統(tǒng)電氣圖為基礎(chǔ)的梯形圖語言編程，方法簡單且易于學(xué)習(xí)和掌握。由于這些特點， PLC 在自動控制系統(tǒng)中的使用非常廣泛。 3 （ 2） 定時控制 為滿足生產(chǎn)控制工藝對時間的要求， PLC 一般提供時間繼電器 。并且計時時間常數(shù)在范圍內(nèi)用戶編寫程序時自己設(shè)定： 接通延時、關(guān)斷延時和定 時脈沖等方式。 （ 3） 計數(shù)控制 為滿足計數(shù)的需要，不同的 PLC 提供不同數(shù)量、不同類型的計數(shù)器。 用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接 碼盤進行位置檢測 ，且在 PLC 運行中也可以讀出、修改，使用方便 （ 4） 步進順序控制 步進順序控制是 plc 最基本的控制方式。 （ 5） 對控制系統(tǒng)的監(jiān)控 PLC 具有較強的監(jiān)控能力，操作人員可以根據(jù) PLC 的監(jiān)控信息，通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而改變對異常值的設(shè)定。 如 數(shù)據(jù)采集、 存儲與處理功能 。 通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。通常所說的 SCADA 系統(tǒng)，現(xiàn)場端 和遠(yuǎn)程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。 （ 9） 人機界面功能 提供操作者以監(jiān)視機器 、 過程工作必需的信息。實現(xiàn)人機界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的 CRT 顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。因此它在工業(yè)控制中的地位越來越高，占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有如下獨特的特點： （ 1） 可靠性高 PLC 是專門為工業(yè)控制設(shè)計的，在設(shè)計和制造過程中采取了多層次抗干擾、精選元件的措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強電設(shè)備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。 （ 2） 編程簡單易學(xué) PLC 的最大特點之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語言，它是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。 （ 3） 通用性強，使用方便 由于 PLC 自身硬件特點，用戶在進行控制系統(tǒng)的設(shè)計時，不需要自己設(shè)計和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進行模塊的配置；用戶所作的工作只是設(shè)計 5 滿足控制對象的控制要求的應(yīng)用程 序。 （ 4） 系統(tǒng)設(shè)計周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅僅是根據(jù)對象的控制要求配置適當(dāng)?shù)哪K，而不要設(shè)計具體的接口電路，同時軟件設(shè)計和外圍電路設(shè)計可以同時進行，這樣大大縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計的時間，加快了系統(tǒng)的設(shè)計周期。 （ 6） 安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小 PLC 控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 口相連。其本身可靠性高，有完善的自診斷能力和系統(tǒng)監(jiān)控能力，方便迅速故障查明和排除，維護的工作效率高。這是 PLC 產(chǎn)品的市場生存價值。而作為 PLC 的用戶，要正確地應(yīng)用 PLC 去完成各種不同的控制任務(wù)，首先應(yīng)了解其組成結(jié)構(gòu)和工作原理。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是 PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是 PLC 與普通微機相區(qū)別之處，其需要考慮實際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實際 控制系統(tǒng)方便使用，所以 PLC 采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器 6 （ CPU）、存儲器（ RAM/ROM）、輸入輸出接口（ I/O）電路、通信接口及電源組成。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能 ：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)； 、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 I/O 映象 寄存區(qū) 的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)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。 存放系統(tǒng)軟件 （包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序） 的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器 ； 存放 用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)） 的存儲器稱為用戶程序存儲器 ，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分 。 ② EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。包括監(jiān)控程序、管 理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。它和硬件一起決定了該 PLC 的性能。 a)I/O 映象 寄存區(qū) 由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。一個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中的一個位，一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字。 b)系統(tǒng)軟 元件 存儲區(qū) 除了 I/O映象寄存區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類軟 元件 （邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。 ③ 用戶程序存儲 區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。 （ 3） 輸入接口電路 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實習(xí)室涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍，也是實驗條件所限，在次我們主要介紹開關(guān)量接口電路。這也是其 I/O 設(shè)計的優(yōu)點之處，經(jīng)過了電氣隔離后，信號才送入 CPU執(zhí)行的 ,防止現(xiàn)場的強電干擾進入。 ① 輸出接口電路的隔離方式 有繼電器隔離方式、光電耦合器隔離方式和 晶 閘管輸出隔離方式。繼電器輸出型響應(yīng)時間平均約為 10ms；晶閘管輸出型響應(yīng)時間為1ms 以下；晶體管輸出型在 以下為最快。 Y0、 Y1 每輸出 1 點的輸出電流是 ，但是對 Y0、 Y1 使用定位指令時需要高速響應(yīng)，因此使用 10— 100mA的輸出電流；晶閘管輸出電流也比較小 . c)開路漏電流 開路漏電流是指輸出處于 OFF 狀 態(tài)時，輸出回路中的電流。 d)輸出公共端（ COM） 公共端與輸出各組之間形成回路，從而驅(qū)動負(fù)載。 （ 5） 電源 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。允許瞬時停電在 10ms 以下，能繼續(xù)工作。因此 PLC 對電源的基本要求： a)能有效地控制、消除電網(wǎng)電源帶來的各種干擾； b)電源發(fā)生故障不會導(dǎo)致其它部分產(chǎn)生故障； c)允許較寬的電壓范圍； d)電源本身的功耗低，發(fā)熱量??； e)內(nèi)部電源與外部電源完全隔離； f)有較強的自保護功能。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O 掃描方 式 ，若有鍵按下或有 I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。對每個程序， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為 一個掃描周期。一個掃描周期主要可分為 三 個階段。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬 上進行的，所以亦將這兩個階段統(tǒng)稱為 I/O 刷新階段。綜上述， PLC 11 的掃描工作過程如圖 23所示 : 圖 23 PLC的掃描工作過程 顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。由于每個掃描周期只進行一次 I/O 刷新，即每一個掃描周期 PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的 響應(yīng)速度。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，PLC 在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。 總之， PLC 采用 循環(huán) 掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點之一，我們在學(xué)習(xí)和使用 PLC 當(dāng)中都應(yīng)加強注意。 （ 2） 輸入 /輸出點數(shù) —— I/O 點數(shù)即 PLC面板上輸入、輸出信號用的端子的個數(shù)。 M100 X401 M100 輸 出 刷新 輸 入 刷新 掃 描 周期 元件映像寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 M100 Y430 輸入端子 輸入映像寄存器 12 （ 4） 編程指令的種類和數(shù)量 —— 編程的指令越多，其功能越強。 （ 5） 擴展能力 —— I/O 擴展單元進行 I/O 點數(shù)擴展；使用各種功能模塊進行 功能的擴展。 三菱 FX1N 系列 PLC 的基本指令 FX1N 系列 PLC 的基本指令 如表 21所示 ： 表 21 FX1N系列 PLC的基本指令 助 記 符 功 能 梯形圖符號和操作軟元件 LD 取 常開觸點邏輯運算起始 (常開觸點與左母線連接 ) LDI 取反 常閉觸點邏輯運算起始 (常閉觸點與左母線連接） AND 與 串聯(lián)連接 (常開觸點與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接 ) ANI 與非 串 聯(lián)連接 (常閉觸點與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接 ) OR 或 并聯(lián)連接 (常開觸點與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接 ) ORI 或非 并聯(lián)連接 (常閉觸點與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接 ) ANB 電路塊與 并聯(lián)電路塊的串聯(lián)連接 (電路塊與其他觸點或觸點組串聯(lián)連接 ) ORB 電路塊或 串聯(lián)電路塊的并聯(lián)連接 (電路塊與其他觸點或觸點組并聯(lián)連接 ) OUT 輸出 線圈驅(qū)動 13 SET 置 1 使線圈接通并保持動作 RST 復(fù)零 使線圈斷開 ,消除動作保持 ,寄存器清零 PLS 上升沿 脈沖 上升沿微分輸 出 (當(dāng)檢測到輸入脈沖的上升沿時 ,指令的操作元件閉合一個掃描周期 ) PLF 下降沿 脈沖 下降沿微分輸出 (當(dāng)檢測到輸入脈沖的下降沿時 ,指令的操作元件