【正文】 作。功能塊圖編程語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言的編程方法的應(yīng)用正在普及，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用?？删幊炭刂破魉哂械淖栽\斷功能對(duì)維修人員技能的要求降低，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障代碼的顯河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 示和故障信號(hào)燈的提示等信息，或通過(guò)編程器和 CRT屏幕的顯示，直接找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時(shí)間，降低了 MTTR。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用備品、備件簡(jiǎn)化等，也使維修 工作變得方便。例如，將需要維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，將信號(hào)燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線和更換的類型等，這些設(shè)計(jì)使維修工作能方便地進(jìn)行，大大縮短了維修時(shí)間。 ⑴ 編程的靈活性。使用者只要掌握其中一種編程語(yǔ)言就可進(jìn)行編程。 采用軟連接方法，生產(chǎn)工藝流程 更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換后，可不必改變可編程控制器的硬設(shè)備，通過(guò)程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使可編程控制器能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。 ⑵擴(kuò)展的靈活性。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)展 ，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。這種擴(kuò)展的靈活性大大方便了用戶。操作靈活性指設(shè)計(jì)工作量、編程工作量和安裝施工工作量的河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 減少。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需要的一些操作得到簡(jiǎn)化，不同生產(chǎn)過(guò)程可采用相同的控制臺(tái)或控制屏等?？删幊炭刂破髡沁@一要求的產(chǎn)物，它是專為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，具有體積小、功能強(qiáng)，抗擾性好等優(yōu)點(diǎn)，它將機(jī)械與電氣部件有機(jī)地組合，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合和集成在一起，因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過(guò)程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。 可編程控制器是專門(mén)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，為了便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和接線，其結(jié)構(gòu)形式與一般計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別。 ⑴ 整體式結(jié)構(gòu)。機(jī)箱的面板上有相應(yīng)的發(fā)光二極管 LED顯示輸入 /輸出、電源及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，面板上還留有輸入 /輸出擴(kuò)展接口的插座、外部設(shè)備接口的插座和 EPROM 存 儲(chǔ)器的插座等。 ⑵ 模塊式結(jié)構(gòu)。在機(jī)架或背板上有若干個(gè)模塊插槽或插座和連接這些插槽或插座的內(nèi)部系統(tǒng)總線。各種模塊的一側(cè)安裝與內(nèi)部系統(tǒng)總線連接用的插頭，用于與機(jī)架或背板連接；另一側(cè)有與 輸入 /輸出擴(kuò)展機(jī)、外部設(shè)備相連的接口插座或與現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)相連的輸入 /輸出接線端，模塊上的各種狀態(tài)指示燈也設(shè)置在這一側(cè)。 /輸出點(diǎn)數(shù)分類 為適應(yīng)不同生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用要求，可編程控制器能處理的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是不同的。 表 11列出了各種類型可編程控制器的類型和特點(diǎn) 。其特點(diǎn)是體積小 、結(jié)構(gòu)緊湊，它可以據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。它除了具有小型機(jī)所河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 11 能實(shí)現(xiàn)在功能外，還具有強(qiáng)在的網(wǎng)絡(luò)通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。它具有強(qiáng)大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。 根據(jù)工業(yè)生 產(chǎn)過(guò)程中控制系統(tǒng)復(fù)雜程度的要求不同， 可編程控制器的功能各不相同，大致分為低檔、中檔、高檔三個(gè)檔次。 此外，也可根據(jù)其發(fā)展和應(yīng)用，分為可編程控制器、可編程自動(dòng)化控 制器、可編程安全控制器等。標(biāo)準(zhǔn)可編程控制器編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、順序功能表圖、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本等。 早期可編程控制器產(chǎn)品的編程語(yǔ)言并不統(tǒng)一，各制造商根據(jù)各自產(chǎn)品開(kāi)發(fā)專用河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 12 編程語(yǔ)言，使程序的移植很困難。即基本級(jí)、可重復(fù)使用級(jí)和全兼 容級(jí)。 梯形圖編程語(yǔ)言是在原電氣控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器線路基礎(chǔ)上演變而來(lái)，它與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，為廣大電氣工程師所熟知，是可編程控制器主要編程語(yǔ)言。 功能塊圖編程語(yǔ)言是近年來(lái)用于 DCS 等控制系統(tǒng)組態(tài)的編程語(yǔ)言。 結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言采用高級(jí)語(yǔ)言編制應(yīng)用程序，特別適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)的描述，但對(duì)編程人員的技能要求較高。這種編程語(yǔ)言對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)有清晰的描述，程序執(zhí)行時(shí)間短，受到用戶的歡迎。其容量是由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器組成的。一般中小型 PLC的存儲(chǔ)器容量在 16KB 以下，大型的 PLC 可達(dá)到 2MB 左右。系統(tǒng)程序是制造廠商根據(jù)生產(chǎn)的可編程控制器所需達(dá)到的功能而編寫(xiě)，并被固化在作為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的 PROM 或 EPROM中，因此，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的容量大小是確定的。 可編 程控制器制造廠商根據(jù)其產(chǎn)品的功能、處理的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)等性能配置用戶程序存儲(chǔ)器的容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量。在選擇可編程控制器時(shí)，可編程控制器的存儲(chǔ)容量通常指用戶程序存儲(chǔ)器容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量之和。 I/O 點(diǎn)數(shù)越多，說(shuō)明需要控制的器件和設(shè)備就越多。 不同種類可編程控制器適用范圍不同。通常，開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出單元采用最大的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)表示，模擬量輸入 /輸出單元采用最大輸入 /輸出通道數(shù)表示。 掃描速度與產(chǎn)品選用的 CPU性能、系統(tǒng)程序的質(zhì)量、用戶程序的長(zhǎng)短和所用指令等有關(guān)。每次循環(huán)所用掃描時(shí)間（掃描時(shí)間是指 CPU 內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開(kāi)始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。第一部分、第二部分任務(wù)所需時(shí)間基本固定，不同產(chǎn)品類型決定其運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短。 有兩種表示可編程控制器掃描速度的方法：一種方法是可編程控制器掃描 1KB用戶程序所需時(shí)間，其單位是 ms/KB或μ s/KB；另一種方法是執(zhí) 行常用邏輯類指令河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 14 的平均時(shí)間，其單位是 ms 或μ s。 指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和 PLC 的處理能力和控制能力。它們主要用來(lái)完成計(jì)時(shí)、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還有其他一些功能。 智能模塊是指能完成模擬 量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。 可編程控制器是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)，但在選用可編程控制器時(shí)還應(yīng)考察下列三方面的使用指標(biāo)。包括工作環(huán)境的溫度、濕度、環(huán)境中塵埃的要求等。包括電源電壓、頻率、電壓紋波系數(shù)、電壓瞬間跌落、容量等。包括耐壓強(qiáng)度、抗電磁干擾強(qiáng)度、抗震動(dòng)強(qiáng)度等。用戶選擇可編程控制器時(shí)要考慮的可擴(kuò)展性包括下列內(nèi)容。輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的可擴(kuò)展性指是否還可連接輸入 /輸出擴(kuò)展機(jī)架或母板，是否可在原有機(jī)架或母板上再安裝輸入 /輸出模板等。 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 15 ⑵存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展。當(dāng)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展后，如果用戶程序容量不能擴(kuò)展，則可能會(huì)因用戶程序容量的不足而受影響。 ⑶控制區(qū)域的擴(kuò)展。 ⑷控制功能的擴(kuò)展?？刂乒δ艿臄U(kuò)展也包括是否能提供相關(guān)智能控制功能模塊等，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求合理選用。在重要應(yīng)用場(chǎng)合，可編程控制器應(yīng)考慮冗余配 置。一些可編程控制器可以進(jìn)行各種冗余配置，一些產(chǎn)品則沒(méi)有冗余功能的擴(kuò)展，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求合理選用。隨著對(duì)功能安全要求的不斷提升，對(duì)可編程控制器的安全性和可編程控制器系統(tǒng)的安全性能提出越來(lái)越高的要求，可編程控制器的安全功能擴(kuò)展包括對(duì)安全可編程控制器的選用和擴(kuò)展。國(guó)外對(duì)使用可編程控制器原因的一份調(diào)查報(bào)告指出，在各種使用可編程控制器的原因中，由于它的可靠性而選用的比 例最高，而且是第一位的原因。 可靠性指標(biāo)用可靠度、平均壽命、平均無(wú)故障時(shí)間、有效率等來(lái)評(píng)估。 可編程控制器在提高可靠性和可維修性方面采取了很多措施。正是由于采用了可靠性設(shè)計(jì)，使可編程控制器的可靠性和可維修性大大提高。易操作使操作人員能及時(shí)得到生產(chǎn)過(guò)程的信息，及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作和控制；易編程使設(shè)計(jì)人員能方便地把設(shè)計(jì)思想變成用戶應(yīng)用程序，程序的輸入和更改十分簡(jiǎn)單，并能在不影響生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行的條件下進(jìn)行在線更改，以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求；易維 修使維修人員能從可編程控制器提供的信息中及時(shí)找到故障原因和部位，能方便地更換故障的部件和模塊。 可編程控制器在易操作性方面采取了不少措施。 任何一個(gè)產(chǎn)品都與經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。即在選擇可編程控制器產(chǎn)品時(shí)，首先應(yīng)使產(chǎn)品滿足生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求，在此前提下，應(yīng)選擇價(jià)格較低的產(chǎn)品。有時(shí)，產(chǎn)品的初期投資不高，但因可靠性較差或產(chǎn)品質(zhì)量較差，使投產(chǎn)后的維修費(fèi)用居高不下。在考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，可用投資回收率來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如 22 所示 電源 輸入 /輸出單元 存儲(chǔ)器 編程器 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 18 編程器 其他PLC 或上位機(jī) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 電源模塊 CPU 模塊 通信 模塊 輸入模塊 輸出模塊 殊功功能模塊 機(jī)架 圖 22 模塊式結(jié)構(gòu) PLC各組成部分介紹 ⑴中央處理器 中央處理器（ CPU）是 PLC 的核心部分，相當(dāng)于 PLC的“大腦”。通過(guò)制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)部的系統(tǒng)程序完成各項(xiàng)任務(wù)。 ⑵存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，我們把存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，是 PLC 廠家根據(jù)選用的 CPU的指令系統(tǒng)編寫(xiě)的， 并固化到 ROM 里，用戶不能修改其內(nèi)容。不同類型的 PLC，河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 其存儲(chǔ)容量也不一樣。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲(chǔ)器必須可讀寫(xiě)。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向 PLC提供的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，變成 CPU能夠識(shí)別的信號(hào)。 ⑷電源部分 不同型號(hào)的 PLC 有不同的供電方式，所以 PLC 電源的輸入電壓既有 12V 和 24V直流，又有 110V 和 220V 交流。它還可以在線檢測(cè)程序的運(yùn)行情況。 ⑹特殊功能單元 主要包括模擬量輸入 /輸出單元、遠(yuǎn)程 I/O模塊、通信模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、中斷輸入模塊和 PID 調(diào)解模塊等。 基本指令 LD/LDI指令： LD 和 LDI 指令是連接在母線連接的觸點(diǎn) .表示操作開(kāi)始 .LD是常開(kāi)觸點(diǎn) ,LDI 是常閉觸點(diǎn) . AND/ANI指令： AND和 ANI 指令是串聯(lián)連接的觸點(diǎn) ,AND 是常開(kāi)觸點(diǎn) , ANI是常閉觸點(diǎn) . OR/ORI指令： OR 和 ORI 指令是并聯(lián)連接的觸點(diǎn) ,執(zhí)行邏輯 “ 或 ” 的功能 .OR 是常開(kāi)觸點(diǎn) ,ORI 是常閉觸點(diǎn) . 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20 OUT指令： OUT 指令執(zhí)行邏輯輸出的功能 ,條件成立時(shí)為 ON,條件不成立時(shí)為 OFF. ANB/ORB指令： ANB 完成支路間的串聯(lián)的功能 ,用于執(zhí)行 支路之間 “ 于 ”操作； ORB 完成支路間的并聯(lián)的功能 ,用于執(zhí)行支路之間 “ 或 ” 操作 . 比較指令： CMP（ Compare）的功能指令編號(hào)為 FNC10， 16 位運(yùn)算占 7個(gè)程序步， 32 位運(yùn)算占 13 個(gè)程序步 . 傳送指令： MOV 的功能號(hào)為 FNC12,它是將源操作數(shù)的內(nèi)容傳送目標(biāo)操作數(shù) . 四則邏輯運(yùn)算指令 ⑴二進(jìn)制加法指令 ADD ADD的功能號(hào)為 FNC20,它是將源操作數(shù) S1和 S2中的 16 位二進(jìn)制數(shù)相加 ,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中 . ⑵ 二進(jìn)制減指令 SUB SUB的功能號(hào)為 S1和 S2中的 16 位二進(jìn)制數(shù)相減 ,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中 . ⑶二進(jìn)制乘法指令 MUL MUL的功能號(hào)為 S1和 S2中的 16 位二進(jìn)制數(shù)相乘 ,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)為首地址的軟元件中 . ⑷二進(jìn)制除法指令 DIV DIV的功能號(hào)為 S1和 S2中的 16 位二進(jìn)制數(shù)相除 ,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù) D 中 ,余數(shù)傳送到 D+1 中 . 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 21 第三章 PLC 的工作原理 可編程控制器是專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。因此，從外形看，可編程控制器不同于計(jì)算機(jī)，它的操作方法、編程語(yǔ)言、工作過(guò)程也與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有區(qū)別。繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作。也可以說(shuō)繼電器控制裝置是根據(jù) 輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而 PLC 控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3個(gè)階段才能完成控制過(guò)程。掃描過(guò)程如 圖 31所示。 在這個(gè)階段中， PLC 按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。 在這個(gè)階段中， PLC 將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過(guò)輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)，開(kāi)始控制外部設(shè)備。下面就給出了最短和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。考慮到輸入電路和輸出 電路的延時(shí)，所以最短響應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)掃描周期。 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 23 輸入 輸出 一 個(gè)掃描周期