PLC應(yīng)用技術(shù)與技能訓(xùn)練項(xiàng)目一-PLC基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、項(xiàng)目一PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 工作任務(wù)1PLC的產(chǎn)生、發(fā)展與特點(diǎn)工作任務(wù)2PLC的組成與工作原理工作任務(wù)3歐姆龍CP1E型PLC的規(guī)格工作任務(wù)4PLC編程軟件的使用工作任務(wù)5PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工作任務(wù)1PLC的產(chǎn)生、發(fā)展與特點(diǎn)一、PLC的產(chǎn)生在可編程控制器產(chǎn)生以前，以各種繼電器為主要元件的電氣控制線路，承擔(dān)著生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的艱巨任務(wù)?？赡苡沙砂偕锨е桓鞣N繼電器構(gòu)成的復(fù)雜控制系統(tǒng)，需要使用成千上萬根導(dǎo)線連接起來，安裝這些繼電器需要大量的繼電器控制柜，且占據(jù)龐大的空間。當(dāng)這些繼電器運(yùn)行時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，消耗大量的電能。為保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需安排大量的電氣技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，有時(shí)某個(gè)繼電器

2、的損壞，甚至某個(gè)繼電器的觸點(diǎn)接觸不良，都將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，要進(jìn)行檢查和排除故障是非常困難的，全靠現(xiàn)場電氣技術(shù)人員長期積累的經(jīng)驗(yàn)。尤其是當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，可能需要增加很多的繼電器或繼電器控制柜，重新接線或改線的工作量極大，甚至可能需要重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。盡管如此，這種控制系統(tǒng)的功能也僅僅局限在能實(shí)現(xiàn)具有粗略定時(shí)、計(jì)數(shù)功能的順序邏輯控制。因此，人們迫切需要一種新的工業(yè)控制裝置來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)工作更可靠、更容易維修、更能適應(yīng)經(jīng)常變化的生產(chǎn)工作要求。1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM)為滿足市場需求，適應(yīng)汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要

3、，將汽車的生產(chǎn)方式由大批量、少品種轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種。為此要解決因汽車不斷改型而重新設(shè)計(jì)汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，要尋求一種比繼電器更可靠、響應(yīng)速度更快、功能更強(qiáng)大的通用工業(yè)控制器，GM公司提出了著名的十條技術(shù)指標(biāo)在社會(huì)上招標(biāo)，要求控制設(shè)備制造商為其裝配線提供一種新型的通用工業(yè)控制器。GM公司提出的十條技術(shù)指標(biāo)如下：(1) 編程簡單，可在現(xiàn)場方便地編輯及修改程序。(2) 價(jià)格便宜，其性價(jià)比要高于繼電器控制系統(tǒng)。(3) 體積要明顯小于繼電器控制柜。(4) 可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)。(5) 具有數(shù)據(jù)通信功能。(6) 輸入可以是115 V AC(美國電壓標(biāo)準(zhǔn))。(7) 輸出量為1

4、15 V AC、2 A以上，可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等。(8) 硬件維護(hù)方便，最好采用插件式結(jié)構(gòu)。(9) 當(dāng)需要擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)即可。(10) 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到4 KB。于是可編程控制器應(yīng)運(yùn)而生。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)上述要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，型號(hào)為PDP-14，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)時(shí)人們把它稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。可編程控制器這一新技術(shù)的出現(xiàn)，受到工程技術(shù)界的極大關(guān)注，各大廠商紛紛投入力量進(jìn)行研制。第一個(gè)把PLC

5、商品化的是美國哥德公司(GOULD)，日本和德國相繼從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，研制出了各自的可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。早期的PLC主要由分立式電子元件和小規(guī)模集成電路組成，它采用了計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)，指令系統(tǒng)簡單，一般只具有邏輯運(yùn)算的功能，但它簡化了計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之能夠很好地適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期以來，大規(guī)模集成電路(LSI)和微處理器在PLC中得到了應(yīng)用，使PLC的功能不斷增強(qiáng)，使其不僅能執(zhí)行邏輯控制、順序控制、計(jì)時(shí)及計(jì)數(shù)控制，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信等功能，具有處理分支、中斷、自診斷的能力，使PLC

6、更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能。目前世界上著名的電氣設(shè)備制造廠商幾乎都生產(chǎn)PLC系列產(chǎn)品?？删幊炭刂破鲝漠a(chǎn)生到現(xiàn)在，盡管只有四十幾年的時(shí)間，但由于其具有編程簡單、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了迅猛的發(fā)展，在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運(yùn)輸、電力等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。二、PLC的定義1980年，美國電氣制造商協(xié)會(huì)(National Electronic Manufacture Association, NEMA)JP將可編程控制器正式命名為Programmable Controller，簡稱為PLC或PC。1980年，NEMA將可編程控制器定義為：“可編程控制

7、器是一個(gè)帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口，以位運(yùn)算為主，能實(shí)現(xiàn)邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制裝置。”1985年1月，國際電工委員會(huì)(International Electro-technical Commission, IEC)在頒布可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿時(shí)，又對PLC作了明確定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的或模擬的輸入和輸出接口，控制各種類型的機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆?/p>

8、關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)原則是它應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體和具有擴(kuò)充功能?！痹摱x強(qiáng)調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，它是“專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。雖然可編程控制器簡稱為PC，但它與近年來人們熟知的個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer, PC)是完全不同的概念。為了加以區(qū)別，國內(nèi)外很多雜志，以及在工業(yè)現(xiàn)場的工程技術(shù)人員，仍然把可編程控制器稱為PLC。為了照顧到這種習(xí)慣，在本書中，我們?nèi)苑Q可編程控制器為PLC。三、PLC的發(fā)展1. PLC的發(fā)展過程PLC從誕生至今，大體經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其發(fā)展過程大致如下：19691972年是第一代PLC發(fā)展和應(yīng)用時(shí)期。此

9、時(shí)期PLC的特點(diǎn)是CPU多采用1位微處理器，采用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，機(jī)種單一，沒有形成系列，功能簡單，僅具有邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。19731975年是第二代PLC發(fā)展時(shí)期。此時(shí)期PLC的特點(diǎn)是使用了8位微處理器及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，產(chǎn)品逐步系列化，功能也有所增加，增加了數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能，并能完成模擬量的控制。19761983年是第三代PLC發(fā)展時(shí)期。此時(shí)期PLC的特點(diǎn)是采用了高性能微處理器及位片式CPU，工作速度大幅度提高，同時(shí)向多功能和聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，并具有較強(qiáng)的自診斷功能。1984年至今是第四代PLC發(fā)展時(shí)期。此時(shí)期PLC的特點(diǎn)是CPU不僅全面使用了16位、32位微處理器，內(nèi)存容量也有了

10、較大的增加，可直接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜控制系統(tǒng)，編程語言除了使用傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖外，還可以使用高級(jí)語言，而且外設(shè)也更加多樣化。2. PLC的發(fā)展趨勢PLC技術(shù)的發(fā)展與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)，隨著PLC技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，PLC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大以及工業(yè)生產(chǎn)對自動(dòng)控制系統(tǒng)需求的多樣性，它本身也在不斷發(fā)展。目前，PLC主要朝著三個(gè)方向發(fā)展。一是朝著小型化的方向發(fā)展。小型的PLC結(jié)構(gòu)緊湊，外形體積較小，CPU和I/O部件組裝在一個(gè)箱體內(nèi)，價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)可靠，而且功能也大有提高。過去一些大型PLC才有的功能，如模擬量的處理、通信、PID調(diào)節(jié)運(yùn)算等，均可以被移植到這種小型機(jī)上，從而使

11、它真正成為繼電器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品，可以應(yīng)用于單機(jī)控制和小型生產(chǎn)線的控制等。二是朝著大型化的方向發(fā)展。這種類型的PLC采用了高性能的微處理器，存儲(chǔ)容量大，處理速度快，響應(yīng)時(shí)間短，功能強(qiáng)大，各種功能模塊種類齊全，使各種規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)功能更強(qiáng)、更可靠，組成和維護(hù)更加靈活、方便，使PLC的應(yīng)用范圍更廣。三是PLC產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，并使PLC基本部件，如輸入/輸出模塊、接線端子、通信協(xié)議、編程語言和工具等方面的技術(shù)規(guī)格規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同產(chǎn)品間能相互兼容、易于組網(wǎng)，以方便用戶真正利用PLC實(shí)現(xiàn)

12、工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化。四、PLC的分類可編程控制器具有多種分類方式，了解這些分類方式有助于PLC的選型及應(yīng)用。1. 根據(jù)控制規(guī)模分類PLC的控制規(guī)模是以所配置的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)來衡量的。PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)表明了PLC可從外部接收多少個(gè)輸入信號(hào)和向外部發(fā)出多少個(gè)輸出信號(hào)，實(shí)際上也就是PLC的輸入、輸出端子數(shù)。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)。一般來說，點(diǎn)數(shù)多的PLC功能也相應(yīng)較強(qiáng)。1) 小型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)(總數(shù))在256點(diǎn)以下的PLC稱為小型機(jī)。小型PLC一般只具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和移位等功能，適用于小規(guī)模開關(guān)量的控制，可用它實(shí)現(xiàn)條件控制、順序控制等功能。有些小型PLC(

13、例如立石的C系列，三菱的F1系列，西門子的S5-100US7-200系列等)也增加了一些算術(shù)運(yùn)算和模擬量處理等功能，可以適應(yīng)更廣泛的需要。目前的小型PLC一般也具有數(shù)據(jù)通信等功能。小型機(jī)的特點(diǎn)是價(jià)格低、體積小，適用于控制自動(dòng)化單機(jī)設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。2) 中型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)在2561024點(diǎn)之間的PLC稱為中型機(jī)。中型PLC除了具備邏輯運(yùn)算功能外，還增加了模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)通信等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量的復(fù)雜控制。中型機(jī)的軟件比小型機(jī)豐富，在已固化的程序內(nèi)，一般還具有PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)、整數(shù)/浮點(diǎn)運(yùn)算等功能模板。中型機(jī)的特點(diǎn)是功能強(qiáng)、配置靈活，適

14、用于具有諸如溫度、壓力、流量、速度、角度、位置等模擬量控制和大量開關(guān)量控制的復(fù)雜機(jī)械，以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制的場合。3) 大型機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的PLC稱為大型機(jī)。大型PLC的功能更加完善，具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視記錄、打印等功能。大型機(jī)的內(nèi)存容量超過640 KB，監(jiān)控系統(tǒng)采用CRT顯示，能顯示表示生產(chǎn)過程的工藝流程、各種記錄曲線、PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖等。大型PLC能進(jìn)行中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制等。大型機(jī)的特點(diǎn)是I/O點(diǎn)數(shù)特別多，控制規(guī)模宏大，組網(wǎng)能力強(qiáng)，可用于大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，或者整個(gè)工廠的集散控制系統(tǒng)。2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類從結(jié)構(gòu)上看，PLC可

15、分為整體式、模板式及分散式3種形式。1) 整體式一般小型機(jī)多為整體式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)PLC的電源、CPU、I/O部件都集中配置在一個(gè)箱體中，有的甚至全部裝在一塊印刷電路板上。2) 模板式這種形式的PLC各部分以單獨(dú)的模板分開設(shè)置，如電源模板PS、CPU模板、輸入/輸出模板SM、功能模板FM及通信模板CP等。模板式PLC一般設(shè)有機(jī)架底板(也有的PLC為串行聯(lián)結(jié)，沒有底板)，在底板上有若干插座，使用時(shí)，將各種模板直接插入機(jī)架底板即可。這種結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝備方便，維修簡單，易于擴(kuò)展，可根據(jù)控制要求靈活配置所需模板，構(gòu)成功能不同的各種控制系統(tǒng)。一般大、中型PLC均采用這種結(jié)構(gòu)形式。模板式PLC的

16、缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各種插件多，因而增加了造價(jià)成本。3) 分散式所謂分散式的結(jié)構(gòu)，就是將PLC的CPU、電源、存儲(chǔ)器集中放置在控制室，而各I/O模板分散放置在各個(gè)工作站，由通信接口進(jìn)行通信連接，由CPU集中指揮。3. 根據(jù)用途分類1) 用于順序邏輯控制早期的PLC主要用于取代繼電器控制電路，完成如順序、聯(lián)鎖、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)等開關(guān)量的控制，因此順序邏輯控制是PLC最基本的控制功能，也是PLC應(yīng)用最多的場合。比較典型的應(yīng)用如自動(dòng)電梯的控制、自動(dòng)化倉庫的自動(dòng)存取、各種管道上電磁閥的自動(dòng)開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動(dòng)，或者自動(dòng)化生產(chǎn)線的多機(jī)控制等，這些都是順序邏輯控制。要完成這類控制，不要求PLC有太多的

17、功能，只要有足夠數(shù)量的I/O回路即可，因此可選用低檔的PLC。2) 用于閉環(huán)過程控制對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要用開關(guān)量I/O點(diǎn)實(shí)現(xiàn)順序邏輯控制外，還要有模擬量的I/O回路，以供采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出，實(shí)現(xiàn)過程控制中的PID調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)過程控制系統(tǒng)。而中期的PLC由于具有數(shù)值運(yùn)算和處理模擬量信號(hào)的功能，可以設(shè)計(jì)出各種PID控制器?，F(xiàn)在隨著PLC控制規(guī)模的增大,可控制的回路數(shù)已從幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至幾百個(gè)，因此可實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、流量、位置、速度等物理量的連續(xù)調(diào)節(jié)。比較典型的應(yīng)用如連軋機(jī)的速度和位置控制、鍋爐的自動(dòng)給水、加熱爐的溫度控制等。3) 用于多級(jí)分布式和集散控制

18、系統(tǒng)在多級(jí)分布式和集散控制系統(tǒng)中，除了要求所選用的PLC具有上述功能外，還要求其具有較強(qiáng)的通信功能，以實(shí)現(xiàn)各工作站之間的通信、上位機(jī)與下位機(jī)的通信，最終實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化，形成通信網(wǎng)絡(luò)。由于近期的PLC產(chǎn)品都具有很強(qiáng)的通信和聯(lián)網(wǎng)功能，建立一個(gè)自動(dòng)化工廠已成為可能。能勝任這種工作的可編程控制器稱為高檔PLC。4) 用于機(jī)械加工的數(shù)字控制和機(jī)器人控制機(jī)械加工行業(yè)也是PLC廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，PLC與CNC (Computer Number Control，計(jì)算機(jī)數(shù)值控制)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，可以進(jìn)行數(shù)值控制。由于PLC的處理速度不斷提高和存儲(chǔ)器容量的不斷擴(kuò)大，使CNC的軟件不斷豐富，用戶對機(jī)械加工的程序編

19、制越來越方便。隨著人工視覺等高科技技術(shù)的不斷完善，各種性能的機(jī)器人相繼問世，很多機(jī)器人制造公司也選用PLC作為機(jī)器人的控制器，因此PLC在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越多。在這類應(yīng)用中，除了要有足夠的開關(guān)量I/O、模擬量I/O外，還要有一些特殊功能的模板，如速度控制、運(yùn)動(dòng)控制、位置控制、步進(jìn)電機(jī)控制、伺服電機(jī)控制、單軸控制、多軸控制等特殊功能模板，以適應(yīng)特殊工作的需要。五、PLC的特點(diǎn)及主要功能1. PLC的一般特點(diǎn)PLC的種類雖然千差萬別，但為了在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用，它們都有許多共同的特點(diǎn)。1) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高工業(yè)生產(chǎn)對電氣控制設(shè)備的可靠性要求是非常高的，要求具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在很

20、惡劣的環(huán)境下(如溫度高,濕度大，金屬粉塵多，距離高壓設(shè)備近，有較強(qiáng)的高頻電磁干擾等)長期連續(xù)可靠地工作，平均無故障時(shí)間(MTBF)長，故障修復(fù)時(shí)間短。PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境?？梢哉f，沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達(dá)到PLC的可靠性。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過程中，采取了精選元件及多層次抗干擾等措施，使PLC的平均無故障時(shí)間(MTBF)通常在10萬小時(shí)以上，有些PLC的平均無故障時(shí)間可以達(dá)到幾十萬小時(shí)以上，如三菱公司的F1、F2系列的MTBF可達(dá)到30萬小時(shí)，有些高檔機(jī)的MTBF還要高得多，這是其他電氣設(shè)備根本做不到的。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件，因

21、此PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列抗干擾措施。在硬件方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固簡化安裝，使它能抗振動(dòng)沖擊。對印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施。對于工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的瞬間強(qiáng)干擾，采取的措施主要是采用隔離和濾波技術(shù)。PLC的輸入和輸出電路一般都用光電耦合器傳遞信號(hào)，做到電浮空，使CPU與外部電路完全切斷了電的聯(lián)系，有效地抑制了外部干擾對PLC的影響。在PLC的電源電路和I/O接口中，還設(shè)置了多種濾波電路，除了采用常規(guī)的模擬濾波器(LC濾波和型濾波)外，還加上數(shù)字濾波電路，以消除和抑制高頻干擾信號(hào)，同時(shí)也削弱了各種模板之間的相互干擾。用集成電壓調(diào)

22、整器對微處理器的+5 V電源進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。在PLC內(nèi)部還采用了電磁屏蔽措施，對電源變壓器、CPU、存儲(chǔ)器、編程器等主要部件采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。在軟件方面，PLC也采取了很多特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘(Watching Dog Timer，WDT)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對WDT定時(shí)刷新，一旦程序出現(xiàn)死循環(huán)，使之能立即跳出，重新啟動(dòng)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。還設(shè)置了故障檢測及診斷程序，用以檢測系統(tǒng)硬件是否正常，用戶程序是否正確，便于自動(dòng)地做出相應(yīng)的處理，如報(bào)警、封鎖輸出、保護(hù)數(shù)據(jù)等。當(dāng)PLC檢測到故障時(shí)，可立即將現(xiàn)場信息存入存儲(chǔ)器，由系統(tǒng)軟件配合對存儲(chǔ)

23、器進(jìn)行封閉，禁止對存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被破壞。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。另外，PLC特有的循環(huán)掃描工作方式，有效地屏蔽了絕大多數(shù)的干擾信號(hào)。2) 編程簡單，容易掌握PLC的設(shè)計(jì)是面向工業(yè)企業(yè)中一般電氣工程技術(shù)人員的，它采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡單指令。這種梯形圖語言繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路和微機(jī)應(yīng)用方式，對于企業(yè)中熟悉繼電器控制線路圖的電氣工程技術(shù)人員是非常親切的，它形象、直觀，簡單、易學(xué)，尤其是對于小型PLC而言，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只要進(jìn)行短暫幾天甚至幾小時(shí)的培訓(xùn)，就能基本掌握編程方法。因此，

24、無論是在生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)中，還是在傳統(tǒng)設(shè)備的改選中，電氣工程技術(shù)人員都特別愿意使用PLC。3) 通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便雖然PLC種類繁多，但是由于其產(chǎn)品逐漸系列化和模板化，且配有品種齊全的各種軟件，所以用戶可根據(jù)需求靈活組合各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接線。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)即可，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。在生產(chǎn)工藝流程改變，或生產(chǎn)線設(shè)備更新、或系統(tǒng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，一般不必改變或很少改變I/O通道的外部接線，只要改變存儲(chǔ)器

25、中的控制程序即可，這在使用傳統(tǒng)的繼電器控制時(shí)是很難想像的。PLC的輸入、輸出端子可直接與220 V AC、24 V DC等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。在PLC運(yùn)行過程中，在PLC的面板上(或顯示器上)可以顯示生產(chǎn)過程中用戶感興趣的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，使操作人員做到心中有數(shù)，即使在出現(xiàn)故障甚至發(fā)生事故時(shí)，也能及時(shí)處理。4) 安裝簡單，維護(hù)方便PLC的控制程序可通過編程器輸入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。編程器不僅能對PLC控制程序進(jìn)行寫入、讀出、檢測、修改，還能對PLC的工作進(jìn)行監(jiān)控，使得PLC的操作及維護(hù)都很方便。PLC還具有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時(shí)檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，如I/O通

26、道的狀態(tài)、RAM的后備電池的狀態(tài)、數(shù)據(jù)通信的異常、PLC內(nèi)部電路的異常等信息。正是通過PLC這種完善的診斷和顯示能力，當(dāng)PLC主機(jī)或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因，確定故障位置，以便采取迅速有效的措施。如果是PLC本身的故障，在維修時(shí)只需要更換插入式模板或其他易損件即可完成，既方便又提高了效率。有人曾預(yù)言，將來自動(dòng)化工廠的電氣工人，將一手拿著螺絲刀，一手拿著編程器。這也是PLC得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的重要因素之一。5) 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短使用PLC完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬件、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。又由于PLC用軟件編程取代了繼電器硬接線

27、實(shí)現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計(jì)及安裝接線工作量大為減少，從而縮短了施工周期。而且用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)，使得調(diào)試方便、快速、安全，因此大大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。6) 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化因?yàn)镻LC的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振、防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著集成電路制造水平的不斷提高，PLC體積進(jìn)一步縮小，而功能卻進(jìn)一步增強(qiáng)，與機(jī)械設(shè)備能有機(jī)地結(jié)合起來，在CNC和機(jī)器人的應(yīng)用中必將更加普遍，以PLC作為控制器的CNC設(shè)備和機(jī)器人裝置將成為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。2. PLC的主要功

28、能PLC是采用微電子技術(shù)來完成各種控制功能的自動(dòng)化設(shè)備，可以在現(xiàn)場的輸入信號(hào)作用下，按照預(yù)先輸入的程序，控制現(xiàn)場的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作。其主要功能如下。1) 順序邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它既可用于單機(jī)控制或多機(jī)控制，又可用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制。PLC根據(jù)操作按鈕、限位開關(guān)及其他現(xiàn)場給出的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，來控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作。2) 運(yùn)動(dòng)控制在機(jī)械加工行業(yè)，PLC與計(jì)算機(jī)控制(CNC)集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制。很多PLC機(jī)制造廠家已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸的位置控制模板。在多數(shù)

29、情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)傳送給模板，模板移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模板保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以確保運(yùn)動(dòng)平滑。目前，PLC已用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削、磨削等機(jī)械加工工序中。3) 定時(shí)控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的定時(shí)器，并設(shè)置了定時(shí)器指令，如OMRON公司的CPM1A PLC，每個(gè)定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)0.1999.9 s或0.0199.99 s的定時(shí)控制，SIEMENS公司的S7-200系列PLC可提供時(shí)基單位為0.1 s，0.01 s及0.001 s的定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)從0.001 s到3276.7 s的定時(shí)控制，也可按一定方式進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的擴(kuò)展。

30、采用PLC實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，定時(shí)精度高，定時(shí)設(shè)定方便、靈活，而且PLC還提供了高精度的時(shí)鐘脈沖，用于準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)控制。4) 計(jì)數(shù)控制PLC為用戶提供了計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器可分為普通計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器(增減計(jì)數(shù)器)、高速計(jì)數(shù)器等，用來完成不同用途的計(jì)數(shù)控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值等于計(jì)數(shù)器的設(shè)定值，或在某一數(shù)值范圍時(shí)，將會(huì)發(fā)出控制命令。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行中被讀出，也可以在運(yùn)行中進(jìn)行修改。5) 步進(jìn)控制PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進(jìn)控制功能，即在一道工序完成之后，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序，一個(gè)工作周期結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工作周期。有些PLC還專門設(shè)有步進(jìn)控制指令，使得步進(jìn)

31、控制更為方便。6) 數(shù)據(jù)處理大部分PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，如日本三菱FXF2系列、歐姆龍C系列、西門子S7系列PLC等，能完成數(shù)據(jù)運(yùn)算(如加、減、乘、除、乘方、開方等)、邏輯運(yùn)算(如字與、字或、字異或、求反等)、移位、數(shù)據(jù)比較和傳送及數(shù)值的轉(zhuǎn)換等操作。7) 模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量(或稱模擬量)。過去，由于PLC用于邏輯運(yùn)算控制，對于這些模擬量的控制主要靠儀表來控制(如果回路數(shù)較少)或分布式控制系統(tǒng)DCS(如果回路數(shù)較多)，目前，不但大、中型PLC都具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC也具有模擬量

32、處理功能，而且編程和使用都很方便。8) 通信及聯(lián)網(wǎng)目前絕大多數(shù)PLC都具備了通信能力，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)，PLC與PLC之間的通信。通過這些通信技術(shù)，使PLC更容易構(gòu)成工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)。此外，PLC還可與打印機(jī)、監(jiān)視器等外部設(shè)備相連，記錄和監(jiān)視有關(guān)數(shù)據(jù)。六、PLC的性能指標(biāo)性能指標(biāo)是用戶評價(jià)和選購機(jī)型的依據(jù)。目前，市場上銷售的PLC和我國工業(yè)企業(yè)中所使用的PLC，絕大多數(shù)是國外生產(chǎn)的產(chǎn)品(這些產(chǎn)品有的是隨引進(jìn)設(shè)備進(jìn)口，有的是設(shè)計(jì)選用)。各種機(jī)型種類繁多，各個(gè)廠家在說明其性能指標(biāo)時(shí)，主要技術(shù)項(xiàng)目也不完全相同，如何評價(jià)一臺(tái)PLC的檔次高低，規(guī)模大小，適用場所，至今還沒有一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)

33、。但是當(dāng)用戶在進(jìn)行PLC的選型時(shí)，可以參照生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)指標(biāo)，從以下幾個(gè)方面來綜合考慮。1. 處理器技術(shù)指標(biāo)處理器技術(shù)指標(biāo)是PLC各項(xiàng)性能指標(biāo)中最重要的一項(xiàng)，在該技術(shù)指標(biāo)中，應(yīng)反映出CPU的類型、用戶程序存儲(chǔ)器容量、可連接的I/O總點(diǎn)數(shù)(開關(guān)量多少點(diǎn)，模擬量多少路)、指令長度、指令條數(shù)、掃描速度(ms/千字)。有的PLC還給出了其內(nèi)部的各個(gè)通道配置，如內(nèi)部的輔助繼電器、特殊輔助繼電器、暫存器、保持繼電器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及高速計(jì)數(shù)器的配置情況，以及存儲(chǔ)器的后備電池壽命、自診斷功能等。2. I/O模板技術(shù)指標(biāo)對于開關(guān)量輸入模板，要能反映出其輸入點(diǎn)數(shù)、電源類型、工作電壓等級(jí)，以及CO

34、M端、輸入電路等情況。有的PLC還給出了其他有關(guān)參數(shù)，如輸入模板供應(yīng)的電源情況、輸入電阻以及動(dòng)作延時(shí)情況等。對于開關(guān)量輸出模板，要反映出輸出點(diǎn)數(shù)/塊、電源類型、工作電壓等級(jí)，以及COM端、輸出電路等情況。一般PLC的輸出形式有繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶闡管輸出3種，要根據(jù)不同的負(fù)載性質(zhì)選擇PLC輸出電路的形式。有的PLC還給出了如工作電流、帶負(fù)載能力、動(dòng)作延遲時(shí)間等其他有關(guān)參數(shù)。對于模擬量I/O模板，要反映出它的輸入/輸出路數(shù)、信號(hào)范圍、分辨率、精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、外部輸入或輸出阻抗、輸出碼、通道數(shù)、端子連接、絕緣方式、內(nèi)部電源等情況。3. 編程器及編程軟件反映這部分性能指標(biāo)有編程器形式(簡易

35、編程器、圖形編程器或通用計(jì)算機(jī))、運(yùn)行環(huán)境(DOS或Windows)、編程軟件及是否支持高級(jí)語言等。4. 通信功能隨著PLC控制功能的不斷增強(qiáng)和控制規(guī)模的不斷增大，通信和聯(lián)網(wǎng)的能力成為衡量現(xiàn)代PLC的重要指標(biāo)。反映這部分指標(biāo)的主要有通信接口、通信模塊、通信協(xié)議及通信指令等。PLC的通信可分為兩類：一類是通過專用的通信設(shè)備和通信協(xié)議，在同一生產(chǎn)廠家的各個(gè)PLC之間進(jìn)行的通信； 另一類是通過通用的通信口和通信協(xié)議，在PLC與上位計(jì)算機(jī)或其他智能設(shè)備之間進(jìn)行的通信。5. 擴(kuò)展性PLC的可擴(kuò)展性是指PLC的主機(jī)配置擴(kuò)展模板的能力，它體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是I/O(數(shù)字量I/O或模擬量I/O)的擴(kuò)展能力，

36、用于擴(kuò)展系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)；另一個(gè)是CPU模板的擴(kuò)展能力，用于擴(kuò)展各種智能模板，如溫度控制模板、高速計(jì)數(shù)器模板、閉環(huán)控制模板等，實(shí)現(xiàn)多個(gè)CPU的協(xié)調(diào)控制和信息交換。如果只是一般性地了解PLC的性能，可簡單地用以下5個(gè)指標(biāo)來評價(jià)：CPU芯片、編程語言、用戶程序存儲(chǔ)量、I/O總數(shù)、掃描速度。顯然，若CPU檔次高，編程語言完善，用戶程序存儲(chǔ)量大，I/O點(diǎn)數(shù)多，掃描速度快，則表明這臺(tái)PLC的性能好，功能強(qiáng)，當(dāng)然價(jià)格也會(huì)較高。工作任務(wù)2PLC的組成與工作原理一、PLC的組成PLC由中央處理器單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)單元、電源、其他接口及外設(shè)等組成，如圖1-1所示。圖1-1PLC系統(tǒng)

37、結(jié)構(gòu)組成下面結(jié)合圖1-1來說明PLC各個(gè)組成部分的功能。1. 中央處理器單元(CPU)CPU是計(jì)算機(jī)的核心，因此它也是PLC的核心，起“心臟”作用。CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中后，CPU將會(huì)根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能(系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的解釋、編譯程序)，把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或輸入映像寄存器中，然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起，再把結(jié)果存入輸出映像寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，最后輸出

38、到輸出接口、控制外部驅(qū)動(dòng)器。CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能完成的主要任務(wù)有：(1) 接收與存儲(chǔ)用戶由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)。(2) 檢查編程過程的語法錯(cuò)誤，診斷電源及PLC內(nèi)部的工作故障。(3) 用掃描方式工作，接收來自現(xiàn)場的輸入信號(hào)，并輸入到輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。(4) 在進(jìn)入運(yùn)行方式后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等操作。(5) 根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。在模板式PLC中，CPU是一個(gè)專用模板。一般PLC的CPU模板上還有存放系統(tǒng)程序的RO

39、M或EPROM、存放用戶程序或少量數(shù)據(jù)的RAM，以及譯碼電路、通信接口和編程器接口等。在整體式PLC中，CPU是一塊集成電路芯片，通常是通用的8位或16位的微處理器，如Z80、Z80A、8085、6800等。采用通用和微處理器(Z80A)作CPU，其好處是這些微處理器及其配套的芯片普及、通用、價(jià)廉，有獨(dú)立的I/O指令，且指令格式短，有利于譯碼及縮短掃描周期。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，PLC采用單片機(jī)作CPU的越來越多，在小型PLC中，尤其以Intel公司的MCS-51、MCS-96系列作CPU的居多，它以高集成度、高可靠性、高功能、高速度及低價(jià)格的優(yōu)勢，正在占領(lǐng)小型PLC的市場。目前，小型PL

40、C均為單CPU系統(tǒng)，而大、中型PLC通常是雙CPU或多CPU系統(tǒng)。所謂雙CPU系統(tǒng)，是在CPU模板上裝有兩個(gè)CPU芯片，一個(gè)作為字處理器，另一個(gè)作為位處理器。字處理器是主處理器，它執(zhí)行所有的編程器接口的功能，監(jiān)視內(nèi)部定時(shí)器(WDT)及掃描時(shí)間，完成字節(jié)指令的處理，并對系統(tǒng)總線和微處理器進(jìn)行控制。位處理器是從處理器，它主要完成對位指令的處理，可減輕字處理器負(fù)擔(dān)，提高位指令的處理速度，并將面向控制過程的編程語言(如梯形圖、流程圖)轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言。在高檔的PLC中，常采用位片式微處理器(如AM2900、AM2901、AM2903)作CPU。由于位片式微處理器采用雙極型工藝，所以比一般的MOS型微處理

41、器在速度上快一個(gè)數(shù)量級(jí)。位片的寬度有2位、4位、8位等，用幾個(gè)位片進(jìn)行“級(jí)聯(lián)”，可以組成任意字長的微機(jī)。另外，在位片式微處理器中，都采用微程序設(shè)計(jì)，只要改變微程序存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，就可以改變機(jī)器的指令系統(tǒng)，因此，其靈活性很強(qiáng)。位片式微處理器易于實(shí)現(xiàn)“流水線”操作，即重疊操作，能更有效地發(fā)揮其快速的特點(diǎn)。2. 存儲(chǔ)器1) 存儲(chǔ)器的種類PLC存儲(chǔ)器中配有兩種存儲(chǔ)系統(tǒng)，即用于存放系統(tǒng)程序的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和存放用戶程序的用戶程序存儲(chǔ)器。(1) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器主要用來存儲(chǔ)PLC內(nèi)部的各種信息。在大型PLC中，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器可分為寄存器、內(nèi)部存儲(chǔ)器和高速緩存存儲(chǔ)器；在中、小型PLC中，常把這

42、3種功能的存儲(chǔ)器混合在一起，統(tǒng)稱為功能存儲(chǔ)器，簡稱為存儲(chǔ)器。一般系統(tǒng)程序是由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)監(jiān)控程序，不能由用戶直接存取。系統(tǒng)監(jiān)控程序主要由有關(guān)系統(tǒng)管理、解釋指令、標(biāo)準(zhǔn)程序及系統(tǒng)調(diào)用等程序組成。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器一般由PROM(只讀存儲(chǔ)器)或EPROM(可擦除只讀存儲(chǔ)器)構(gòu)成。(2) 用戶程序存儲(chǔ)器。由用戶編寫的程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中，用戶程序存儲(chǔ)器的容量不大，主要存儲(chǔ)PLC內(nèi)部的輸入、輸出信息，以及內(nèi)部繼電器、移位寄存器、累加寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的動(dòng)作狀態(tài)。小型PLC的存儲(chǔ)容量較小，一般不超過8 KB，中型PLC的存儲(chǔ)能力為264 KB，大型PLC

43、的存儲(chǔ)能力可達(dá)到幾百KB以上。我們一般講PLC的內(nèi)存大小，是指用戶程序存儲(chǔ)器的容量，用戶程序存儲(chǔ)器常用RAM(可讀可寫存儲(chǔ)器)構(gòu)成。為防止電源掉電時(shí)RAM中的信息丟失，常采用鋰電池作后備保護(hù)。若用戶程序已完全調(diào)試好，且一段時(shí)期內(nèi)不需要改變功能，也可將其固化到EPROM中。注意：用戶程序存儲(chǔ)器中必須有部分RAM，用以存放一些必要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。用戶程序存儲(chǔ)器一般分為程序存儲(chǔ)區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)兩個(gè)區(qū)。程序存儲(chǔ)區(qū)用來存儲(chǔ)由用戶編寫的、通過編程器輸入的程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用來存儲(chǔ)通過輸入端子讀取的輸入信號(hào)的狀態(tài)、準(zhǔn)備通過輸出端子輸出的輸出信號(hào)的狀態(tài)、PLC中各個(gè)內(nèi)部器件的狀態(tài)，以及特殊功能要求的有關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶程

44、序很長或需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)較多時(shí)，PLC基本組成中的存儲(chǔ)器容量可能不夠用，這時(shí)可考慮選用較大容量的存儲(chǔ)器或進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展。很多PLC都提供了存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能，用戶可將新增加的存儲(chǔ)器擴(kuò)展模板直接插入CPU模板中，有的PLC機(jī)將存儲(chǔ)器擴(kuò)展模板插在中央基板上。在存儲(chǔ)器擴(kuò)展模板上通常裝有可充電的鋰電池(或超級(jí)電容)，如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中突然停電，RAM立即改由鋰電池(或超級(jí)電容)供電，使RAM中的信息不因停電而丟失，從而保證復(fù)電后系統(tǒng)可從掉電狀態(tài)開始恢復(fù)工作。2) 常用的存儲(chǔ)器目前，常用的存儲(chǔ)器有CMOS-SRAM、EPROM和EEPROM。(1) CMOS-SRAM(可讀寫存儲(chǔ)器)。CMOS-SRAM是以C

45、MOS技術(shù)制造的靜態(tài)可讀寫存儲(chǔ)器，用以存放數(shù)據(jù)。讀寫時(shí)間小于200 ns，幾乎不消耗電流。用鋰電池作后備電源，停電后可保存數(shù)據(jù)35年不變。靜態(tài)存儲(chǔ)器的可靠性比動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM高，因?yàn)镾RAM不必周而復(fù)始地刷新，只有在片選信號(hào)(脈沖)有效、寫操作有效時(shí)，從數(shù)據(jù)總線進(jìn)入的干擾信號(hào)才能破壞其存儲(chǔ)的內(nèi)容，而這種概率是非常小的。(2) EPROM(只讀存儲(chǔ)器)。EPROM是一種可用紫外光擦除、在電壓為25 V的供電狀態(tài)下寫入的只讀存儲(chǔ)器。使用時(shí)，寫入腳懸空或接+5 V電源(窗口蓋上不透光的薄箔)，其內(nèi)容可長期保存。這類存儲(chǔ)器可根據(jù)不同需要與各種微處理器兼容，并且可以和MCS-51JP系列單片機(jī)直接兼容

46、。EPROM一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是把輸出元件控制(OE)和片選控制(CE)分開，保證了良好的接口特性。由于EPROM具有采用單一+5 V電源、可在靜態(tài)維持方式下工作以及快速編程等特點(diǎn)，因而它在存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，具有快速、方便和經(jīng)濟(jì)等一系列優(yōu)點(diǎn)。使用EPROM芯片時(shí)，要注意器件的擦除特性，當(dāng)把芯片放在波長約為4000 A的光線下，且暴露在照明日光燈下，約需3年才能擦除，而在直射日光下，約1周就可擦除，這些特性在使用中要特別注意。為延長EPROM芯片的使用壽命,必須用不透明薄箔，貼在其窗口上，防止無意識(shí)擦除。當(dāng)真正需要對EPROM芯片進(jìn)行擦除操作時(shí)，必須將芯片放在波長為2537 A的短波紫外線下曝光，擦除

47、的總光量(紫外光光強(qiáng)曝光時(shí)間)必須大于15 Ws/cm2。用12 000 W/cm2紫外線燈，擦除的時(shí)間約為1520 min。在擦除操作時(shí)，需把芯片靠近燈管約1英寸處。有些燈在管內(nèi)放有濾色片，擦除前需把濾色片取出，才能進(jìn)行擦除。EPROM用來固化完善的程序，寫入速度為毫秒級(jí)。固化是通過與PLC配套的專用寫入器進(jìn)行的，不適宜多次反復(fù)的撰寫。(3) EEPROM(電可擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器)。EEPROM是近年來被廣泛重視的一種只讀存儲(chǔ)器，它的主要優(yōu)點(diǎn)是能在PLC工作時(shí)“在線改寫”，既可以按字節(jié)進(jìn)行擦除和全新編程，也可進(jìn)行整片擦除，且不需要專門的寫入設(shè)備，寫入速度比EPRPM快，寫入的內(nèi)容能在斷電

48、情況下保持不變，而不需要保護(hù)電源。它不僅具有與RAM相似的高度適應(yīng)性，又保留了ROM不易丟失的特點(diǎn)。3. 輸入/輸出接口單元1) 數(shù)字量輸入接口來自現(xiàn)場的主令元件、檢測元件的信號(hào)經(jīng)輸入接口進(jìn)入到PLC。主令元件的信號(hào)是指由用戶在控制鍵盤(或控制臺(tái)、操作臺(tái))上發(fā)出的控制信號(hào)(如開機(jī)、關(guān)機(jī)、轉(zhuǎn)換、調(diào)整、急停等信號(hào))。檢測元件的信號(hào)是指用檢測元件(如各種傳感器、繼電器的觸點(diǎn)，隨位開關(guān)、行程開關(guān)等元件的觸點(diǎn))對生產(chǎn)過程中的參數(shù)(如壓力、流量、溫度、速度、位置、行程、電流、電壓等)進(jìn)行檢測時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。這些信號(hào)有的是開關(guān)量(或數(shù)字量)，有的是模擬量，有的是直流信號(hào)，有的是交流信號(hào)，要根據(jù)輸入信號(hào)的類型選

49、擇合適的輸入接口。(1) 直流輸入單元。直流輸入電路如圖1-2所示。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，各種輸入接口均采取了抗干擾措施，如在輸入接口內(nèi)帶有光電耦合電路，使PLC與外部輸入信號(hào)進(jìn)行隔離。為消除信號(hào)噪聲，在輸入接口內(nèi)設(shè)置了多種濾波電路；為便于PLC的信號(hào)處理，輸入接口內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換及信號(hào)鎖存電路；為便于與現(xiàn)場信號(hào)的連接，在輸入接口的外部設(shè)有接線端子排。圖1-2直流輸入電路圖1-2所示的輸入接口內(nèi)帶有光電耦合器電路，光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極管和光電三極管組成。發(fā)光二極管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三極管：在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度

50、與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系。輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，二極管發(fā)光，三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)，也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接收的數(shù)字信號(hào)。(2) 交流輸入單元。交流輸入單元外接交流電源，電路如圖1-3所示。其中，電容C為隔直電容，R1和R2構(gòu)成分壓電路，光電耦合器中有兩個(gè)反向并聯(lián)的發(fā)光二極管。該電路可以接收外部的交流輸入電壓，其工作原理與直流輸入電路基本相同。圖1-3交流輸入電路2) 數(shù)字量輸出接口由PLC產(chǎn)生的各種輸出控制信號(hào)

51、經(jīng)輸出接口去控制和驅(qū)動(dòng)負(fù)載(如指示燈的亮或滅，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止或正、反轉(zhuǎn)，設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升降，閥門的開閉等)。因?yàn)镻LC的直接輸出帶負(fù)載能力有限，所以PLC輸出接口所帶的負(fù)載通常是接觸器的線圈、電磁閥的線圈、信號(hào)指示燈等。同輸入接口一樣，輸出接口的負(fù)載有的是直流量，有的是交流量，要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇合適的輸出接口。(1) 數(shù)字量輸出模板的接線方式。數(shù)字量輸出模板與外部用戶輸出設(shè)備的接線方式可分為匯點(diǎn)式輸出接線和隔離式輸出接線兩種形式。匯點(diǎn)式輸出接線即所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端COM時(shí)，COM端內(nèi)帶有24 V DC電源。隔離式輸出接線即采用光電耦合器，使輸出信號(hào)與電源隔開，以減少信號(hào)干擾。(2

52、) 數(shù)字量輸出接口的輸出方式。數(shù)字量輸出接口的輸出方式分為晶體管輸出型、雙向晶闡管(可控硅)輸出型及繼電器輸出型三種。晶體管輸出型適用直流負(fù)載或TTL電路，雙向晶闡管(可控硅)輸出型適用于交流負(fù)載，而繼電器輸出型既可用于直流負(fù)載，又可用于交流負(fù)載。使用時(shí)，只要外接一個(gè)與負(fù)載要求相符的電源即可，因而采用繼電器輸出型對用戶顯得更方便和靈活，但由于它是有觸點(diǎn)輸出，所以它的工作頻率不能很高，工作壽命不如無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體元件長。同樣，為保證工作的可靠性和提高其抗干擾能力，在輸出接口內(nèi)要采用相應(yīng)的隔離措施，如光隔離和電磁隔離或隔離放大器等措施。 晶體管輸出單元。晶體管輸出電路如圖1-4所示。輸出電路采用三極

53、管作為開關(guān)器件。圖1-4晶體管輸出電路 雙向晶閘管輸出單元。雙向晶閘管輸出電路如圖1-5所示。輸出電路采用光控雙向晶閘管作為開關(guān)器件。圖1-5雙向晶閘管輸出電路 繼電器輸出單元。繼電器輸出電路如圖1-6所示。其工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1時(shí)，表明有電流流過,繼電器線圈有電流，常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓；當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0時(shí)，表明沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路轉(zhuǎn)化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作。圖1-6繼電器輸出電路 三種輸出方式的比較：晶體管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長、直流負(fù)載。雙向晶閘管輸出：無觸點(diǎn)

54、、壽命長、交流負(fù)載。繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載。3) 模擬量輸入/輸出接口小型PLC一般沒有模擬量輸入/輸出接口模板，或者只有通道數(shù)有限的8位A/DD/A模板；大、中型PLC可以配置成百上千的模擬量通道，它們的A/D、D/A轉(zhuǎn)換器一般是10位或12位的。模擬量I/O接口模板的模擬輸入信號(hào)或模擬輸出信號(hào)可以是電壓，也可以是電流；可以是單極性的，如05 V、010 V、15 V、420 mA，也可以是雙極性的，如50 mV、5 V、10 V、20 mA。一個(gè)模擬量I/O接口模板的通道數(shù)可能有2、4、8、16個(gè)，有的模板既有輸入通道，也有輸出通道。(1) 模擬量輸入接口模板。模擬

55、量輸入接口模板的任務(wù)是將現(xiàn)場中被測的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成PLC可以處理的數(shù)字量信號(hào)。通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬量信號(hào)需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進(jìn)入模板前，對模擬量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號(hào)，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行多中選一，再將已選中的那路信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線供CPU存取，或存入中間寄存器備用。(2) 模擬量輸出接口模板。模擬量輸出模板的任務(wù)是將CPU模板送來的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程或裝置的閉環(huán)控制。CPU對某一控制回路經(jīng)采樣、計(jì)算得出一個(gè)輸出信號(hào)。在模擬量輸出模板控制單元

56、的指揮下，該輸出信號(hào)以數(shù)字量形式由數(shù)據(jù)總線經(jīng)緩沖器存入中間寄存器，這個(gè)數(shù)字量信號(hào)再經(jīng)光電耦合器傳送給D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器是模擬量輸出模板的核心器件，它決定著該模板的工作耦合精度和速度。經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，控制信號(hào)已變?yōu)槟M量。通常，一個(gè)模擬量輸出模板可以控制多個(gè)回路，即模板具有多個(gè)輸出通道，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的信號(hào)要送到哪個(gè)通道，由CPU控制多路開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這一選擇功能。4. 擴(kuò)展接口PLC的擴(kuò)展接口有兩個(gè)含義：一個(gè)是單純的I/O(數(shù)字量或模擬量I/O)擴(kuò)展接口，它是為彌補(bǔ)原系統(tǒng)中I/O口有限而設(shè)置的，用于擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，當(dāng)用戶的PLC控制系統(tǒng)所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過主機(jī)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，就

57、要通過I/O擴(kuò)展接口將主機(jī)與I/O擴(kuò)展單元連接起來；另一個(gè)含義是CPU模板的擴(kuò)充，它是在原系統(tǒng)中只有一塊CPU模板而無法滿足系統(tǒng)工作要求時(shí)使用的，該功能實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充CPU模板與原系統(tǒng)CPU模板，以及擴(kuò)充CPU模板之間(多個(gè)CPU模板擴(kuò)充)的相互控制和信息交換。5. 通信接口通信接口是專用于數(shù)據(jù)通信的一種智能模板，它主要用于“人-機(jī)”對話或“機(jī)-機(jī)”對話。PLC通過通信接口可以與打印機(jī)、監(jiān)視器相連，也可與其他的PLC或上位計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成多機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)管理與控制相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。通信接口有串行接口和并行接口兩種，它們都在專用系統(tǒng)軟件的控制下，遵循國際上多種規(guī)范的通信協(xié)議

58、來工作。用戶應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)備要求選擇相應(yīng)的通信方式，并配置相應(yīng)的通信接口。6. 編程器編程器用于用戶程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部繼電器狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過編程器接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對話?？删幊炭刂破鞯木幊唐饕话阌蒔LC生產(chǎn)廠家提供，它們只能用于某一生產(chǎn)廠家的某些PLC產(chǎn)品。編程器一般分為兩種，一種是手持編程器，使用方便；另一種是計(jì)算機(jī)編程，通過PLC的RS232接口與計(jì)算機(jī)相連，然后敲擊鍵盤，通過編程軟件向PLC內(nèi)部輸入程序。1) 手持編程器手持編程器有一個(gè)大型的點(diǎn)陣式液晶顯示屏，它可以顯示梯形圖或語句表程序。手持編程器一般由微處理器、鍵盤

59、、顯示器及總線接口組成，它可以直接生成和編輯梯形圖程序。編程器既可聯(lián)機(jī)在線編程，也可用助記符編程，并將用戶程序存儲(chǔ)在編程器自己的存儲(chǔ)器中。它既可以用梯形圖編程，也可用助記符編程(有的也可以用高級(jí)語言編程)，還可通過屏幕進(jìn)行人機(jī)對話。程序可以很方便地與PLC的CPU模板互傳，也可以將程序?qū)懭隕PROM，并提供磁帶錄音機(jī)接口和磁盤驅(qū)動(dòng)器接口，有的編程器本身就帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器。它還有打印機(jī)接口，能快速、清楚地打印梯形圖，也可以打印出語句表程序清單和編程元件表等。2) 計(jì)算機(jī)編程器由PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的專用編程器使用范圍有限，價(jià)格一般也比較高。在個(gè)人計(jì)算機(jī)不斷更新?lián)Q代的今天，出現(xiàn)了使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)

60、的編程系統(tǒng)。PLC的生產(chǎn)廠家可能會(huì)把工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為程序開發(fā)系統(tǒng)的硬件提供給用戶(大多數(shù)廠家只向用戶提供編程軟件，而個(gè)人計(jì)算機(jī)則由用戶自己選擇)。由PLC生產(chǎn)廠家提供的個(gè)人計(jì)算機(jī)是做了改裝的，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場較惡劣的環(huán)境，如對鍵盤和機(jī)箱加以密封，并采用密封型的磁盤驅(qū)動(dòng)器，以防止外部臟物進(jìn)入計(jì)算機(jī)，而使敏感的電子元件失效。用PC作編程器的主要優(yōu)點(diǎn)是使用了價(jià)格較便宜的、功能很強(qiáng)的通用的個(gè)人計(jì)算機(jī)，有的用戶還可以使用現(xiàn)有的個(gè)人計(jì)算機(jī)。對于不同廠家和型號(hào)的PLC，只需要更換編程軟件即可。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以使用一臺(tái)PC給所有的工業(yè)智能控制設(shè)備編程，還可以作為CNC、機(jī)器人、工業(yè)電視系統(tǒng)和各種智能分析