第3章機(jī)電一體化的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1、第三章 機(jī)電一體化的計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 機(jī)電一體化的計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 3.1 概述3.2 計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用3.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)3.4 數(shù)字PID控制技術(shù)3.5 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)3.6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字控制系統(tǒng)機(jī)電一體化產(chǎn)品與非機(jī)電一體化產(chǎn)品的本質(zhì)區(qū)別在于具有計(jì)算機(jī)控制的伺服系統(tǒng)。同模擬控制器相比，計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更加復(fù)雜的控制理論和算法，柔性和抗干擾能力更強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件是指計(jì)

2、算機(jī)本身及其外圍設(shè)備，一般包括中央處理器,內(nèi)存儲(chǔ)器,磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,各種接口電路，以A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換為核心的模擬量I/O通道、數(shù)字量I/O通道，以及各種顯示、記錄設(shè)備,運(yùn)行操作臺(tái)等。（1）由中央處理器、時(shí)鐘電路、內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主 機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、控制量計(jì)算、越限報(bào)警等功能，并通過(guò)接口電路向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。（2）操作臺(tái)是人機(jī)對(duì)話的聯(lián)系紐帶。（3）通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能而配置的。（4）I/O接口與I/O通道是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部連接的橋梁。常用的I/O接口有并行接口和串行接口，I/O

3、通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。其中，模擬量I/O通道的作用是：一方面將經(jīng)由傳感器得到的工業(yè)對(duì)象的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)變換成二進(jìn)制代碼傳送給計(jì)算機(jī)；另一方面將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制量變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。 （5）傳感器的主要功能是將被檢測(cè)的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量，如熱電偶把溫度變成電壓信號(hào)，壓力傳感器把壓力變成電信號(hào)等等。變送器的作用是將傳感器得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成適用于計(jì)算機(jī)接口使用的標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)（如010mADC）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 軟件主要是指支持系統(tǒng)運(yùn)行并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制的程序系統(tǒng)。指在進(jìn)行實(shí)際控制時(shí)使用的軟件。指在開(kāi)發(fā)、測(cè)試控制系統(tǒng)時(shí)使用的軟件

4、。軟件實(shí)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家提供的專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)的程序。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問(wèn)題而編寫(xiě)的各種程序。實(shí)時(shí)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟件和硬件不是獨(dú)立存在的，在設(shè)計(jì)時(shí)必須注意兩者相互間的有機(jī)配合和協(xié)調(diào)，只有這樣才能研制出滿足生產(chǎn)要求的高質(zhì)量的控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理模擬控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖回顧一下模擬控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程分為以下幾個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)控制決策實(shí)時(shí)控制輸出上述過(guò)程不斷重復(fù)，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)定值上。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)相

5、比，具有如下特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制規(guī)律 具有完善的輸入/輸出通道具有實(shí)時(shí)控制功能可靠性高具有豐富、完善、能正確反映被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行有效控制的軟件系統(tǒng)3.2 計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制系統(tǒng)中的作用過(guò)程控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來(lái)控制生產(chǎn)對(duì)象。直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))它是用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果與給定值進(jìn)行比較，并按預(yù)定的數(shù)學(xué)模

6、型進(jìn)行運(yùn)算，其輸出直接控制被控對(duì)象，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 在監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制SCC（SupervisoryComputerControl）系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過(guò)程參量檢測(cè)值，并按照所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出最佳設(shè)定值后直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程。SCC系統(tǒng)有兩種類型，一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(a）SCC模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng) (b）SCCDDC分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 上圖是一個(gè)四級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其中，過(guò)程控制級(jí)為最底層，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行直接數(shù)字

7、控制；車間管理級(jí)負(fù)責(zé)本車間各設(shè)備間的協(xié)調(diào)管理；工廠管理級(jí)負(fù)責(zé)全廠各車間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，包括安排生產(chǎn)計(jì)劃、備品備件等；企業(yè)（公司）管理級(jí)負(fù)責(zé)總的協(xié)調(diào)，安排總生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行企業(yè)(公司)經(jīng)營(yíng)方向的決策等。二、典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)對(duì)溫度、壓力、流量、液面和速度等過(guò)程參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與控制的系統(tǒng)。爐溫壓力熱效率二、典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管觸發(fā)速度調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器二、典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)順序控制和數(shù)字程序控制是其在自動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用的一個(gè)重要方面。 表示出一個(gè)在線、開(kāi)環(huán)、實(shí)時(shí)的簡(jiǎn)單機(jī)床數(shù)字程序控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。根據(jù)所使用的軟

8、件，該系統(tǒng)既可以設(shè)計(jì)成平面點(diǎn)位控制系統(tǒng)，又可設(shè)計(jì)成平面輪廓控制系統(tǒng)。圖中的微型計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的核心部件，它完成程序和數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、加工軌跡計(jì)算和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制程序、顯示程序、故障診斷程序等控制程序的執(zhí)行等。二、典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人是一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的替代人進(jìn)行工作的高度自動(dòng)化系統(tǒng)。3.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)領(lǐng)域中，由于現(xiàn)場(chǎng)存在干擾，環(huán)境惡劣，普通計(jì)算機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不能正常運(yùn)行，需使用適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工控機(jī)）。它是處理來(lái)自傳感器的輸入信息，并把處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程、同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督、管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。并具有較好的抗干擾性和可靠性。一、工

9、業(yè)控制計(jì)算機(jī)的基本要求工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用對(duì)象及使用環(huán)境的特殊性，決定了要滿足以下基本要求：實(shí)時(shí)性高可靠性硬件配置的可裝配可擴(kuò)充性可維護(hù)性二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的常用類型單片機(jī)可編程控制器總線式工業(yè)控制機(jī)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)二、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的常用類型三、單片微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)將CPU、RAM、ROM和I/O接口集成在一塊芯片上，同時(shí)還具有定時(shí)/計(jì)數(shù)、通訊和中斷等功能的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)可視為一個(gè)不帶外部設(shè)備的計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于一個(gè)沒(méi)有顯示器、鍵盤(pán)，不帶監(jiān)控程序的單板機(jī)。單片機(jī)發(fā)展經(jīng)歷了4位、8位、16位、32位、64位機(jī)幾個(gè)階段，但8位、16位單片機(jī)仍占市場(chǎng)主流地位。三、單片微型計(jì)算機(jī)廣泛用于數(shù)顯、數(shù)

10、字通信產(chǎn)品、智能化儀表、小型機(jī)電產(chǎn)品中。單片的編程與調(diào)試不方便，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性差，同時(shí)由于數(shù)據(jù)處理能力和接口限制，在大型工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般只能輔助中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)測(cè)試一些信號(hào)的數(shù)據(jù)信息和完成單一量控制。用單片控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量小; (2)可靠性高 ;(3)易擴(kuò)展 ;(4)控制功能強(qiáng) ;(5)一般的單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，軟件開(kāi)發(fā)工作量大. 可編程序控制器 可編程序控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱可編程控制器，英文縮寫(xiě)為PC或PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一

11、種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。1.概述PLC采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。它的低端為繼電器邏輯的代用品，而其高端實(shí)際上是一種高性能的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。它以順序控制為主，能完成各種邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能，既能控制開(kāi)關(guān)量，又能控制模擬量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、易于編程，靈活通用，維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更是得到用戶的好評(píng)目前已被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。 PLC功能強(qiáng)大提供編程軟件和組態(tài)軟件，

12、方便PLC編程和上位機(jī)開(kāi)發(fā)在可編程序控制器問(wèn)世以前，在工業(yè)控制領(lǐng)域中，繼電器控制一直占主導(dǎo)地位。由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)或工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。可編程器(PLC)的發(fā)展1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM) 為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，這十大條件是： 可編程器(PLC)的發(fā)展 1. 編程方

13、便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 2. 維修方便，最好是插件式； 3. 可靠性高于繼電器控制柜； 4. 體積小于繼電器控制柜； 5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6. 在成本上可與繼電器控制競(jìng)爭(zhēng)； 7. 輸入可以是交流115V； 8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥； 9. 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更； 10. 用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。可編程器(PLC)的發(fā)展 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP14 ，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生?？删幊炭刂破髯詥?wèn)世以來(lái) , 發(fā)展極為

14、迅速。 1971 年，日本開(kāi)始生產(chǎn)可編程控制器。 1973 年，歐洲開(kāi)始生產(chǎn)可編程控制器。到現(xiàn)在，世界各國(guó)的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器裝置?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€(gè)獨(dú)立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)?？删幊唐?PLC)的發(fā)展80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設(shè)計(jì)上，性能價(jià)格比等方面有了重大的突破?？删幊绦蚩刂破骶哂辛烁咚儆?jì)數(shù)，中斷技術(shù)，PID控制等功能，同時(shí)聯(lián)網(wǎng)通信能力也得到了加強(qiáng)，這些都使得可編程序控制器的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷擴(kuò)大?？删幊唐?PLC)的發(fā)展第一代

15、：從第一臺(tái)可編程控制器誕生到70年代初期。其特點(diǎn)是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器； 第二代：70年代初期到70年代末期。其特點(diǎn)是：CPU采用微處理器，存儲(chǔ)器采用EPROM ；第三代：70年代末期到80年代中期。其特點(diǎn)是：CPU采用8位和16位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等 ；第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達(dá)到1us/步 ；第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微處理器芯片，有的已使用RISC芯片?？删幊绦蚩刂破鞯陌l(fā)展趨勢(shì)1.向高速、大存儲(chǔ)容量方

16、向發(fā)展為了提高數(shù)據(jù)處理的能力，要求PLC能具有更高的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。在存儲(chǔ)容量方面，目前大型PLC是幾十KB，甚至幾百KB。西門子公司的S5155V為2MB?？傊?各公司都把PLC的掃描速度、存儲(chǔ)容量作為一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)。2. 向多品種方向發(fā)展為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，各廠家不斷對(duì)PLC進(jìn)行改進(jìn)，推出功能更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。（1）在結(jié)構(gòu)、規(guī)模上由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化方向發(fā)展，使配置更加方便靈活。例如日本三菱電機(jī)公司近年推出了超小型的FX0N、FX2N等系列PLC。在規(guī)模上向兩頭發(fā)展。2.開(kāi)發(fā)更豐富I/O模塊（其中包括智能模塊） 在增強(qiáng)PLC的CPU功能的同時(shí)，不斷推出新的I/O模塊

17、。例如，數(shù)控模塊，語(yǔ)音處理模塊，高速計(jì)數(shù)模塊，遠(yuǎn)程I/O模塊，通信和人機(jī)接口模塊等，在模塊上逐漸向智能化方向發(fā)展。3.發(fā)展容錯(cuò)技術(shù) 為了更進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，今后必須要發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)。4.高性能，組態(tài)編程 隨著工廠自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展，功能強(qiáng)大的PLC需求日益增加。 其高功能主要體現(xiàn)在：函數(shù)運(yùn)算及浮點(diǎn)運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理和方案處理，隊(duì)列和矩陣運(yùn)算，PID運(yùn)算以及超前、滯后補(bǔ)償，多段斜坡曲線，配方和批處理，菜單組合的多窗口技術(shù)，控制與管理綜合，組態(tài)編程簡(jiǎn)便等。 5.分散型、智能型和現(xiàn)場(chǎng)總線型I/O子系統(tǒng) 分散型、智能型和現(xiàn)場(chǎng)總線型I/O子系統(tǒng)也是一種發(fā)展趨勢(shì)6.增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)功能由于現(xiàn)代工

18、業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的要求，已不再局限于某些生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，而是要求工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程能長(zhǎng)期在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。這就要求將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和信息管理自動(dòng)化結(jié)合起來(lái)。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能增強(qiáng)就可以使PLC與PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)之間能夠通信、交換信息，形成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。7.實(shí)現(xiàn)軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)化長(zhǎng)期以來(lái)PLC的研制走的是專門化的道路，使其在獲得成功的同時(shí)也帶來(lái)許多的不便。例如，各個(gè)公司的PLC都有通信聯(lián)網(wǎng)的能力，但不同公司的PLC之間還無(wú)法通信聯(lián)網(wǎng)。因此制定PLC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已是今后發(fā)展的趨勢(shì)。可編程控制器的名稱演變 名稱演變經(jīng)歷了如下過(guò)程：早期產(chǎn)品名稱為 “ Programmable Logic C

19、ontroller ”（可編程邏輯控制器），簡(jiǎn)稱 PLC ，主要替代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能也不斷地增加，因而可編程邏輯控制器（ PLC ）不能描述其多功能的特點(diǎn)。 1980 年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（ NEMA ）給他一個(gè)新的名稱“ Programmable Controller ”，簡(jiǎn)稱 PC 。1982 年，國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC ）專門為可編程控制器下了嚴(yán)格定義。然而 PC 這一簡(jiǎn)寫(xiě)名稱在國(guó)內(nèi)早已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer ）的代名詞，為了避免造成名詞術(shù)語(yǔ)混亂，因此國(guó)內(nèi)仍沿用早期的簡(jiǎn)寫(xiě)名稱 PLC 表示可編程控制器，但

20、此 PLC 并不意味只具有邏輯功能。 美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ）在 1980 年給可編程控制器作了如下的定義： “可編程控制器是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是用來(lái)執(zhí)行 PLC 之功能者 , 亦被視同為 PLC, 但不包括鼓式或機(jī)械式順序控制器?！?可編程控制器的定義 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 曾于 1982 年 11 月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)

21、草案第一稿， 1985 年 1 月又頒發(fā)了第二稿， 1987 年 2 月頒發(fā)了第三稿。草案中對(duì)可編程控制器的定義是： “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)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入 / 輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?此定義強(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)“，即它也是一種計(jì)算機(jī)。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的

22、指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字量或模擬量的輸入 / 輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。 可編程序控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用PLC的主要特點(diǎn)由于控制對(duì)象的復(fù)雜性、使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行工作的連續(xù)長(zhǎng)期性，使得PLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有許多其它控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)。（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 為了滿足PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計(jì)”的要求，PLC通常采用了如下硬件和軟件的措施： 數(shù)字輸入輸出部分采用光電耦合隔離，模擬輸入通道加入R-C濾波器，有效的防止了干擾信號(hào)的進(jìn)入。 內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止電磁輻射干擾。采用

23、優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。對(duì)程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池作后備電源，一旦斷電或運(yùn)行停止，保證有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。具有良好的自診斷功能。隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢查判斷故障迅速方便。對(duì)采用的器件都進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選和老化，排除了因器件問(wèn)題而造成的故障。采用了冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)了可靠性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相應(yīng)提高。一般PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)以上。某些PLC的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后它所生產(chǎn)的PLC不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)PLC，這一指標(biāo)已毫無(wú)意義了。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障，大多是由于PLC的外部開(kāi)關(guān)、

24、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等引起的，而不是PLC本身發(fā)生的。（2）通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便，系統(tǒng)組成靈活現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品都已系列化和模塊化了，PLC配備有各種各樣品種齊全的I/O模塊和配套部件供用戶使用，系統(tǒng)的功能和規(guī)模可根據(jù)用戶的實(shí)際需求自行組合。PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O（其中也包含特殊功能的I/O）等均采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶要求的合理的性能價(jià)格比。（2）通用性強(qiáng)，擴(kuò)展方便，系統(tǒng)組成靈活 由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來(lái)，可以很方便地搭成能滿足不同控制要求的控制系統(tǒng)。 用戶不再需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。 在確定了PLC的硬件配置和I/O外部接線后，用戶所做的工作只是程序設(shè)計(jì)而已。（3）程序

25、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)，易懂PLC是一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其主要的使用對(duì)象是廣大的電氣技術(shù)人員。PLC生產(chǎn)廠家考慮到這種實(shí)際情況，提供一種特殊的編程方法，即采取與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖（ladder diagram）語(yǔ)言工程人員學(xué)習(xí)、使用這種編程語(yǔ)言十分方便。這也是為什么PLC能迅速普及和推廣的原因之一。 （4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)周期短且方便，維護(hù)工作量小由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是依據(jù)對(duì)象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同點(diǎn)萊一樣方便。這樣就大大縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工程的進(jìn)度。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連，系統(tǒng)便可以

26、投入運(yùn)行，安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多。（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)周期短且方便，維護(hù)工作量小PLC軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試大都可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，調(diào)試好后，再將PLC控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行連機(jī)調(diào)試，這樣既節(jié)省時(shí)間又方便。由于PLC本身故障率很低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，迅速查明原因。如果是PLC本身，則可用更換模塊的方法排除故障。這樣既能提高維護(hù)的工作效率，又可以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。（5）對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)PLC實(shí)質(zhì)上就是一種側(cè)重于I/O接口控制環(huán)節(jié)的工業(yè)用計(jì)算機(jī)，其控制操作的功能是通過(guò)軟件編程來(lái)確定的。當(dāng)

27、生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變PLC中的程序。這特別適合現(xiàn)代化的小批量，多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)方式?？删幊炭刂破鞯闹饕阅苤笜?biāo)1. I/O點(diǎn)數(shù) 指PLC外部輸入和輸出端子數(shù)。2. 用戶程序存儲(chǔ)容量 用來(lái)衡量PLC所能存儲(chǔ)用戶程序的多少。3. 掃描速度 指掃描1000步用戶程序所需的時(shí)間，以ms/千步為單位。5. 編程元件的種類和數(shù)量 編程元件指：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通用“字”寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能繼電器等。其種類和數(shù)量是衡量PLC的一個(gè)指標(biāo)。4. 指令系統(tǒng)條數(shù) 指PLC具有的基本指令和高級(jí)指令的種類和數(shù)量。種類數(shù)量越多，軟件功能越強(qiáng)。PLC

28、和單片機(jī)的區(qū)別與選擇區(qū)別： 1.PLC是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品；單片機(jī)是一種集成電路 2.單片機(jī)可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可；PLC是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)特例。 3.不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性；而單片機(jī)則不然。 PLC與單片機(jī)系統(tǒng)的選用： 1.對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是方便、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。 2.對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。PLC和單片機(jī)的區(qū)別與選擇PLC與通用計(jì)算機(jī)的比較PLC實(shí)際上就是

29、一種工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)。只不過(guò)在一般情況下，在工業(yè)自動(dòng)化工程中采用PLC要比通用計(jì)算機(jī)可靠、方便，易于維護(hù)，而在信息處理方面計(jì)算機(jī)卻優(yōu)于PLC。在一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，常常將兩者結(jié)合起來(lái)，PLC作為下位機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行信息處理。計(jì)算機(jī)與PLC之間通過(guò)通信線路實(shí)現(xiàn)信息的傳送和交換。這樣相輔相成、構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的完整的控制系統(tǒng)比較項(xiàng)目通用計(jì)算機(jī)PLC工作目的科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理等工業(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)境的要求低，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)掃描方式，掃描周期一般為幾十毫秒系統(tǒng)軟件需自備功能較強(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

30、掉電保護(hù)等一般性措施采用多種抗干擾措施，I/O有效隔離、自診斷，斷電保護(hù)，可在線維修編程語(yǔ)言匯編語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言，如：BASIC，C等梯形圖，助記符語(yǔ)言，SFC標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言對(duì)操作人員要求需專門培訓(xùn)。并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 一般的技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用對(duì)內(nèi)存的要求容量大容量小其它機(jī)種多，模塊種類多，易于構(gòu)成系統(tǒng) 可編程序控制器的基本組成目前，可編程序控制器的產(chǎn)品很多。不同廠家，不同型號(hào)的PLC結(jié)構(gòu)也各不相同，但就其基本組成和基本工作原理而言，卻大致相同?？删幊绦蚩刂破鞯幕窘M成PLC實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)上與微型計(jì)算機(jī)基本相同，特殊的地方主要在于它更側(cè)重于I/O接口的輸入輸

31、出控制及抗干擾環(huán)節(jié)。 PLC結(jié)構(gòu)接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（按鈕、各類開(kāi)關(guān)、模擬量等）輸入接口部件 中央處理器CPU板內(nèi)存塊編程器 電 源 部 件接口部件輸出受控元件（接觸器、電磁閥、指示燈）可編程控制器由哪幾部分組成？硬件軟件存儲(chǔ)器CPUI/O口編程器電源系統(tǒng)程序用戶程序 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電 源I/O擴(kuò)展單元輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出接口外部設(shè)備接口輸入接口I/O擴(kuò)展接口主機(jī)PLC編程器打印機(jī)磁帶機(jī)計(jì)算機(jī)掃描儀CPU存儲(chǔ)器用戶程序系統(tǒng)程序數(shù)據(jù)按鈕行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)電磁閥電磁線圈指示燈中央處理單元（CPU）CPU是PLC的核心部分，它是由控制器和運(yùn)算器組成。控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制PLC工作的部件，運(yùn)算器則是進(jìn)

32、行邏輯、算術(shù)等運(yùn)算的部件。CPU能從存儲(chǔ)器中讀取用戶程序指令，對(duì)其譯碼，生成有序的控制信號(hào)，從輸入單元或用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)，在運(yùn)算器中進(jìn)行各種運(yùn)算，然后把運(yùn)算處理結(jié)果送給輸出單元或存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。PLC在CPU的控制下不斷地循環(huán)掃描整個(gè)用戶程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備預(yù)定的控制任務(wù)。 CPU的具體作用如下：（1）以掃描方式接收輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，存入相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)；（2）診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；（3）執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。完成數(shù)據(jù)和信息的邏輯處理，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)部控制信號(hào)，完成用戶指令規(guī)定的各種操作。（4）響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器，打印機(jī)）的請(qǐng)求。存儲(chǔ)器P

33、LC系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器，主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)(PROM或EPROM芯片)。 存放預(yù)先編制并固化好的永久存儲(chǔ)程序和指令-監(jiān)控程序。 一般包括I/O初始化、自診斷、鍵盤(pán)顯示處理、指令編譯及監(jiān)督管理等功能。用戶不能改寫(xiě)這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。存儲(chǔ)器PLC系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器，主要用于存放系統(tǒng)程序，用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)(隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM)。 存儲(chǔ)隨機(jī)存取的數(shù)據(jù)，一般不需要長(zhǎng)久保存。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)一般包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映象區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、內(nèi)部寄存器和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。(EPROM或EEPROM存儲(chǔ)器) 存放通過(guò)編程器輸入的應(yīng)用程序，用

34、戶可擦除重新編程。 用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般就代表PLC的標(biāo)稱容量。通常，小型機(jī)小于8KB，中型機(jī)小于50KB，而大型機(jī)可在50KB以上。輸入/輸出(I/O)接口 輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、傳感器等）的控制信號(hào)。 輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過(guò)的結(jié)果通過(guò)輸出電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如:接觸器、電磁閥、指示燈等）。 電源 電源指為CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配備的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 外部設(shè)備接口 I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。輸入輸出擴(kuò)展接口 此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。編程器編程器

35、是PLC的重要外部設(shè)備，目前市場(chǎng)上的編程器種類很多，性能、價(jià)格相差很懸殊，有手持式、便攜式、CRT顯示屏式、臺(tái)式等多種形式，編程器的基本功能是輸入、修正、檢查及顯示用戶程序，調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過(guò)程，查找故障和顯示I/O、各繼電器的工作占用情況、信號(hào)狀態(tài)和出錯(cuò)信息等。編程器編程器是人機(jī)對(duì)話的窗口。工作方式既是連機(jī)編程又可以是脫機(jī)編程，可以是梯形圖編程也可以用助記符指令編程。同時(shí)還可以與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備相連，并有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。近幾年來(lái)，采用通用計(jì)算機(jī)編程，通過(guò)硬件接口和專用軟件包，使用戶可以直接在計(jì)算機(jī)上以連機(jī)或脫機(jī)的方式編程，可以用梯形圖編程，也可以采用助記符指令編程，并有較強(qiáng)的監(jiān)控

36、能力。這樣用戶就省去了編程器。PLC的編程語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖（Ladder Diagram）、語(yǔ)句表（Statement List）、控制系統(tǒng)流程圖（Control System Flowchart）等。在一些高檔PLC中，還可以提供專用的高級(jí)語(yǔ)言和通用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。其中梯形圖和語(yǔ)句表最為常用。 語(yǔ)句表類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的形式，通過(guò)指令助記符來(lái)編程。 梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，它是以寄存器控制系統(tǒng)的電氣原理圖為基礎(chǔ)演變而來(lái)的，易于理解和使用。各廠家生產(chǎn)的PLC使用的指令助記符有可能不同，但梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法基本上大同小異。 PLC的編程語(yǔ)言畫(huà)梯形圖的要求如下： 每一個(gè)邏輯行

37、必須從起始母線畫(huà)起； 寄存器線圈不能直接接在左邊的母線上； 在梯形圖中寄存器線圈只能使用一次，而其觸點(diǎn)可以使用個(gè)數(shù)是無(wú)限的； 梯形圖必須按照計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)的順序依次畫(huà)出。 PLC的編程語(yǔ)言PLC的基本指令 SIMATIC S7-200系列PLC的指令系統(tǒng)是非常豐富的，主要分為位邏輯指令、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令、傳送和比較指令、運(yùn)算指令、程序控制指令、特殊功能指令、堆棧和時(shí)鐘指令等幾個(gè)系列。一、位邏輯指令二、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令三、控制程序編制舉例一、位邏輯指令. 標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令. 輸出操作指令. 邏輯與操作指令. 邏輯或操作指令. 取非操作指令. 串聯(lián)電路的并聯(lián)操作指令. 并聯(lián)電路的串聯(lián)操作指令.

38、置位與復(fù)位操作. 正、負(fù)跳變操作指令（1）標(biāo)準(zhǔn)觸點(diǎn)指令常開(kāi)觸點(diǎn)：線圈不帶電，觸點(diǎn)斷開(kāi)（觸點(diǎn)的狀態(tài)是OFF或0），線圈帶電時(shí)，觸點(diǎn)閉合。常閉觸點(diǎn)：線圈不帶電，觸點(diǎn)是閉合（觸點(diǎn)狀態(tài)是1），線圈帶電時(shí)，其觸點(diǎn)斷開(kāi)（觸點(diǎn)狀態(tài)是0） AN bitbitA bitbit位邏輯指令（ ）bit= bit（2）輸出操作指令 當(dāng)執(zhí)行輸出命令時(shí)，新值被寫(xiě)入存儲(chǔ)器的指定地址位，在掃描周期中，CPU以批處理的方式將輸出映象寄存器中內(nèi)容傳送到輸出點(diǎn)，使輸出線圈接通位邏輯指令(3)立即輸出指令 含有立即輸出的指令叫做立即輸出指令。當(dāng)立即輸出指令執(zhí)行時(shí)，CPU直接讀取其物理輸入值，而不是更新映像寄存器。位邏輯指令（4）邏輯

39、與操作指令 邏輯與操作指令是指兩個(gè)元件的狀態(tài)都是1時(shí)才有輸出，兩個(gè)元件只要有一個(gè)為0，就無(wú)輸出。A I0.0A I0.1= Q0.0位邏輯指令(5)邏輯或操作指令 邏輯或操作指令是指兩個(gè)元件的狀態(tài)只要有一個(gè)為1就有輸出，只有兩個(gè)元件都為0才輸出。(6)取非操作指令 取非操作指令是把源操作數(shù)的狀態(tài)取反作為目標(biāo)操作數(shù)輸出位邏輯指令(7)串聯(lián)電路的并聯(lián)操作指令 串聯(lián)電路的并聯(lián)連接是指多個(gè)串聯(lián)電路之間又構(gòu)成或的邏輯操作。在執(zhí)行程序時(shí)，先算出各個(gè)串聯(lián)支路（與邏輯）的結(jié)果，然后再把結(jié)果的或傳送到輸出。(8)串聯(lián)電路的串聯(lián)操作指令 并聯(lián)電路的串聯(lián)連接是指多個(gè)并聯(lián)電路之間又構(gòu)成與的邏輯操作。執(zhí)行程序時(shí)，先算出

40、各個(gè)并聯(lián)支路（或邏輯）的結(jié)果，然后再把結(jié)果的與傳送到輸出。位邏輯指令I(lǐng)0.0串、并聯(lián)電路的并、串聯(lián)操作（ ）I0.1Q0.0I0.2I0.3I0.4I0.5LD I0.0 LD I0.4A I0.1 A I0.5LD I0.2 OLDA I0.3 = Q0.0OLDI0.0（ ）I0.2Q0.1I0.1I0.3I0.4I0.5LD I0.0 LD I0.4O I0.1 O I0.5LD I0.2 ALDO I0.3 = Q0.1ALD(a)(b)置位與復(fù)位指令 置位操作的語(yǔ)句表是由操作碼S、置位線圈的位地址bit和置位線圈數(shù)目n構(gòu)成。 置位信號(hào)為1時(shí)，被置位線圈置1。 當(dāng)置位信號(hào)變?yōu)?以后，被

41、置位位的狀態(tài)可以保持，直到使其復(fù)位的信號(hào)到來(lái)。 在執(zhí)行該指令時(shí)，被置位的線圈數(shù)目是從指令中指定的位元件開(kāi)始共有n個(gè)。（ ）BitSnS bit, n(a)（ ）BitRnR bit, n(b)置位與復(fù)位操作指令位邏輯指令復(fù)位操作指令 復(fù)位操作的語(yǔ)句表是由操作碼R、復(fù)位線圈的位地址bit和復(fù)位線圈數(shù)目n構(gòu)成。位邏輯指令（ ）BitSnS bit, n(a)（ ）BitRnR bit, n(b)置位與復(fù)位操作指令-PLC基本指令上微分操作指令上微分是指某一位操作數(shù)的狀態(tài)由0變?yōu)?的過(guò)程，即出現(xiàn)上升沿的過(guò)程，上微分指令可形成一個(gè)ON、一個(gè)掃描周期的脈沖。上微分操作指令 I0.0 Q0.0 A I0.

42、0FP= Q0.0（ ） P該脈沖用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)控制程序、運(yùn)算過(guò)程、結(jié)束一段控制等上微分操作的梯形圖由常開(kāi)觸點(diǎn)加上微分符“P”構(gòu)成，語(yǔ)句表由操作碼“FP”構(gòu)成P一個(gè)掃描周期I0.0Q0.0位邏輯指令當(dāng)負(fù)跳變觸點(diǎn)檢測(cè)到一次負(fù)跳變時(shí)，使輸出接通一個(gè)掃描周期，語(yǔ)句表由操作碼“FN”構(gòu)成NI0.0（ ）Q0.2N一個(gè)掃描周期I0.0Q0.2A I 0.0FN = Q0.2位邏輯指令定時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是PLC的重要元件，S7-200PLC共有三種定時(shí)器和三種計(jì)數(shù)器。定時(shí)器可分為接通延時(shí)定時(shí)器（TON）、斷開(kāi)延時(shí)定時(shí)器（TOF）和帶有記憶接通延時(shí)定時(shí)器（TONR）。計(jì)數(shù)器可分為增計(jì)數(shù)器（CT

43、U）、減計(jì)數(shù)器（CTD）和增減計(jì)數(shù)器（CTUD）。 上微分操作指令 I0.0 Q0.0 LD I0.0EU= Q0.0（ ）PINPTTONTnTON Tn , PTCUPVCTUCnCTU Cn , PVR接通延時(shí)定時(shí)器、增計(jì)數(shù)器指令(a)(b)位邏輯指令1. 結(jié)束指令 根據(jù)先前邏輯條件終止用戶程序。結(jié)束指令可在主程序內(nèi)使用，但不能在子程序或中斷程序內(nèi)使用。2. 暫停指令 使PLC從運(yùn)行模式進(jìn)入停止模式，立即終止程序的執(zhí)行。程序控制指令3. 跳轉(zhuǎn)操作指令 可以使程序跳轉(zhuǎn)到具體的標(biāo)號(hào)處。當(dāng)跳轉(zhuǎn)條件滿足時(shí)，程序由JMP指令控制轉(zhuǎn)至標(biāo)號(hào)n的程序段去執(zhí)行。4. 子程序調(diào)用與返回指令 子程序調(diào)用指令由

44、子程序調(diào)用允許端EN、子程序調(diào)用助記符SBR和子程序標(biāo)號(hào)n構(gòu)成。子程序返回指令由子程序返回條件和子程序返回助記符RET構(gòu)成。程序控制指令5.循環(huán)操作指令 循環(huán)操作執(zhí)行FOR與NEXT之間的指令。必須指定循環(huán)計(jì)數(shù)(INDX)、起始值(INIT)及結(jié)束值(FINAL)（NEXT）INDXFINALENOFOR INDX, INT, FINALNEXTINT循環(huán)操作指令FOREN程序控制指令PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 （1） 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。（2） 在滿足控制要求的條件下，力求使PLC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和使用及維護(hù)方便。（3） 保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。（4） 在選

45、擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量便于發(fā)展生產(chǎn)和改進(jìn)工藝的需要。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容（1） 選擇用戶輸入設(shè)備如按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)和傳感器等；輸出設(shè)備如繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象如電動(dòng)機(jī)、電磁閥等。（2） PLC是該控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC為保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量是至關(guān)重要的。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型、容量、I/O模塊和電源等選擇。 （3） 分配I/O點(diǎn)，繪制輸入輸出端子的連接圖。 （4） 設(shè)計(jì)控制程序，它包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）或控制系統(tǒng)流程圖?？刂瞥绦蚴强刂普麄€(gè)系統(tǒng)工作的軟件，對(duì)保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠起關(guān)鍵作用。因此PL

46、C控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，直至滿足要求。 （5） 如果必要的話，需設(shè)計(jì)操作臺(tái)、電氣柜、模擬顯示盤(pán)和非標(biāo)準(zhǔn)電器等。 （6） 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)、電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本思路有如下幾個(gè)方面：（1） 深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求，如控制的基本方式，需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必需的保護(hù)和連鎖等）、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、連續(xù)、單周期和單步等）。（2） 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求和所需要的輸入、輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)等，選擇合適類型的PLC。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路（3） 根據(jù)控制要求所

47、需的用戶輸入、輸出設(shè)備，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，并設(shè)計(jì)I/O端子的接線圖。（4） 對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，畫(huà)出工作循環(huán)圖表，如有必要再畫(huà)出詳細(xì)的狀態(tài)流程圖表，它能清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路（5）根據(jù)工作循環(huán)圖表或動(dòng)態(tài)流程圖表設(shè)計(jì)出梯形圖。如果被控對(duì)象已經(jīng)有了繼電器控制線路圖，可將它變換為梯形圖。設(shè)計(jì)梯形圖，這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的部分。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先應(yīng)熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)（6） 根據(jù)梯形圖編制程序指令。（7）用PLC的編程器將指令鍵入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器，并檢查鍵入的指令是否正確。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的

48、基本思路（8） 調(diào)試程序。如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，應(yīng)先做局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；若控制程序的步序較多，先進(jìn)行分段調(diào)試，后連接起來(lái)總調(diào)。（9） 在進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)（柜）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。待上述工作完成后，就可進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至滿足要求。 （10） 編制技術(shù)文件。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱工控機(jī)，它是為滿足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)與控制等要求而設(shè)計(jì)的一類計(jì)算機(jī)的總稱，它通常采用開(kāi)放式總線結(jié)構(gòu)，將各種過(guò)程通道做成相應(yīng)的模板或模塊，以便與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接連接，配以功能齊全的組態(tài)控制軟件，即可構(gòu)成一套完

49、整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 。總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱總線工控機(jī)）是目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它具有豐富的過(guò)程輸入/輸出接口功能，迅速響應(yīng)的實(shí)時(shí)功能和環(huán)境適應(yīng)能力。特點(diǎn)：1）可靠性高： 通常用于控制不間斷的生產(chǎn)過(guò)程，在運(yùn)行期間不允許停機(jī)檢修，一旦發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量事故，甚至生產(chǎn)事故。因此要求具有很高的可靠性，以確保平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)達(dá)到幾萬(wàn)小時(shí)，同時(shí)盡量縮短（幾分鐘）故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)，以達(dá)到很高的運(yùn)行效率。2）實(shí)時(shí)性好 當(dāng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測(cè)，因此要求它必須實(shí)時(shí)的響應(yīng)控制對(duì)象各種參數(shù)的變化。當(dāng)過(guò)程參數(shù)出現(xiàn)偏差或故障時(shí)，總線工控機(jī)能及時(shí)響應(yīng)

50、，并能實(shí)時(shí)地進(jìn)行報(bào)警和處理。為此需配有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)。 實(shí)時(shí)性是指總線工控機(jī)應(yīng)該具有的能夠在限定時(shí)間內(nèi)對(duì)外來(lái)事件做出反應(yīng)的能力，主要考慮兩個(gè)因素：1.根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的事件能夠保持多長(zhǎng)的時(shí)間；2.該事件要求計(jì)算機(jī)在多長(zhǎng)的時(shí)間以內(nèi)必須做出反應(yīng)，否則，將對(duì)生產(chǎn)過(guò)程造成影響甚至造成損害。3）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)： 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，供電系統(tǒng)也常受大負(fù)荷設(shè)備啟停的干擾，其接“地”系統(tǒng)復(fù)雜，共模及串模干擾大，因此要求總線工控機(jī)具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，如：對(duì)溫度/濕度變化范圍要求高；要具有防塵、防腐蝕、防振動(dòng)沖擊的能力；要具有較好的電磁兼容性和高抗干擾能力。4）輸入和輸出模板配套好

51、 工控機(jī)要具有豐富的多種功能的過(guò)程輸入和輸出配套模板，如模擬量、開(kāi)關(guān)量、脈沖量、頻率量等輸入輸出模板。具有多種類型的信號(hào)調(diào)理功能，如隔離型和非隔離型信號(hào)調(diào)理；各類熱電偶，熱電阻信號(hào)輸入調(diào)理；電壓電流信號(hào)輸入和輸出信號(hào)的調(diào)理等。 隨著工廠自動(dòng)化水平的提高，控制規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，因此要求工控機(jī)具有靈活的擴(kuò)充性。 要求工控機(jī)具有開(kāi)放性體系結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)在主機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件兼容及升級(jí)等方面遵守開(kāi)放性原則，以便于系統(tǒng)擴(kuò)充、異機(jī)種連接、軟件的可移植和互換。5）系統(tǒng)擴(kuò)充性好： 6）系統(tǒng)開(kāi)放性 工控軟件包要具備人機(jī)交互方便、畫(huà)面豐富、實(shí)時(shí)性好等性能；具有系統(tǒng)組態(tài)和系統(tǒng)生成功能；具有實(shí)時(shí)及歷史的趨勢(shì)記錄與

52、顯示功能；具有實(shí)時(shí)報(bào)警及事故追憶等功能。此外尚需具有豐富的控制算法，除了常規(guī)PID(比例、積分、微分)控制算法外，還應(yīng)具有一些高級(jí)控制算法，如模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、自適應(yīng)、自整定等算法，并具有在線自診斷功能。目前一個(gè)優(yōu)秀的控制軟件包往往將連續(xù)控制功能與斷續(xù)控制功能相結(jié)合。 7）控制軟件包功能強(qiáng) 具有串行通信、網(wǎng)絡(luò)通信功能。由于實(shí)時(shí)性要求高，因此要求工控機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)速度高，并且符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，如IEEE 802.4，IEEE 802.3協(xié)議等；可構(gòu)成更大的控制系統(tǒng) 包括供電后備、存儲(chǔ)器信息保護(hù)、手動(dòng)自動(dòng)操作切換、緊急事故處理裝置等。8）系統(tǒng)通信功能強(qiáng) 9）后備措施齊全 在可靠性要求更高

53、的場(chǎng)合，要求有雙機(jī)工作及冗余系統(tǒng)，包括雙控制站、雙操作站、雙網(wǎng)通信、雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機(jī)切換功能、雙機(jī)監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長(zhǎng)期不間斷地運(yùn)行。10）具有冗余性 第二章 機(jī)電一體化的單元技術(shù) 122STD總線是由美國(guó)Pro-Log公司推出在工業(yè)PC應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛采用的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。采用PC和MS-DOS兼容性設(shè)計(jì),以及“All in one”和總線I/O的設(shè)計(jì)思想,使8/16位的STD總線適應(yīng)高性能32位微處理器的要求。VME總線也是一種很有生命力的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。VME總線產(chǎn)品的插針式連接器結(jié)構(gòu)被強(qiáng)震動(dòng)、沖擊和高塵埃等極惡劣場(chǎng)合廣泛采用 ,特別是在列車、輪船等運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中。PC/104是

54、當(dāng)前國(guó)際上小型化工業(yè)PC中比較熱門的產(chǎn)品。PC/104總線和ISA規(guī)范完全兼容。總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)CompactPCI采用 VME歐洲卡封裝形式,提供真正工業(yè)封裝的PCI性能。CompactPCI不需橋路就可驅(qū)動(dòng)多至8個(gè)總線插槽,足以滿足大多數(shù)工業(yè)系統(tǒng)的要求。CompactPCI利用最新和最快的視頻、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)采集芯片,定位在下一代更快速CPU上(如P5、P6、PowerPC和P7等) 。 總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)VXI(VMEbus eXtension for Instrumentation)總線系統(tǒng)是一種完全開(kāi)放的、有眾多產(chǎn)品供應(yīng)商支持的高性能模塊化儀器總線標(biāo)準(zhǔn),又稱為“VME擴(kuò)展到儀器應(yīng)用

55、”標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線是一種基于VME總線的模塊儀器結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)所有廠家開(kāi)放,并兼容現(xiàn)有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線產(chǎn)品通過(guò)局部MXI總線,很容易和外部的、采用ISA、EISA和PCI等其它總線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連,構(gòu)成多VXI系統(tǒng)?？偩€工業(yè)控制計(jì)算機(jī)STD總線工控機(jī)STD總線最早是由美國(guó)的Pro-log公司在1978年推出的，是目前國(guó)際上工業(yè)控制領(lǐng)域最流行的標(biāo)準(zhǔn)總線之一按STD總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的模塊式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為STD總線工業(yè)控制機(jī)。STD標(biāo)準(zhǔn)可支持8位/16位/32位處理機(jī)。STD總線工業(yè)控制機(jī)特點(diǎn)：采用了開(kāi)放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)組成沒(méi)有固定的模式和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型，而是提供了大量的功能模板，用戶根據(jù)需要，通過(guò)對(duì)模板的品種和數(shù)量的選擇與組合，即可配置成適用于不同工業(yè)對(duì)象、不同生產(chǎn)規(guī)模的生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)控制機(jī)。STD總線工控機(jī)工控機(jī)的功能模板可分為系統(tǒng)模板、IO接口類模板和通信類模板三大類。對(duì)于STD總線工控機(jī)來(lái)說(shuō)。系統(tǒng)模板包括CPU模板、存儲(chǔ)器模板、人機(jī)接口和系統(tǒng)支持模板。對(duì)于PCI總線工控機(jī)來(lái)說(shuō)。系統(tǒng)模板就是一體化CPU板。STD總線工控機(jī)第二章 機(jī)電一體化的單元技術(shù) 128IO接口類模板包括開(kāi)關(guān)量IO模板、AD轉(zhuǎn)換模板、DA轉(zhuǎn)換模板、信號(hào)調(diào)理板、繼電器輸出板等。通信類模板包括如RS一232C接口板、USB接口板、GPIB接口板、工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)接口板等。STD總線工控