PLC應(yīng)用技術(shù)與技能訓(xùn)練(歐姆龍CP1E型)項(xiàng)目一PLC的基礎(chǔ)知識(shí)

工程一PLC的根底知識(shí)工作任務(wù)1PLC的產(chǎn)生、開展與特點(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)(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115VAC(美國電壓標(biāo)準(zhǔn))。

(7)輸出量為115VAC、2A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4KB。

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(ProgrammableLogicController，PLC)。三、PLC的開展

1.PLC的開展過程

PLC從誕生至今，大體經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，其開展過程大致如下：

1969—1972年是第一代PLC開展和應(yīng)用時(shí)期。此時(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。

1973—1975年是第二代PLC開展時(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。1976—1983年是第三代PLC開展時(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)方向開展，并具有較強(qiáng)的自診斷功能。

1984年至今是第四代PLC開展時(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。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)說明了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)。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640KB，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各局部以單獨(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)，在底板上有假設(shè)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)本錢。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最根本的控制功能，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。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)備能夠到達(dá)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)間可以到達(dá)幾十萬小時(shí)以上，如三菱公司的F1、F2系列的MTBF可到達(dá)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，因此PLC在硬件和軟件方面均采取了一系列抗干擾措施。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(WatchingDogTimer，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)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。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220VAC、24VDC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得以迅速開展和廣泛應(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、平安，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)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)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CPM1APLC，每個(gè)定時(shí)器可實(shí)現(xiàn)0.1～999.9s或0.01～99.99s的定時(shí)控制，SIEMENS公司的S7-200系列PLC可提供時(shí)基單位為0.1s，0.01s及0.001s的定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)從0.001s到3276.7s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。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)量的移位存放器，用移位存放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)控制更為方便。6)數(shù)據(jù)處理

大局部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也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。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

反映這局部性能指標(biāo)有編程器形式(簡易編程器、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)。反映這局部指標(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，它表達(dá)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，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(píng)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，假設(shè)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，那么說明這臺(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)結(jié)構(gòu)組成下面結(jié)合圖1-1來說明PLC各個(gè)組成局部的功能。

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)算器和存放器組成，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)器或輸入映像存放器中，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)果存入輸出映像存放器或工在模板式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ROM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)模集成電路的開展，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PLC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)器可分為存放器、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、移位存放器、累加存放器、數(shù)據(jù)存放器、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8KB，中型PLC的存儲(chǔ)能力為2～64KB，大型PLC的存儲(chǔ)能力可到達(dá)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中的信息喪失，常采用鋰電池作后備保護(hù)。假設(shè)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)器中必須有局部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)用戶程序很長或需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)較多時(shí)，PLC根本組成中的存儲(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喪失，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)EPROM(只讀存儲(chǔ)器)。EPROM是一種可用紫外光擦除、在電壓為25V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+5V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-51〖JP〗系列單片機(jī)直接兼容。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+5V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4000A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2537A的短波紫外線下曝光，擦除的總光量(紫外光光強(qiáng)×曝光時(shí)間)必須大于15W·s/cm2。用12000μW/cm2紫外線燈，擦除的時(shí)間約為15～20min。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，不適宜屢次反復(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，又保存了ROM不易喪失的特點(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)的類型選擇適宜的輸入接口。(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根本相同。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)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)選擇適宜的輸出接口。(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24VDC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)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。①晶體管輸出單元。晶體管輸出電路如圖1-4所示。輸出電路采用三極管作為開關(guān)器件。圖1-4晶體管輸出電路②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③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)，說明有電流流過,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)，說明沒有電流流過，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④三種輸出方式的比較：

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)、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0～5V、0～10V、1～5V、4～20mA，也可以是雙極性的，如±50mV、±5V、±10V、±20mA。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，或存入中間存放器備用。(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)緩沖器存入中間存放器，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，遵循國際上多種標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議來工作。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、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)為根底的編程系統(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)那么由用戶自己選擇)。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)格較廉價(jià)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)和各種智能分析儀器的軟件開發(fā)工具。

PC的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)的軟件一般包括以下幾個(gè)局部。

(1)編程軟件，這是最根本的軟件，它允許用戶生成、編輯、存儲(chǔ)和打印梯形圖程序及其他形式的程序。

(2)文件編制軟件，它與程序生成軟件一起，可以對梯形圖中的每一個(gè)觸點(diǎn)和線圈加上文字注釋(英文或中文)，指出它們在程序中的作用，并能在梯形圖中提供附加的注釋，解釋某一段程序的功能，使程序容易閱讀和理解。(3)數(shù)據(jù)采集和分析軟件，在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，該局部軟件功能已相當(dāng)普遍。PC可以從PLC控制系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)，并可用各種方法分析這些數(shù)據(jù)，然后將結(jié)果用條形統(tǒng)計(jì)圖或扇形統(tǒng)計(jì)圖的形式顯示在CRT上，這種分析處理過程是非?？斓?，幾乎是實(shí)時(shí)的。

(4)實(shí)時(shí)操作員接口軟件，這一類軟件對PC提供實(shí)時(shí)操作的人-機(jī)接口裝置，使PC被用來作為系統(tǒng)的監(jiān)控裝置，通過CRT告訴操作人員系統(tǒng)的狀況和可能發(fā)生的各種報(bào)警信息。操作員可以通過操作員接口鍵盤(有時(shí)也可能直接用個(gè)人計(jì)算機(jī)的鍵盤)輸入各種控制指令，處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題。(5)仿真軟件，它允許工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對工廠過程做系統(tǒng)仿真，過去這一功能只有大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才有。它可以對現(xiàn)有的系統(tǒng)進(jìn)行有效的檢測、分析和調(diào)試，也允許系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在實(shí)際系統(tǒng)建立之前，反復(fù)地對系統(tǒng)仿真。用這個(gè)方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，并加以修改，還可以縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的總工期，以防止不必要的浪費(fèi)和因設(shè)計(jì)不當(dāng)而造成的損失。7.電源

PLC的外部工作電源一般為單相85～260VAC50/60Hz電源，也有采用24～26V直流電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時(shí)提供24V直流電源，供直流輸入使用。PLC對其外部工作電源的穩(wěn)定要求不高，一般可允許誤差為±15%左右。

PLC的內(nèi)部電源系統(tǒng)一般有三類：第一類是供PLC中的TTL芯片和集成運(yùn)算放大器使用的根本電源(+5V和±15VDC電源)；第二類電源是供輸出接口使用的高壓電流的功率電源；第三類電源是鋰電池及其充電電源。考慮到系統(tǒng)的可靠性及光電隔離器的使用，不同類電源應(yīng)具有不同的地線。此外，根據(jù)PLC的規(guī)模及允許擴(kuò)展的接口模板數(shù)，各種PLC的電源種類和容量往往是不同的。

8.總線

總線是溝通PLC中各個(gè)功能模板的信息通道，它的含義并不單是各個(gè)模板插腳之間的連線，還包括驅(qū)動(dòng)總線的驅(qū)動(dòng)器及其保證總線正常工作的控制邏輯電路。對于一種型號(hào)的PLC而言，總線上各個(gè)插腳都有其特定的功能和含義，但對于不同型號(hào)的PLC而言，總線上各個(gè)插腳的含義不完全相同(到目前為止，國際上尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn))?？偩€上的數(shù)據(jù)都是以并行方式傳送的，傳送的速度和驅(qū)動(dòng)能力與CPU模板上的驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)〞的工作方式，如圖1-7所示。圖1-7PLC的工作方式1.PLC控制系統(tǒng)的等效工作電路

PLC控制系統(tǒng)的等效工作電路可分為輸入局部、內(nèi)部控制電路和輸出局部3局部。輸入局部用于采集輸入信號(hào)，輸出局部是系統(tǒng)的執(zhí)行部件。這兩局部與繼電器控制電路相同。內(nèi)部控制電路通過編程方法實(shí)現(xiàn)邏輯控制，用軟件編程代替繼電器的電路功能。

1)輸入局部

輸入局部由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號(hào)經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動(dòng)輸入繼電器的線圈，每個(gè)輸入端子與其相同編號(hào)的輸入繼電器有著唯一確定的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)外部的輸入元件處于接通狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的輸入繼電器線圈“得電〞。注意：這個(gè)輸入繼電器是PLC內(nèi)部的“軟繼電器〞，即前面介紹過的存儲(chǔ)器中的某一位，它可以提供任意多個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)或動(dòng)斷觸點(diǎn)，以供PLC內(nèi)部控制電路編程使用。

為使輸入繼電器的線圈得電，即讓外部輸入元件的接通狀態(tài)寫入與其對應(yīng)的根本單元中，輸入回路要有電源。輸入回路所使用的電源可以用PLC內(nèi)部提供的24V直流電源(其帶負(fù)載能力有限)供電，也可由PLC外部獨(dú)立的交流或直流電源供電。需要強(qiáng)調(diào)的是，輸入繼電器的線圈只能由來自現(xiàn)場的輸入元件(如控制按鈕、行程開關(guān)的觸點(diǎn)、晶體管的基極-發(fā)射極電壓、各種檢測及保護(hù)器件的觸點(diǎn)或動(dòng)作信號(hào)等)來驅(qū)動(dòng)，而不能用編程的方式來控制。因此，在梯形圖程序中，只能使用輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不能使用輸入繼電器的線圈。

2)內(nèi)部控制電路

所謂內(nèi)部控制電路是由用戶程序形成的，用“軟繼電器〞來代替繼電器控制邏輯。其作用是按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)進(jìn)行檢測、判斷、運(yùn)算和處理，然后得到相應(yīng)的輸出。一般用戶程序是用梯形圖語言編制的，它看起來很像繼電器控制線路圖。在繼電器控制線路中，繼電器的觸點(diǎn)可瞬時(shí)動(dòng)作，也可延時(shí)動(dòng)作，而PLC梯形圖中的觸點(diǎn)是瞬時(shí)動(dòng)作的。如果需要延時(shí)，可由PLC提供的定時(shí)器來完成，延時(shí)時(shí)間可根據(jù)需要在編程時(shí)設(shè)定，其定時(shí)精度及范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于時(shí)間繼電器。在PLC中還提供了計(jì)數(shù)器、輔助繼電器(相當(dāng)于繼電器控制線路中的中間繼電器)及某些特殊功能的繼電器。PLC的這些器件所提供的邏輯控制功能，可在編程時(shí)根據(jù)需要來選用，且只能在PLC的內(nèi)部控制電路中使用。3)輸出局部(以繼電器輸出型PLC為例)

輸出局部是由在PLC內(nèi)部且與內(nèi)部控制電路隔離的輸出繼電器的外部動(dòng)合觸點(diǎn)、輸出接線端子和外部驅(qū)動(dòng)電路組成的，用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

PLC的內(nèi)部控制電路中有許多輸出繼電器，每個(gè)輸出繼電器除了有為內(nèi)部控制電路提供編程用的任意多個(gè)動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)外，還為外部輸出電路提供了一個(gè)實(shí)際的動(dòng)合觸點(diǎn)與輸出接線端子相連。

驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載電路的電源必須由外部電源來提供，電源種類及規(guī)格可根據(jù)負(fù)載要求去配備，只要在PLC允許的電壓范圍內(nèi)工作即可。綜上所述，我們可對PLC的等效電路做進(jìn)一步簡化而深刻的理解，即將輸入局部等效為一個(gè)繼電器的線圈，將輸出局部等效為繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)。

2.PLC的工作過程

雖然PLC的根本組成及工作原理與一般微型計(jì)算機(jī)相同，但它的工作過程與微型計(jì)算機(jī)卻有很大差異，這主要是由操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的差異造成的。小型PLC的工作過程有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一個(gè)是周期性順序掃描，一個(gè)是集中批處理。

周期性順序掃描是PLC特有的工作方式，PLC在運(yùn)行過程中，總是處在不斷循環(huán)的順序掃描過程中。每次掃描所用的時(shí)間稱為掃描時(shí)間，又稱為掃描周期或工作周期。

PLC的I/O點(diǎn)數(shù)較多，采用集中批處理的方法可以簡化操作過程，便于控制，提高系統(tǒng)可靠性。因此PLC的另一個(gè)主要特點(diǎn)就是對輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新實(shí)施集中批處理。這同樣是為了提高系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)PLC啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化操作，包括對工作內(nèi)存進(jìn)行初始化，復(fù)位所有的定時(shí)器，將輸入/輸出繼電器清零，檢查I/O單元接口是否完好，如有異常那么發(fā)出報(bào)警信號(hào)。初始化完成之后，PLC就進(jìn)入周期性掃描過程。小型PLC的工作掃描過程如圖1-8所示。

圖1-8小型PLC的工作掃描過程根據(jù)圖1-8，可將PLC的工作過程分為以下三個(gè)階段。

1)輸入采樣階段

輸入采樣階段是第一個(gè)集中批處理過程。在這個(gè)階段中，PLC按順序逐個(gè)采集所有輸入端子上的信號(hào)，不管輸入端子上是否接線，CPU順序讀取全部輸入端，將所有采集到的一批輸入信號(hào)寫到輸入映像存放器中。在當(dāng)前的掃描周期內(nèi)，用戶程序依據(jù)的輸入信號(hào)的狀態(tài)(ON或OFF)，均從輸入映像存放器中去讀取。而不管此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)是否變化。即使此時(shí)外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣掃描階段去讀取。對于這種采集輸入信號(hào)的批處理，雖然嚴(yán)格上說每個(gè)信號(hào)被采集的時(shí)間有先有后，但由于PLC的掃描周期很短，這個(gè)差異對一般工程應(yīng)用可忽略，所以可認(rèn)為這些采集到的輸入信息是同時(shí)的。2)執(zhí)行用戶程序階段

執(zhí)行用戶程序階段是第二個(gè)集中批處理過程。在該階段，CPU對用戶程序按順序進(jìn)行掃描。如果程序用梯形圖表示，那么總是按先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描。每掃描到一條指令，所需要的輸入信息的狀態(tài)均從輸入映像存放器中去讀取，而不是直接使用現(xiàn)場的立即輸入信號(hào)。對其他信息，那么是從PLC的元件映像存放器中讀取。在執(zhí)行用戶程序中，每一次運(yùn)算的中間結(jié)果都立即寫入元件映像存放器中，這樣該元素的狀態(tài)即刻會(huì)被后面將要掃描到的指令所利用。對輸出繼電器的掃描結(jié)果，也不是立即去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，而是將其結(jié)果寫入元件映像存放器中的輸出映像存放器中，待輸出刷新階段集中進(jìn)行批處理。在該階段，除了輸入映像存放器外，各個(gè)元件映像存放器的內(nèi)容都是隨著程序的執(zhí)行而不斷變化的。

3)輸出處理階段

輸出處理階段是第三個(gè)集中批處理過程。當(dāng)CPU對全部用戶程序掃描結(jié)束后，會(huì)將元件映像存放器中各輸出繼電器的狀態(tài)同時(shí)傳送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動(dòng)各輸出繼電器所帶的負(fù)載。在輸出刷新階段結(jié)束后，CPU將進(jìn)入下一個(gè)掃描周期。

3.PLC的掃描周期及滯后響應(yīng)

1)PLC的掃描周期

PLC的掃描周期與PLC的時(shí)鐘頻率、用戶程序的長短及系統(tǒng)配置有關(guān)。一般PLC的掃描時(shí)間僅為幾十毫秒，在輸入采樣和輸出刷新階段只需1～2ms，做公共處理也是在瞬間完成的，所以掃描時(shí)間的長短主要由用戶程序來決定。2)PLC的響應(yīng)時(shí)間

從PLC的輸入端有一個(gè)輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC的輸出端對該輸入變化做出反響，需要一段時(shí)間，這段時(shí)間稱為響應(yīng)時(shí)間或滯后時(shí)間。這種輸出對輸入在時(shí)間上的滯后現(xiàn)象，嚴(yán)格地說，影響了控制的實(shí)時(shí)性，但對于一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。如果需要快速響應(yīng)，可選用快速響應(yīng)模板、高速計(jì)數(shù)模板及采用中斷處理功能來縮短滯后時(shí)間。(1)響應(yīng)時(shí)間的快慢與以下因素有關(guān)：①輸入濾波器的時(shí)間常數(shù)(輸入延遲)。因?yàn)镻LC的輸入濾波器是一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此，輸入濾波器的輸出電壓(即CPU模板的輸入信號(hào))相對現(xiàn)場實(shí)際輸入元件的變化信號(hào)有一個(gè)時(shí)間延遲，這就導(dǎo)致了實(shí)際輸入信號(hào)在進(jìn)入輸入映像存放器前有一個(gè)滯后時(shí)間。另外，如果輸入導(dǎo)線很長，由于分布參數(shù)的影響，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“隱形〞濾波器的效果。②輸出繼電器的機(jī)械滯后(輸出延遲)。PLC的數(shù)字量輸出經(jīng)常采用繼電器觸點(diǎn)的形式輸出,而繼電器固有的動(dòng)作時(shí)間會(huì)導(dǎo)致繼電器的實(shí)際動(dòng)作相對線圈的輸入電壓的滯后效應(yīng)。如果采用雙向可控硅(雙向晶闡管)或晶體管的輸出方式，那么可減少滯后時(shí)間。③PLC的循環(huán)掃描工作方式。PLC的循環(huán)掃描工作方式是由PLC的工作方式?jīng)Q定的，要想減少程序掃描時(shí)間，必須優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，在可能的情況下，應(yīng)采用跳轉(zhuǎn)指令。④PLC對輸入采樣、輸出刷新的集中批處理方式。這也是由PLC的工作方式?jīng)Q定的。為加快響應(yīng)，目前有的PLC的工作方式采取直接控制方式，這種工作方式的特點(diǎn)是遇到輸入便立即讀取進(jìn)行處理，遇到輸出那么把結(jié)果予以輸出；有的PLC采取混合工作方式，這種工作方式的特點(diǎn)是它只是在輸入采樣階段進(jìn)行集中讀取(批處理)，在執(zhí)行程序時(shí)，遇到輸出時(shí)便直接輸出。后一種方式由于對輸入采用的是集中讀取，所以在一個(gè)掃描周期內(nèi)，同一個(gè)輸入即使在程序中有多處出現(xiàn)，也不會(huì)像直接控制方式那樣，可能出現(xiàn)不同的值；又由于這種方式的程序執(zhí)行與輸出采用的是直接控制方式，所以又具有直接控制方式輸出響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。

(2)最短響應(yīng)時(shí)間和最長響應(yīng)時(shí)間。由于PLC采用循環(huán)掃描工作方式，因此響應(yīng)時(shí)間與收到輸入信號(hào)的時(shí)刻有關(guān)。這里針對采用三個(gè)批處理工作方式的PLC，分析一下最短響應(yīng)時(shí)間和最長響應(yīng)時(shí)間。

①最短響應(yīng)時(shí)間：在一個(gè)掃描周期剛結(jié)束時(shí)就收到了有關(guān)輸入信號(hào)的變化狀態(tài)，那么下一掃描周期一開始這個(gè)變化信號(hào)就可以被采樣到，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短，即最短響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+1個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間②最長響應(yīng)時(shí)間：如果在1個(gè)掃描周期剛開始收到一個(gè)輸入信號(hào)的變化狀態(tài)，那么由于存在輸入延遲，在當(dāng)前掃描周期內(nèi)這個(gè)輸入信號(hào)對輸出不會(huì)起作用，要到下一個(gè)掃描周期快結(jié)束時(shí)的輸出刷新階段，輸出才會(huì)做出反響，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間最長，即

最長響應(yīng)時(shí)間=輸入延遲時(shí)間+2個(gè)掃描周期+輸出延遲時(shí)間

如果用戶程序中的指令語句安排得不合理，那么響應(yīng)時(shí)間還要增大。4.PLC與繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)的區(qū)別

1)PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別

PLC的工作方式是串行，用“軟件〞；繼電器控制系統(tǒng)的工作方式是并行，用“硬件〞。

2)PLC與單片機(jī)的區(qū)別

PLC的工作方式是循環(huán)掃描；單片機(jī)的工作方式是待命或中斷。

PLC與其他控制裝置的比較如表1-1所示。表1-1PLC與其他控制裝置的比較圖1-9兩種梯形圖的比較由圖1-9可以看出，PLC的梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路的梯形圖，只不過它用圖形符號(hào) 、 、 等連接而成。這些符號(hào)對應(yīng)的編程元件依次為常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、繼電器線圈。梯形圖按照自上而下、從左到右的順序排列，一般每個(gè)繼電器線圈對應(yīng)一個(gè)邏輯行。梯形圖的最左邊是起始母線，每一個(gè)邏輯行必須從起始母線畫起，然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后終止于繼電器線圈。梯形圖的最右邊是終止母線，有時(shí)可以省去不畫。

2.語句表(STL)

語句表編程語言是一種與匯編語言類似的助記符編程語言，它使用容易記憶的英語縮寫單詞表示PLC的各種指令，使用編程器對PLC程序進(jìn)行讀寫、修改和編輯等操作。不同廠家生產(chǎn)的PLC的語句表助記符有所不同，以歐姆龍的PLC為例，對應(yīng)圖1-9的語句表為：

LD 0.01

OR 100.00

ANDNOT 0.00

OUT 100.00語句表是用戶程序的根底，每個(gè)控制功能由一條或多條語句組成的用戶程序完成。每條語句都是規(guī)定CPU應(yīng)如何動(dòng)作的指令，它的作用和一般的計(jì)算機(jī)指令相同。PLC的指令由操作碼和操作數(shù)組成，其格式為

操作碼 操作數(shù)

操作碼用來指定要執(zhí)行的功能，告訴CPU該進(jìn)行什么操作；操作數(shù)是指定執(zhí)行該操作必需的數(shù)據(jù)，告訴CPU用什么數(shù)據(jù)或什么地方的數(shù)據(jù)來執(zhí)行該操作。3.邏輯功能圖(LFD)

邏輯功能圖是用“與〞、“或〞、“非〞等邏輯功能符號(hào)表達(dá)控制功能的圖形語言，與數(shù)字電路中的邏輯圖一樣，極易表現(xiàn)條件與結(jié)果之間的邏輯功能。這種編程語言根據(jù)信息流將各種功能塊加以組合，是一種逐步開展起來的新式編程語言，比較適合有數(shù)字電路知識(shí)根底的人使用。目前邏輯功能圖日益受到各PLC生產(chǎn)廠家的重視。

4.高級(jí)語言

對于大型PLC來說，點(diǎn)數(shù)多，控制對象復(fù)雜，所以可以使用像微型計(jì)算機(jī)一樣的結(jié)構(gòu)化編程語言，例如BASIC語言、C語言、PASCAL等高級(jí)語言。這種編程方式不僅能完成邏輯控制功能、數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)，還能很方便地與計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)，從而形成由計(jì)算機(jī)控制的可編程序控制器系統(tǒng)。

表1-2CP1E型PLC的型號(hào)對于歐姆龍CP1E型PLC的CPU單元，電源中斷后以下的I/O存儲(chǔ)器區(qū)將變得不穩(wěn)定：DM區(qū)(D)(使用DM功能備份到EEPROM的字除外)，保持區(qū)(H)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值和完成標(biāo)志(C)，與時(shí)鐘功能有關(guān)的輔助區(qū)(A)。如要電源中斷后保持以上區(qū)中的數(shù)據(jù)，可將CP1W-BAT01電池(另售)安裝到N型CPU單元。注意：電池不能安裝到E型CPU單元。

2.歐姆龍CP1E型PLC的運(yùn)行模式

CPU單元有以下三種運(yùn)行模式：

(1)PROGRAM模式：PROGRAM模式不執(zhí)行程序。此模式可用于PLC設(shè)置中的初始設(shè)定、傳送梯形圖程序、檢查梯形圖程序以及為執(zhí)行梯形圖程序做準(zhǔn)備，如強(qiáng)制置位/復(fù)位。(2)MONITOR模式：此模式可執(zhí)行在線編輯、強(qiáng)制置位/復(fù)位，以及在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)變更I/O存儲(chǔ)器的當(dāng)前值。此模式可用于試運(yùn)行和調(diào)整。

(3)RUN模式：此模式可執(zhí)行梯形圖程序。在此模式中局部操作為無效。當(dāng)CPU單元置“ON〞時(shí)，此模式為初始值的啟動(dòng)模式。

3.運(yùn)行模式的變更

歐姆龍CP1E型PLC啟動(dòng)后，運(yùn)行模式可通過CX-Programmer進(jìn)行變更。CPU單元置“ON〞時(shí)的缺省運(yùn)行模式為RUN模式，假設(shè)要將啟動(dòng)模式變更為PROGRAM模式或MONITOR模式，需通過CX-Programmer在PLC的啟動(dòng)設(shè)置中設(shè)定所需的模式，如圖1-10所示。PLC啟動(dòng)后運(yùn)行模式的變更可選用以下步驟之一：

(1)在運(yùn)行模式菜單中選擇PROGRAM、MONITOR或RUN模式。

(2)在工程樹形圖中右鍵點(diǎn)擊PLC，然后在運(yùn)行模式菜單中選擇PROGRAMMONITOR或RUN模式。

圖1-10啟動(dòng)后運(yùn)行模式的變更二、CP1E型PLC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)及元件功能

在CP1E型PLC的CPU單元中的存儲(chǔ)器區(qū)，可從梯形圖程序讀取或?qū)懭氪鎯?chǔ)器。存儲(chǔ)器區(qū)是由通過外部設(shè)備進(jìn)行輸入/輸出區(qū)、用戶區(qū)及系統(tǒng)區(qū)構(gòu)成的，如圖1-11所示。圖1-11CPU單元中的存儲(chǔ)器區(qū)CP1E型PLC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)及元件功能分配如下：

1)CIO區(qū)(CIO0～CIO289)

在CIO區(qū)中，輸入位地址范圍為CIO0～CIO99，輸出位地址范圍為CIO100～CIO199，串行PLC鏈接地址范圍為CIO200～CIO289。CIO區(qū)中的位和地址為分配給CP1E的CPU單元的內(nèi)置I/O端子及擴(kuò)展單元、擴(kuò)展I/O單元。未分配的輸入字和輸出位可在程序中作為工作位使用。

2)工作區(qū)(W)

工作區(qū)為CPU單元內(nèi)部存儲(chǔ)器的一局部，可在編程中使用。與CIO區(qū)中的輸入位和輸出位不同，在此區(qū)中不可對外部設(shè)備的輸入/輸出進(jìn)行刷新。在使用CIO區(qū)中其他字前，先將此區(qū)用于工作字和位。CP1E型PLCCPU單元的更新版本中也不會(huì)對此區(qū)分配新的功能，因此在編程時(shí)請先使用此區(qū)域中的字。

3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)(D)

此數(shù)據(jù)區(qū)用于一般數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，且僅可由字(16位)進(jìn)行存取。

當(dāng)PLC置ON或運(yùn)行模式切換(PROGRAM、RUN、MONITOR模式間切換)時(shí)，此區(qū)中字將保持其內(nèi)容。通過輔助區(qū)位可在內(nèi)置EEPROM備份存儲(chǔ)器中保持指定字。4)定時(shí)器區(qū)(T)

定時(shí)器區(qū)域分成定時(shí)器完成標(biāo)志和定時(shí)器當(dāng)前值(PV)兩個(gè)局部。最多可使用256個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器編號(hào)范圍為T0～T255。

(1)定時(shí)器完成標(biāo)志。通過定時(shí)器編號(hào)，每個(gè)定時(shí)器完成標(biāo)志對應(yīng)一位。當(dāng)經(jīng)過設(shè)定的定時(shí)器時(shí)間時(shí)，完成標(biāo)志置ON。

(2)定時(shí)器當(dāng)前值(PV)。通過定時(shí)器編號(hào)，每個(gè)定時(shí)器當(dāng)前值(PV)對應(yīng)由一個(gè)字(16位)進(jìn)行存取。根據(jù)定時(shí)器操作，當(dāng)前值(PV)增加或減少。5)計(jì)數(shù)器區(qū)(C)

計(jì)數(shù)器區(qū)域分成計(jì)數(shù)器完成標(biāo)志和計(jì)數(shù)器當(dāng)前值(PV)兩個(gè)局部。最多可使用256個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器編號(hào)范圍為C0～C255。

當(dāng)PLC置ON或運(yùn)行模式切換(PROGRAM、RUN、MONITOR模式間切換)時(shí)，此區(qū)中字將保持其內(nèi)容。

(1)計(jì)數(shù)器完成標(biāo)志。通過計(jì)數(shù)器編號(hào)，每個(gè)計(jì)數(shù)器完成標(biāo)志對應(yīng)一位。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的計(jì)數(shù)器值時(shí)，完成標(biāo)志置ON。

(2)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值(PV)。通過計(jì)數(shù)器編號(hào)，每個(gè)計(jì)數(shù)器當(dāng)前值(PV)為對應(yīng)由一個(gè)字(16位)進(jìn)行存取。根據(jù)計(jì)數(shù)器操作，當(dāng)前值(PV)增加或減少計(jì)數(shù)。6)輔助區(qū)(A)

此區(qū)中的字和位為已預(yù)先分配了功能。

7)條件標(biāo)志

條件標(biāo)志中包括表示指令執(zhí)行結(jié)果的標(biāo)志，以及常ON及常OFF標(biāo)志。條件標(biāo)志由全局符號(hào)(變量)指定，而非通過地址指定。例如，P_on。

8)時(shí)鐘脈沖

通過CPU單元的內(nèi)置定時(shí)器，可將時(shí)鐘脈沖置ON或OFF。時(shí)鐘脈沖置為由全局符號(hào)(變量)指定，而非通過地址指定。例如，P_0_02。三、I/O分配

歐姆龍PLC將存儲(chǔ)器中的輸入/輸出位分配稱為“I/O分配〞。擴(kuò)展I/O單元上的輸入/輸出(I/O)為在CPU單元上內(nèi)置I/O分配字的后一字中分配I/O位。電源置“ON〞時(shí)，CPU單元將自動(dòng)分配I/O位到已連接的擴(kuò)展I/O單元/擴(kuò)展單元。輸入位從CIO0開始進(jìn)行分配，輸出位從CIO100開始分配，不可進(jìn)行變更。

1.主機(jī)CPU單元I/O分配

CP1E型PLCCPU單元的輸入/輸出起始字是預(yù)先決定的。CIO0或CIO0和CIO1中輸入位及CIO100或CIO100和CIO101中輸出位，為自動(dòng)分配到CPU單元的內(nèi)置I/O。通過系統(tǒng)分配的位的起始字及可連接的擴(kuò)展單元/擴(kuò)展I/O單元數(shù)，如表1-3所示。表1-3CPU單元I/O分配例如：40點(diǎn)I/O型CPU單元I/O分配如圖1-12所示。圖1-1240點(diǎn)I/O分配40點(diǎn)I/O型CPU單元輸入端子臺(tái)最多可分配24點(diǎn)輸入位。分配的位的范圍為：輸入位CIO0.00～CIO0.11(即CIO0中位00～11)、輸入位CIO1.00～CIO1.11(即CIO1中位00～11)。

此外，輸出端子臺(tái)為最多可分配16點(diǎn)輸出位。分配的位的范圍為：輸出位CIO100.00～CIO100.07(即CIO0中位00～07)、輸出位CIO101.00～CIO101.07(即CIO1中位00～07)。2.擴(kuò)展單元／擴(kuò)展I/O單元的分配

連接到CPU單元的擴(kuò)展單元/擴(kuò)展I/O單元將被自動(dòng)分配輸入位和輸出位，分配字的起始地址從分配給CPU單元的字的下一字開始。例如，如果使用40點(diǎn)I/O型CPU單元，那么CIO0和CIO1為分配給輸入，CIO100和CIO101為分配給輸出，那么從CIO2開始的輸入字以及從CIO102開始的輸出字將根據(jù)單元的連接順序自動(dòng)分配到擴(kuò)展單元或擴(kuò)展I/O單元。通過擴(kuò)展I/O單元，可以擴(kuò)展輸入、擴(kuò)展輸出或擴(kuò)展輸入及輸出。

I/O位從分配到前一擴(kuò)展單元/擴(kuò)展I/O單元或自動(dòng)分配的CPU單元的下一字中位00開始分配輸入/輸出，以“CIOm〞表示輸入字，以“CIOn〞表示輸出字。擴(kuò)展單元I/O分配如表1-4所示。表1-4擴(kuò)展單元I/O分配例如：30點(diǎn)CPU單元擴(kuò)展輸入單元和擴(kuò)展輸出單元I/O分配如圖1-13所示。

如果連接擴(kuò)展的輸入單元或擴(kuò)展的輸出單元，那么未被使用的那個(gè)擴(kuò)展I/O單元地址將分配給下一個(gè)輸入/輸出單元。圖1-1330點(diǎn)CPU單元擴(kuò)展單元I/O分配 工作任務(wù)4PLC編程軟件的使用

一、歐姆龍PLC編程軟件CX-Programmer的使用步驟

在使用CX-Programmer編程軟件編制PLC程序前，首先要進(jìn)行硬件上的設(shè)置及對該軟件的內(nèi)部設(shè)置。具體使用該軟件的步驟如下。

1.設(shè)置

1)硬件設(shè)置

硬件設(shè)置是建立PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信連接，對于CP1E型PLC，應(yīng)先設(shè)置CPU部件上的DIP開關(guān)，然后再建立PLC與上位機(jī)的RS232串行通信連接，最后接通電源。2)軟件設(shè)置

(1)進(jìn)入CX-Programmer軟件界面。在“開始〞菜單“程序〞選項(xiàng)中找到“OMRON〞，在彈出下一級(jí)子菜單中單擊“CX-Programmer〞圖標(biāo)，進(jìn)入CX-P軟件界面?；蛘咧苯与p擊桌面上“CX-Programmer〞的快捷圖標(biāo) ，即可進(jìn)入CX-Programmer軟件界面。

(2)點(diǎn)擊“文件〞菜單中的“新建〞命令，彈出“變更PLC〞對話框，如圖1-14所示，設(shè)定PLC的型號(hào)和CPU的型號(hào)，如圖1-15所示。也可以通過點(diǎn)擊“工具〞菜單中的“選項(xiàng)〞命令，在彈出的對話框中選擇“PLC〞選項(xiàng)卡來設(shè)定PLC型號(hào)及CPU型號(hào)。圖1-14變更PLC對話框圖1-15CPU類型設(shè)置對話框選擇完畢，點(diǎn)擊“確定〞按鈕，進(jìn)入CX-Programmer的用戶主界面，如圖1-16所示。圖1-16CX-Programmer的用戶主界面3)工程工作區(qū)

在工程工作區(qū)中，通過顯示一個(gè)與工程相關(guān)的PLC和程序細(xì)節(jié)

的分層樹狀結(jié)構(gòu)來表示工程，如圖1-17所示。

從工具欄上面選擇“切換工程工作區(qū)〞按鈕可以激活此視圖，也可以再次選擇“切換工程工作區(qū)〞按鈕關(guān)閉工程工作區(qū)視圖?，F(xiàn)將工程工作區(qū)視圖中的符號(hào)說明如下：

(1)符號(hào)：PLC使用的所有全局和本地符號(hào)。

(2)設(shè)置：所有有關(guān)PLC的設(shè)置。

(3)內(nèi)存：內(nèi)存的數(shù)據(jù)值。

(4)擴(kuò)展指令：擴(kuò)展指令的賦值。圖1-17工程工作區(qū)視圖2.編程

(1)簡單指令。在菜單欄選擇梯形圖圖標(biāo)即可。

(2)查找指令。對于不太熟悉的指令可通過點(diǎn)擊“插入〞菜單中“指令〞命令來進(jìn)行指令的查找操作。

(3)在線編輯。對于建立了通信連接的PLC，可以對其程序進(jìn)行在線操作編輯。具體方法為：點(diǎn)擊“程序〞菜單“在線編輯〞中的“開始〞命令對程序進(jìn)行編輯，然后再以同樣的方法選擇“發(fā)送修改〞，完成操作。

3.編譯

對編制好的程序要進(jìn)行編譯操作，具體步驟為：選擇“程序〞菜單中的“編譯〞命令，即可完成編譯操作，并可顯示程序編譯結(jié)果。4.下載與運(yùn)行

將程序及有關(guān)數(shù)據(jù)下載到PLC并轉(zhuǎn)入監(jiān)視或運(yùn)行模式，具體操作步驟如下：

(1)選擇“PLC〞菜單，在彈出的菜單中點(diǎn)擊“在線工作〞命令。

(2)選擇“PLC〞菜單中的“傳送〞命令，在彈出的下一級(jí)菜單中選擇“到PLC〞命令，即可將程序下載到PLC中。

(3)選擇PLC的操作模式?？赏ㄟ^點(diǎn)擊“PLC〞菜單中“操作模式〞命令，在彈出的下一級(jí)菜單中選擇“監(jiān)視〞或“運(yùn)行〞等工作模式。

5.存盤結(jié)束

選擇“文件〞菜單中“另存為〞命令，然后指定文件的保存路徑，單擊“保存〞按鈕，文件即被保存。二、CX-Programmer軟件編程舉例

1.建立一個(gè)新工程

一旦制定出工程要求，下一步要做的事情就是生成一個(gè)工程，并且為該工程定義設(shè)備條目。

建立一個(gè)新工程的步驟如下：

(1)選擇工具欄中的“新建〞按鈕；

(2)定義工程的設(shè)備條目，對于本例，可將PLC的類型設(shè)置為CP1E；

(3)保存工程，從工具欄中選擇“保存〞按鈕，即顯示CX-Programmer保存文件對話框；

(4)在“文件名稱〞欄中鍵入一個(gè)有效的文件名稱，然后單擊“保存〞按鈕來保存此工程，或選擇“取消〞按鈕放棄這一操作。當(dāng)一個(gè)新的PLC被添加到工程中時(shí)，將會(huì)創(chuàng)立空表及數(shù)據(jù)對象：本地符號(hào)表、全局符號(hào)表、I/O表、PLC內(nèi)存數(shù)據(jù)、PLC設(shè)置數(shù)據(jù)。

工程工作區(qū)將顯示新生成工程的內(nèi)容，梯形圖工作區(qū)顯示在圖形工作區(qū)，隨時(shí)可以編制程序。在梯形圖工作區(qū)中，當(dāng)前光標(biāo)的位置將以一個(gè)高亮的矩形塊來表示，稱為光標(biāo)。使用鼠標(biāo)和方向鍵能將光標(biāo)定位于圖表中的任何位置?？梢詮倪x擇菜單或者使用相關(guān)的快捷鍵在當(dāng)前光標(biāo)位置添加一個(gè)元素，一個(gè)元素可以定位于任意一個(gè)空的網(wǎng)格位置上，或者可以覆蓋任意的PLC類型。2.編寫梯形圖程序

編寫梯形圖程序包括生成符號(hào)和地址，創(chuàng)立一個(gè)梯形圖程序，編譯程序，把程序傳送到PLC，以及從PLC上傳程序等。

編寫程序定義一個(gè)彩燈控制。彩燈的控制規(guī)律如下：

(1)按下啟動(dòng)按鈕，紅燈點(diǎn)亮；

(2)經(jīng)過5s后紅燈熄滅，同時(shí)綠燈點(diǎn)亮；

(3)再經(jīng)過5s后綠燈熄滅，同時(shí)紅燈再次被點(diǎn)亮。

如此循環(huán)，直至按下“停止〞按鈕為止。

生成一個(gè)梯形圖程序的重要一步就是對程序要訪問的那些PLC數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行定義。為了便于訪問，可以分配符號(hào)名稱，而不是每一次都訪問特定地址。一般按照以下步驟來生成符號(hào)：

(1)單擊圖表窗口，在工具欄中選擇“查看本地符號(hào)〞按鈕；

(2)從工具欄中選擇“插入符號(hào)〞按鈕，符號(hào)插入對話框?qū)⒈伙@示；

(3)在名稱欄中鍵入“紅燈〞；

(4)在地址欄中鍵入“100.00〞；

(5)將數(shù)據(jù)類型欄設(shè)置為“BOOL〞,表示一位(二進(jìn)制數(shù))值；

(6)在注釋欄中輸入“彩燈1〞；

(7)選擇“確定〞按鈕以繼續(xù)進(jìn)行。表1-5彩燈控制符號(hào)一覽表3.建立一個(gè)梯形圖程序

一個(gè)PLC程序既可以使用梯形圖，也可以使用助記符編程語言生成。梯形圖程序是在圖表窗口的圖表視圖中生成的。

生成一個(gè)梯形圖程序的步驟如下：

(1)確定在圖表工作區(qū)中顯示的梯形圖工作區(qū)；

(2)在梯形圖的開始放置一個(gè)常開觸點(diǎn)，選擇工具欄中的“新接點(diǎn)〞按鈕，然后在名稱或值列欄中選擇“啟動(dòng)按鈕〞，之后點(diǎn)擊“確定〞按鈕。

(3)在“啟動(dòng)按鈕〞的右側(cè)添加一個(gè)常閉觸點(diǎn)，把它分配給符號(hào)“停止按鈕〞。

(4)在“停止按鈕〞的右側(cè)，放置一個(gè)常閉觸點(diǎn)，把它分配給“紅燈定時(shí)完成〞。(5)在“紅燈定時(shí)完成〞接觸點(diǎn)的右邊，放置一個(gè)線圈

，把其分配給符號(hào)“紅燈〞。

(6)在“啟動(dòng)按鈕〞的下方，放置一個(gè)新的常開觸點(diǎn)(在同一梯級(jí)里)，把它分配給符號(hào)“綠燈定時(shí)完成〞。

(7)在“綠燈定時(shí)完成〞觸點(diǎn)下方再放置一個(gè)新的常開觸點(diǎn)(在同一梯級(jí))，把它分配給符號(hào)“紅燈〞。

(8)在下一級(jí)的始端放置一個(gè)新的常開觸點(diǎn)(如同上述)，將顯示新觸點(diǎn)對話框，把它分配給符號(hào)“紅燈〞。

(9)在工具欄選擇“新的PLC指令〞按鈕，并點(diǎn)擊接觸點(diǎn)的旁邊，這樣就添加一個(gè)新的指令，將顯示新指令對話框。(10)輸入指令“TIM〞，在操作數(shù)欄中輸入“紅燈定時(shí)器1〞和“定時(shí)器設(shè)定值〞兩個(gè)操作數(shù)。

(11)重新開始一個(gè)梯級(jí)，在梯級(jí)的始端放置一個(gè)常開觸點(diǎn)，把它分配給“紅燈定時(shí)完成〞。

(12)在“紅燈定時(shí)完成〞觸點(diǎn)右邊添加一個(gè)常閉觸點(diǎn)

，把它分配給符號(hào)“停止按鈕〞。

(13)在“停止按鈕〞的右邊放置一個(gè)常閉觸點(diǎn)，把它分配給符號(hào)“綠燈定時(shí)完成〞。

(14)在“綠燈定時(shí)完成〞觸點(diǎn)的右邊，放置一個(gè)線圈

，把它分配給符號(hào)“綠燈〞。

(15)在“紅燈定時(shí)完成〞觸點(diǎn)的下方放置一個(gè)新的常開觸點(diǎn)(同一梯級(jí))，把它分配給符號(hào)“綠燈〞。(16)重新開始一個(gè)梯級(jí)，在梯級(jí)的開頭放置一個(gè)新的常開觸點(diǎn)，把它分配給符號(hào)“綠燈〞。

(17)點(diǎn)擊“新的PLC指令〞按鈕，輸入指令“TIM〞，在操作欄里輸入“綠燈定時(shí)器2〞和“定時(shí)器設(shè)定值〞兩個(gè)操作數(shù)，并選擇“確定〞按鈕接受剛剛在新指令對話框中的設(shè)置。(18)通過“新的PLC指令〞按鈕，在下一個(gè)梯級(jí)里添加“END〞。

通過上述操作所建立的梯形圖程序如圖1-18所示。圖1-18彩燈控制梯形圖程序4.檢查梯形圖程序

檢查梯形圖程序的步驟如下：

(1)確認(rèn)是在圖標(biāo)顯示區(qū)中顯示梯形圖程序。

(2)在工具欄選擇“查看本地符號(hào)〞按鈕，切換到符號(hào)表，從工具欄選擇“顯示地址引用工具〞按鈕，激活地址引用工具。

(3)通過選擇每一個(gè)符號(hào)，在圖表中移動(dòng)光標(biāo)檢查其在程序中的用法，也可以在助記符視圖或梯形圖視圖中檢查。5.編譯程序

無論是在線程序還是離線程序，在生成和編輯過程中都不斷被檢查。在梯形圖中，程序錯(cuò)誤以紅線出現(xiàn)，即如果在梯級(jí)中出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤，在梯形圖梯級(jí)的左邊將會(huì)出現(xiàn)一道紅線。例如，在圖表窗口已放置一個(gè)元素，但是并沒有分配符號(hào)和地址，這種情形下就會(huì)出現(xiàn)紅線。

按照以下方法來編譯程序：在工具欄中選擇“編譯程序〞按鈕，輸出將顯示在輸出窗口的編譯標(biāo)簽下面，此時(shí)程序中所有的錯(cuò)誤將被顯示出來。6.下載程序到PLC

在開始下載程序之前，必須要檢查工程中將要裝在程序的PLC類型和通信類型等信息，以確保這些信息是正確的，并且要和實(shí)際中使用的PLC類型相匹配，同時(shí)還要為相連接的PLC選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ蓬愋汀?/p>

下載程序到PLC的步驟如下：

(1)選擇工具欄中的“保存工程〞按鈕，保存當(dāng)前的工程。如果在此以前還未保存工程，那么就會(huì)顯示“保存CX-Programmer文件〞對話框。在文件名欄輸入文件名稱，然后選擇“保存〞按鈕，完成保存操作。(2)選擇工具欄中的“在線工作〞按鈕，與PLC進(jìn)行連接，將出現(xiàn)一個(gè)對話框，如圖1-19所示，選擇“是〞按鈕。由于在線時(shí)一般不允許編輯，所以程序變成灰色。圖1-19PLC連接對話框(3)選擇工程工作區(qū)里的程序?qū)ο蟆?/p>

(4)選擇工具欄中的“編輯模式〞按鈕，把PLC的操作模式設(shè)為“編程〞。如果未做這一步，那么CX-Programmer軟件將自動(dòng)把PLC設(shè)置成此模式。

(5)選擇工具欄上面的“傳送到PLC〞按鈕，將顯示“下載選項(xiàng)〞對話框，如圖1-20所示。圖1-20下載選項(xiàng)對話框(6)設(shè)置程序欄，并單擊“確定〞按鈕，將顯示下載PLC連接狀態(tài)選項(xiàng)對話框，如圖1-21所示。單擊“是〞按鈕，將顯示“下載成功〞對話框，如圖1-22所示。

單擊“確定〞按扭，程序下載完成。圖1-21PLC連接狀態(tài)圖1-22下載成功對話框7.從PLC上載程序

從PLC上載程序的步驟如下：

(1)選擇工程工作區(qū)中的PLC對象。

(2)選擇工具欄中的“從PLC傳送〞按鈕，工程樹中的第一個(gè)程序?qū)⒈痪幾g。如果PLC是離線狀態(tài)，那么將顯示確認(rèn)對話框，選擇“確認(rèn)〞按鈕與PLC連接，此時(shí)顯示“上載選項(xiàng)〞對話框，如圖1-23所示。圖1-23上載選項(xiàng)對話框(3)