可編程控制器概況
]第一章 可編程控制器概況
可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱(chēng)PC）。與個(gè)人計算機的PC相區別，用PLC表示。 LRip @I:c
PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執行邏輯、記時(shí)、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會(huì )（IEC）頒布了對PLC的規定：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并通過(guò)數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程�？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個(gè)整體，易于擴充其功能的原則設計。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)�？梢灶A料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應用必將形成世界潮流
PLC程序既有生產(chǎn)廠(chǎng)家的系統程序，又有用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的應用程序，系統程序提供運行平臺，同時(shí)，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進(jìn)行必要的公共處理。用戶(hù)程序由用戶(hù)按控制要求設計。
第二章PLC的結構及基本配置
一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點(diǎn)數又有若干規格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無(wú)任哪種結構類(lèi)型的PLC，都屬于總線(xiàn)式開(kāi)放型結構，其I/O能力可按用戶(hù)需要進(jìn)行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如下： 接受 驅動(dòng) "
現場(chǎng)信號 受控元件
一、CPU的構成
PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數據，用掃描的方式采集由現場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數據，并存入規定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規定的任務(wù)產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路，
與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實(shí)現它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構成，還有外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。
CPU的運算器用于進(jìn)行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。
CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已無(wú)必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。
CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開(kāi)關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線(xiàn)接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU模塊上還有許多設定開(kāi)關(guān)，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區等。
二、I/O模塊：
PLC的對外功能，主要是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。
三、電源模塊：
有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開(kāi)的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類(lèi)型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。
四、底板或機架：
大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實(shí)現各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪(fǎng)問(wèn)底板上的所有模塊，機械上，實(shí)現各模塊間的連接，使各模塊構成一個(gè)整體。
五、PLC 的外部設備
外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類(lèi) 1. 編程設備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開(kāi)發(fā)應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場(chǎng)控制運行。
2. 監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過(guò)畫(huà)面監視數據。
3. 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤(pán)或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶(hù)數據，使用戶(hù)程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫(xiě)入器等。
4. 輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
六、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)
PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統一的整體，實(shí)現分散集中控制�，F在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過(guò)雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。 當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò )是各廠(chǎng)家專(zhuān)用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠(chǎng)家采用工業(yè)標準總線(xiàn)，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。
了解了PLC的基本結構，我們在購買(mǎi)程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。 第三章 基本指令系統和編程方法
§1 基本指令系統特點(diǎn)
PLC的編程語(yǔ)言與一般計算機語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語(yǔ)言，也不同與一般的匯編語(yǔ)言，它既要滿(mǎn)足易于編寫(xiě)，又要滿(mǎn)足易于調試的要求。目前，還沒(méi)有一種對各廠(chǎng)家產(chǎn)品都能兼容的編程語(yǔ)言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語(yǔ)言，OMRON公司的產(chǎn)品也有它自己的語(yǔ)言。但不管什么型號的PLC，其編程語(yǔ)言都具有以下特點(diǎn)：
1. 圖形式指令結構：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統的軟件開(kāi)發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形，用戶(hù)根據自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當的參數。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠(chǎng)家都采用類(lèi)似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門(mén)子公司還采用控制系統流程圖來(lái)表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號來(lái)表達控制關(guān)系，很直觀(guān)易懂。較復雜的算術(shù)運算、定時(shí)計數等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象征性不如邏輯運算部分，也受用戶(hù)歡迎
2. 明確的變量常數：圖形符相當于操作碼，規定了運算功能，操作數由用戶(hù)填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數以及其取值范圍有明確規定，由產(chǎn)品型號決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊。
3. 簡(jiǎn)化的程序結構：PLC的程序結構通常很簡(jiǎn)單，典型的為塊式結構，不同塊完成不同的功能，使程序的調試者對整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。
4. 簡(jiǎn)化應用軟件生成過(guò)程：使用匯編語(yǔ)言和高級語(yǔ)言編寫(xiě)程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過(guò)程，而使用編程語(yǔ)言，只需要編輯一個(gè)過(guò)程，其余由系統軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過(guò)程都在人機對話(huà)下進(jìn)行的，不要求用戶(hù)有高深的軟件設計能力。
5. 強化調試手段：無(wú)論是匯編程序，還是高級語(yǔ)言程序調試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、調試、監控等，并在軟件支持下，診斷和調試操作都很簡(jiǎn)單。
總之，PLC的編程語(yǔ)言是面向用戶(hù)的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長(cháng)時(shí)間的專(zhuān)門(mén)訓練。
§2 編程語(yǔ)言的形式
本教材采用最常用的兩種編程語(yǔ)言，一是梯形圖，二是助記符語(yǔ)言表。采用梯形圖編程，因為它直觀(guān)易懂，但需要一臺個(gè)人計算機及相應的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí)驗，因為它只需要一臺簡(jiǎn)易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來(lái)編程。
雖然一些高檔的PLC還具有與計算機兼容的C語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言、專(zhuān)用的高級語(yǔ)言（如西門(mén)子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），還有用布爾邏輯語(yǔ)言、通用計算機兼容的匯編語(yǔ)言等。不管怎么樣，各廠(chǎng)家的編程語(yǔ)言都只能適用于本廠(chǎng)的產(chǎn)品。
編程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn)PLC與普通的計算機是完全相同的。同時(shí)PLC也有編譯系統，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以用戶(hù)看到的PLC指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語(yǔ)句用英文文字（可用多國文字）的縮寫(xiě)及數字代表各相應指令。常用的圖形符號即梯形圖，它類(lèi)似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。
指令系統：一個(gè)PLC所具有的指令的全體稱(chēng)為該PLC的指令系統。它包含著(zhù)指令的多少，各指令都能干什么事，代表著(zhù)PLC的功能和性能。一般講，功能強、性能好的PLC，其指令系統必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC的指令系統
程序：PLC指令的有序集合，PLC運行它，可進(jìn)行相應的工作，當然，這里的程序是指PLC的用戶(hù)程序。用戶(hù)程序一般由用戶(hù)設計，PLC的廠(chǎng)家或代銷(xiāo)商不提供。用語(yǔ)句表達的程序不大直觀(guān)，可讀性差，特別是較復雜的程序，更難讀，所以多數程序用梯形圖表達。
梯形圖：梯形圖是通過(guò)連線(xiàn)把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線(xiàn)有兩種：一為母線(xiàn)，另一為內部橫豎線(xiàn)。內部橫豎線(xiàn)把一個(gè)個(gè)梯形圖符號指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開(kāi)始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類(lèi)指令，實(shí)現輸出控制，或為數據控制、流程控制、通訊處理、監控工作等指令，以進(jìn)行相應的工作。母線(xiàn)是用來(lái)連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡(jiǎn)單的梯形圖例： 它有兩組，第一組用以實(shí)現啟動(dòng)、停止控制。第二組僅一個(gè)END指令，用以 結束程序。 P)f}y[Fm
梯形圖與助記符的對應關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關(guān)系，而梯形圖的連線(xiàn)又可把指令的順序予以體現。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為： "U]}<}x*r
地址 指令 變量
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000 }G
0004 END
反之根據助記符，也可畫(huà)出與其對應的梯形圖。
梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關(guān)系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應于繼電器的線(xiàn)圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應于接點(diǎn)，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開(kāi)關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉換，即可變成語(yǔ)句表程序。
有了這個(gè)對應關(guān)系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術(shù)對傳統繼電控制技術(shù)的繼承。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
