可編程控制器基本原理及應用

1、可編程控制器基本原理及應用（一）1. 基本原理 可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC。PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 1.1實現控制要點

2、輸入輸出信息變換、可靠物理實現，可以說是PLC實現控制的兩個基本要點。 輸入輸出信息變換靠運行存儲于PLC內存中的程序實現。PLC程序既有生產廠家的系統程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應用（用戶）程序。系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。什么樣的控制要求，就應有什么樣的用戶程序。 可靠物理實現主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯系。輸出電路內外也是電隔離的，靠光耦

3、元件或輸出繼電器建立聯系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點，一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。 輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應的存儲其信息的暫存器。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應的 這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內存交換信息通過計算機總線，并主要由運行系統程序實現。把輸人暫

4、存器的信息讀到PLC的內存中，稱輸入刷新。PLC內存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成1，表示接點通，置成0為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。 輸出鎖存器與PLC內存中的輸出映射區(qū)也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內存位（bit）與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。靠運行系統程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統程序實現的。這樣，用戶所要編的程序只是，內存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一

5、個數據及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。1.2實現控制過程 簡單地說，PLC實現控制的過程一般是：圖1.1 PLC典型開機流程 輸入刷新-再運行用戶程序-再輸出刷新-再輸入刷新-再運行用戶程序-再輸出刷新永不停止地循環(huán)反復地進行著。 圖1.1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時間關系。 有了上述過程，用PLC實現控制顯然是可能的。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產生

6、相應的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應的時間上，略有滯后。當然，這個滯后不宜太大，否則，所實現的控制不那么及時，也就失去控制的意義。 為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短，是PLC實現控制的基礎。事實上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。圖1.1所示的過程是簡化的過程，實際的PLC工作過程還要復雜些。除了I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。 公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設服務及通訊處理等。監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免"死循環(huán)

7、"，避免程序不能反復不斷地重復執(zhí)行。辦法是用"看門狗"（Watchingdog）。只要循環(huán)超時，它可報警，或作相應處理. 外設服務是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設備如打印機輸出數據. 通訊處理是實現PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。 也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理-I/O刷新-運行用戶程序-再公共處理-反復不停地重復著。1.3可編程控制器實現控制的方式 用這種不斷地重復運行程序實現控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外，計算機用于控制

8、還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應后正運行的程序停止運行，轉而去處理中斷工作（運行有關中斷服務程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。哪個不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。 在中斷方式下，計算機能得到充分利用，緊急的任務也能得到及時處理。但是，如果同時來了幾個都要處理的任務該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦，低的呢？可能會出現照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現場的日常使用。 但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個別急需的處理，允許中斷這個掃描運行的程序，轉而去處

9、理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個別應急的也能進行處理。 PLC的實際工作過程比這里講的還要復雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現-信息處理、I/O電路-空間、時間關系-掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實現控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點了。至于更深入的問題，在進一步學習中，將再作具體介紹。可編程控制器基本原理及應用（二）2. 基本特點    從討論PLC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯系是靠運行存儲于它的內存中的程序實

10、現。它的入出相關，不是靠物理過程，不是用線路；而是靠信息過程，用軟邏輯聯系。它的工作基礎是用好信息。     信息不同于物質與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息還可重用，等等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。 下面介紹PLC的四個特點： 2.1功能豐富     PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統及存儲信息的內部器件有關。     它的指令多達幾十條、幾百條，可進行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進行各種類型數據的運算。凡普通計算機能

11、做到的，它也都可作到。     它的內部器件，即內存中的數據存儲區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲入、出點信息的，少的幾十、幾百，多的可達幾千、幾萬，以至10幾萬。這意味著它可進行這么多I/O點的入出信息變換，進行這么大規(guī)模的控制。     它的內部種種繼電器，相當于中間繼電器，數量更多。內存中一個位就可作為一個中間繼電器，怎么不多！     它的計數器、定時器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內部定時器、計數器可達成百、成千。這也是因為只要

12、用內存中的一個字，再加一些標志位，即可成為定時器、計數器，所以才那么多。     而且，這些內部器件還可設置成丟電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。     它的數據存儲區(qū)還可用以存儲大量數據，幾百、幾千、幾萬字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。     PLC還有豐富的外部設備，可建立友好的人機界面，以進行信息交換?？伤腿氤绦颍腿霐祿?，可讀出程序，讀出數據。而且讀、寫時可在圖文并茂的畫面上進行。數據讀出后，可轉儲，可

13、打印。數據送入可鍵入，可以讀卡入，等等。     PLC還具有通訊接口，可與計算機鏈接或聯網，與計算機交換信息。自身也可聯網，以形成單機所不能有的更大的、地域更廣的控制系統。     PLC還有強大的自檢功能，可進行自診斷。其結果可自動記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。     豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能；同時，也為工業(yè)系統的自動化、遠動化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。     像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是

14、傳統的繼電控制電路所無法比擬的。2.2使用方便     用PLC實現對系統的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序,用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多！     其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實現了系列化與規(guī)格化。種種控制系統所需的模塊，PLC廠家多有現貨供應，市場上即可購得。所以，硬件系統配置與建造也非常方便。     正因如此，用可編程序控制器才有這個"可"字。對軟

15、件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。 具體地講，PLC有五個方面的方便： （1）配置方便：可接控制系統的需要確定要使用哪家的PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場上定貨購買即可。 （2）安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關設定或軟件設定，以及編制好用戶程序就可工作。 （3）編程方便：PLC內部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數器，但它通過程序（軟件）與系統內存，這些器件卻實實在在地

16、存在著。其數量之多是繼電器控制系統難以想象的。即使是小型的PLC，內部繼電器數都可以千計，時間繼電器、計數也以百計。而且，這些繼電器的接點可無限次地使用。PLC內部邏輯器件之多，用戶用起來已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點。而這個內部入出點即使用得再多，也無關緊要。大型PLC的控制點數可達萬點以上，哪有那么大的現實系統？若實在不夠，還可聯網進行控制，不受什么限制。PLC的指令系統也非常豐富，可毫不困難地實現種種開關量，以及模擬量的控制。PLC還有存儲數據的內存區(qū)，可存儲控制過程的所有要保存的信息?？傊捎赑LC功能之強，發(fā)揮其在控制系統的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象

17、力，或與其配套的其它硬件設施了。     PLC的外設很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數據監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。 PLC的程序也便于存儲、移植及再使用。某定型產品用的PLC的程序完善之后，凡這種產品都可使用。生產一臺，拷貝一份即可。這比起繼電器電路臺臺設備都要接線、調試，要省事及簡單得多。 （4）維修方便：這是因為： PLC工作可靠，出現故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。這在講述PLC的

18、第三個特點時，還將進一步介紹。 即使PLC出現故障，維修也很方便。這是因為PLC都設有很多故障提示信號，如PLC支持內存保持數據的電池電壓不足，相應的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。可按模塊排故，而模塊的備件市場可以買到，進行簡單的更換就可以。至于軟件，調試好后不會出故障，再多只要依據使用經驗進行調整，使之完善就是了。 （5）改用方便：PLC用于某設備，若這個設備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設備使用，只要改編一下程序，就可辦到。如果原設備與新設備差別較大，它的一些模塊還可重用。2.3工作可靠

19、60;   用PLC實現對系統的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運用，也就不成其為PLC了。 (1) 在硬件方面：     PLC的輸入輸出電路與內部CPU是電隔離。其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。 PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數量并不太多，也為其可靠工作提供了物質基礎。   

20、60; 在機械結構設計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達攝氏50多度，有的PLC可高達80-90度。     有的PLC的模塊可熱備，一個主機工作，另一個主機也運轉，但不參與控制，僅作備份。一旦工作主機出現故障，熱備的可自動接替其工作。     還有更進一步冗余的，采用三取一的設計，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時工作，最終輸出取決于三者中的多數決定的結果。這可使系統出故障的機率幾乎為零，做到萬無一失。當然，這樣的系統成本是很

21、高的，只用于特別重要的場合，如鐵路車站的道叉控制系統。 （2）軟件方面：     PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統常出現的"冒險競爭"，其控制結果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作。     為監(jiān)控PLC運行程序是否正常，PLC系統都設置了"看門狗"（Watchingdog）監(jiān)控程序。運行用戶程序開始時，先清"看門狗"定時器，并開始計時。當用戶

22、程序一個循環(huán)運行完了，則查看定時器的計時值。若超時（一般不超過100ms），則報警。嚴重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應的應急措施。定時器的計時值若不超時，則重復起始的過程，PLC將正常工作。顯然，有了這個"看門狗"監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，可避免出現"死循環(huán)"而影響其工作的可靠性。 PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產生各重要模塊工作正常與否的提示信號。可通過編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。 PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統進行初始化。這是系統

23、程序配置了的，用戶可不干預。出現故障時有相應的出錯信號提示。     正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可。     曾有人做過為什么要使用PLC的問卷調查。在回答中，多數用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標。 2.4經濟合算     高新技術的使用必將帶來巨大的社會效益與經濟效益，這是科技是第一生產力的體現，也

24、是高新技術生命力之所在。PLC也是如此。     盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經濟的。這是因為：     使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設施的投入少；使用時省電，運行費少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。所以，在多數情況下，它的效益是可觀的。可編程控制器基本原理及應用（三）3. 基本應用    最初，PLC主要用于開關量的邏輯控制。隨著PLC技術的進步，它的應用領域

25、不斷擴大。     如今，PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量及數字量的控制，可采集與存儲數據，還可對控制系統進行監(jiān)控；還可聯網、通訊，實現大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。 3.1用于開關量控制     PLC控制開關量的能力是很強的。所控制的入出點數，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點。由于它能聯網，點數幾乎不受限制，不管多少點都能控制。     所控制的邏輯問題可以是多種多樣的：組合的、時序的；即時的、延時的；不需計數

26、的，需要計數的；固定順序的，隨機工作的；等等，都可進行。     PLC的硬件結構是可變的，軟件程序是可編的，用于控制時，非常靈活。必要時，可編寫多套，或多組程序，依需要調用。它很適應于工業(yè)現場多工況、多狀態(tài)變換的需要。     用PLC進行開關量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業(yè)行業(yè)都需要用到它。目前，PLC首用的目標，也是別的控制器無法與其比擬的，就是它能方便并可靠地用于開關量的控制。 3.2用于模擬量控制     模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小

27、是連續(xù)變化的。工業(yè)生產，特別是連續(xù)型生產過程，常要對這些物理量進行控制。     作為一種工業(yè)控制電子裝置，PLC若不能對這些量進行控制，那是一大不足。為此，各PLC廠家都在這方面進行大量的開發(fā)。目前，不僅大型、中型機可以進行模擬量控制，就是小型機，也能進行這樣的控制。     PLC進行模擬量控制，要配置有模擬量與數字量相互轉換的AD、DA單元。它也是I/O單元，不過是特殊的I/O單元。 A/D單元是把外電路的模擬量，轉換成數字量，然后送入PLC。D/A單元，是把PLC的數字量轉換成模擬量，再送給外電路。 作為一

28、種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內外電路隔離，與輸入輸出繼電器（或內部繼電器，它也是PLC工作內存的一個區(qū)?？勺x寫）交換信息等等特點。     這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有為溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍多為05V，010V，420mA。有的還可處理正負值的。     這里的D，小型機多為8位二進制數，中、大型多為12位二進制數。     A/D、D/A有單路，也有多路。多路占的輸入輸出繼電器多。 有了A/D、D/A單元，余下的處理都是數字量

29、，這對有信息處理能力的PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強，不僅可進行數字的加、減、乘、除，還可開方，插值，還可進行浮點運算。有的還有PID指令，可對偏差制量進行比例、微分、積分運算，進而產生相應的輸出。計算機能算的它幾乎都能算。     這樣，用PLC實現模擬量控制是完全可能的?？刂频膯挝恢悼尚〉?12分之一的測量程值，多數也是足夠的。     PLC進行模擬量控制，還有A/D、D/A組合在一起的單元，并可用PID或模糊控制算法實現控制，可得到很高的控制質量。 用PLC進行模擬量控制的好處是，在進行模擬量控制

30、的同時，開關量也可控制。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或控制的實現不如PLC方便。     當然，若純?yōu)槟M量的系統，用PLC可能在性能價格比上不如用調節(jié)器。這也是應當看到的。 3.3用于運動控制     實際的物理量，除了開關量、模擬量，還有運動控制。如機床部件的位移，常以數字量表示。     運動控制，有效的辦法是NC，即數字控制技術。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術。當今已很普及，并也很完善。目前，先進國家的金屬切削機床，數控化的比率已超過4080，有的甚至更高。&

31、#160;    PLC也是基于計算機的技術，并日益完善。故它也完全可以用于數字量控制。     PLC可接收計數脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲。可用多種方式接收這脈沖，還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數據處理及運算能力，若再配備相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進電機），則完全可以依NC的原理實現種種控制。     高、中檔的PLC，還開發(fā)有NC單元，或運動單元，可實現點位控制。運動單元還可實現曲線插

32、補，可控制曲線運動。所以，若PLC配置了這種單元，則完全可以用NC的辦法，進行數字量的控制。     新開發(fā)的運動單元，甚至還發(fā)行了NC技術的編程語言，為更好地用PLC進行數字控制提供了方便。 3.4用于數據采集     隨著PLC技術的發(fā)展，其數據存儲區(qū)越來越大。如德維森公司的PLC，其數據存儲區(qū)（DM區(qū)）可達到9999個字。這樣龐大的數據存儲區(qū)，可以存儲大量數據。     數據采集可以用計數器，累計記錄采集到的脈沖數，并定時地轉存到DM區(qū)中去。    

33、 數據采集也可用A/D單元，當模擬量轉換成數字量后，再定時地轉存到DM區(qū)中去。     PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區(qū)的數據打出來。 PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區(qū)的數據讀出，并由計算機再對這些數據作處理。這時，PLC即成為計算機的數據終端。 電力用戶曾使用PLC，用以實時記錄用戶用電情況，以實現不同用電時間、不同計價的收費辦法，鼓勵用戶在用電低谷時多用電，達到合理用電與節(jié)約用電的目的。 3.5用于信號監(jiān)控     PLC自檢信號很多，內部器件也很多，多數使用者未充分發(fā)揮其作用。  &

34、#160;  其實，完全可利用它進行PLC自身工作的監(jiān)控，或對控制對象進行監(jiān)控。     這里介紹一種用PLC定時器作看門狗，對控制對象工作情況進行監(jiān)控的思路。     如用PLC控制某運動部件動作，看施加控制后動作進行了沒有，可用看門狗辦法實現監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時，令看門狗定時器計時。如在規(guī)定的時間內動作完成，即定時器未超過警戒值的情況下，已收到動作完成信號，則說明控制對象工作正常，無需報警。     若超時，說明不正常，可作相應處理。如果控制對象的各重要控制環(huán)

35、節(jié)，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統的工作將了如指掌，出現了問題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。     還有其它一些監(jiān)控工作可做。對一個復雜的控制系統，特別是自動控制系統，監(jiān)控以至進一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統的故障，出了故障也好查找，可提高累計平均無故障運行時間，降低故障修復時間，提高系統的可靠性。 3.6用于聯網、通訊     PLC聯網、通訊能力很強，不斷有新的聯網的結構推出。PLC可與個人計算機相連接進行通訊，可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理，使PLC用起來更方便。

36、    為了充分發(fā)揮計算機的作用，可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC，多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊，交換信息，以實現多地對PLC控制系統的監(jiān)控。     PLC與PLC也可通訊?？梢粚σ籔LC通訊?？蓭讉€PLC通訊?？啥嗟綆资装?。PLC與智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可聯網通訊，交換數據，相互操作。     可聯接成遠程控制系統，系統范圍面可大到10公里或更大。 可組成局部網，不僅PLC，而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進網。可用總線網，也可用環(huán)形網。網

37、還可套網。網與網還可橋接。聯網可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網中。     網間的結點可直接或間接地通訊、交換信息。聯網、通訊，正適應了當今計算機集成制造系統（CIMS）及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點（Point）、到線（Line）再到面（Aero），使設備級的控制、生產線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體，進而可創(chuàng)造更高的效益。這個無限美好的前景，已越來越清楚地展現在我們這一代人的面前。     以上幾點應用是著重從質上講的。從量上講，PLC有大、有小。所以，它的控制范圍也可大、可小。小的只

38、控制一個設備，甚至一個部件，一個站點；大的可控制多臺設備，一條生產線，以至于整個工廠。可以說，工業(yè)控制的大小場合，都離不開PLC。     一般講，工業(yè)生產過程可分為兩種類型；連續(xù)型生產過程（如化學工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產過程（如機械制造業(yè)）。前者生產對象是連續(xù)的，分不出件的；后者為離散的，一件件的。由于PLC有上述幾個方面的應用，而且，控制的規(guī)模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產過程都有其用武之地。 事實上，PLC已廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域。從行業(yè)看，冶金、機械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒有不用到它的。不僅工業(yè)生產用它，一些非工業(yè)過程，如樓宇

39、自動化、電梯控制也用到它。農業(yè)的大棚環(huán)境參數調控，水利灌溉也用到它。 PLC能有上述幾個范圍廣泛的應用，是PLC自身特點決定的，也是PLC技術不斷完善的結果?？删幊炭刂破骰驹砑皯茫ㄋ模?. 基本類型可編程控制器類型很多，可從不同的角度進行分類： 4.1按控制規(guī)模分     控制規(guī)模主要指控制開關量的入、出點數及控制模擬量的模入、模出，或兩者兼而有之（閉路系統）的路數。但主要以開關量計。模擬量的路數可折算成開關量的點，大致一路相當于816點。     依這個點數，PLC大致可分為微型機、小型機、中型機及大型機、

40、超大型機。     微型機控制點僅幾十點，如德維森公司的V80系列PLC本體從16點到40點，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西門子的Logo僅10點。     小型機控制點可達100多點。如如德維森公司的V80系列PLC可擴展到256點，OMRON公司的C60P可達148點，CQM1達256點。德國西門子公司的S7-200機可達64點。     中型機控制點數可達近500點，以至于千點。如德維森公司的PPC11系列可擴展到1024點，OMRON公司C200H機普通配置最多可達700多點，

41、C200Ha機則可達1000多點。德國西門子公司的S7300機最多可達512點。     大型機：控制點數一般在1000點以上。如如德維森公司的PPC22系列可擴展到2048點，OMRON公司的C1000H、CV1000，當地配置可達1024點。C2000H、CV2000當地配置可達2048點。 超大型機：控制點數可達萬點，以至于幾萬點。如美國GE公司的9070機，其點數可達24000點，另外還可有8000路的模擬量。再如美國莫迪康公司的PCE984-785機，其開關量具總數為32k（32768），模擬量有2048路。西門子的SS115UCPU945，其開關量總點

42、數可達8k，另外還可有512路模擬量。等等。     以上這種劃分是不嚴格的，只是大致的，目的是便于系統的配置及使用。     一般講，根據實際的I/O點數，凡落在上述不同范圍者，選用相應的機型，性能價格比必然要高；相反，肯定要差些。 自然，也有特殊情況。如控制點數不是非常之多，不是非用大型機不可，但因大型機的特殊控制單元多，可進行熱備配置，因而采用了大型機。 4.2按結構劃分     PLC可分為箱體式及模塊式兩大類。微型機、小型機多為箱體式的，但從發(fā)展趨勢看，小型機也逐漸發(fā)展成模塊式的了。如

43、OMRON公司，原來小型機都是箱體式，現在的CQM1則為模塊式的。     箱體的PLC把電源、CPU、內存、I/O系統都集成在一個小箱體內。一個主機箱體就是一臺完整的PLC，就可用以實現控制。控制點數不符需要，可再接擴展箱體，由主箱體及若干擴展箱體組成較大的系統，以實現對較多點數的控制。     模塊式的PLC是按功能分成若干模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。大型機的模塊功能更單一一些，因而模塊的種類也相對多些。這也可說是趨勢。目前一些中型機，其模塊的功能也趨于單一，種類也在增鄉(xiāng)。如同樣OMR

44、ON公司C20系列PLC，H機的CPU單元就含有電源，而Ha機則把電源分出，有單獨的電源模塊。     模塊功能更單一、品種更多，可便于系統配置，使PLC更能物盡其用，達到更高的使用效益。 由模塊聯結成系統有三種方法： 無底板，靠模塊間接口直接相聯，然后再固定到相應導軌上。德維森公司的V80系列PLC就是這種結構，比較緊湊。 有底板，所有模塊都固定在底板上。如德維森公司的PPC11、PPC22和PPC31系列PLC，OMRON公司的C200Ha機，CV2000等中、大型機就是這種結構。它比較牢固，但底板的槽數是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽數與實際

45、的模塊數不一定相等，配置時難免有空槽。這既浪費，又多占空間，還得占空單元把多余的槽作填補。 用機架代替底板，所有模塊都固定在機架上。這種結構比底板式的復雜，但更牢靠。一些特大型的PLC用的多為這種結構。 4.3按生產廠家分     目前生產PLC的廠家較多。但能配套生產，大、中、小、微型均能生產的不算太多。較有影響的，在中國市場占有較大份額的公司有：     德國西門子公司：它有S5系列的產品。有S595U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機，控制點數可達6000多點，模擬量可達300多路。最近還推出S

46、7系列機，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機（大型）。性能比S5大有提高。      日本OMRON公司：它有CPM1A型機，P型機，H型機，CQM1、CVM、CV型機，Ha型、F型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當的份額。     日本三菱公司的PLC也是較早推到我國來的。其小型機F1前期在國內用得很多，后又推出FX2機，性能有很大提高。它的中、大型機為A系列。AIS、AZC、A3A等。     日本日立公司

47、也生產PLC，其E系列為箱體式的?；鞠潴w有E-20、E-28、E40、E64。其I/O點數分別為12/8、16/12、24/16及40/24。另外，還有擴展箱體，規(guī)格與主箱體相同其EM系列為模塊式的，可在16160之間組合。     日本東芝公司也生產PLC，其EX小型機及EXPLUS小型機在國內也用得很多。它的編程語言是梯形圖，其專用的編程器用梯形圖語言編程。另外，還有EX100系列模塊式PLC，點數較多，也是用梯形圖語言編程。     日本松下公司也生產PLC。FP1系列為小型機，結構也是箱體式的，尺寸緊湊。FP3為模

48、塊式的，控制規(guī)模也較大，工作速度也很快，執(zhí)行基本指令僅0l微秒。     日本富士公司也有PLC。其NB系列為箱體式的，小型機。NS系列為模塊式。    美國GE公司、日本FANAC合資的GEFANAC的9070機也是很吸引人的。據介紹。它具有25個特點。諸如，用軟設定代硬設定，結構化編程，多種編程語言，等等。它有914、781782、771772、731732等多種型號。另外，還有中型機9030系列，其型號有344、331、323、321多種；還有9020系列小型機，型號為211。     美

49、國施奈德公司(莫迪康)的984機也是很有名的。其中E984785可安31個遠程站點，總控制規(guī)?？蛇_63535點。小的為緊湊型的，如984-120，控制點數為256點，在最大與最小之間，共20多個型號。最近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40點幾種規(guī)格。     美國AB（AlienBradley）公司創(chuàng)建于1903年，在世界各地有20多個附屬機構，10多個生產基地?？删幊炭刂破饕彩撬闹匾a品。它的PLC5系列是很有名的，其下有PLC5/10，PLC5/11，PLC5/250多種型號。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系

50、列和SLC500系列。有三種配置，20、30及40I/O配置選擇，I/O點數分別為12/8、18/12及24/16三種。     美國IPM公司的IP1612系列機，由于自帶模擬量控制功能，自帶通訊口，集成度又非常之高，雖點數不多，僅16入，12出，但性價比還是高的，很適合于系統不大，但又有模擬量需控制的場合。新出的lP3416機，I/O點數擴大到34入、12出，而且還自帶一個簡易小編程器，性能又有改進。     國內PLC廠家近年來發(fā)展較快，目前有幾家國產PLC廠商則是齊頭并進，但大多規(guī)模不大。比較有影響的有：深

51、圳德維森、深圳艾默生、無錫光洋、無錫信捷、北京和利時、北京凱迪恩、北京安控、黃石科威、洛陽易達、浙大中控、浙大中自、南京冠德、蘭州全志等。如，德維森公司自主研發(fā)生產了多種型號與規(guī)格的PLC，有V80、PPC11、PPC22和PPC31等幾個系列，產品種類齊全，性能穩(wěn)定可靠，在性價比上有較大的優(yōu)勢。和利時公司的FOPLC系列和自主研發(fā)的G3系列，憑借公司在工程領域的實力，已逐步向工控中多個領域邁進。國產PLC從技術方面來講，差距已逐步縮小，市場方面則要一點一點去爭，相信國產PLC憑借其自身的技術實力和本地化的技術服務能力以一個合格的挑戰(zhàn)者身份與國際品牌同場競技。   

52、; 此外，韓國和臺灣地區(qū)的一些公司目前在國內也占據不可忽視的市場份額，比如韓國LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，臺灣永宏的FBS系列PLC，臺達的DVP系列，盟立的SC500系列，豐煒的VB和VH系列和臺安的TP02系列PLC等。可編程控制器基本原理及應用（五）5. 基本性能可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括： 5.1工作速度     工作速度是指PLC的CPU執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應速度。工作速度是PLC工作的基礎。速度高了，才可能通過運行程序實現控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能

53、發(fā)揮PLC的多種多樣的作用。     PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的條數也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執(zhí)行的時間也不同。但各種PLC總有一些基本指令，而且各種的PLC都有這些基本指令，故常以執(zhí)行一條基本指令的時間來衡量這個速度。這個時間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點微秒級。并隨著微處理器技術的進步，這個時間還在縮短。     執(zhí)行時間短可加快PLC對一般輸入信號的響應速度。從討論PLC的工作原理知，從對PLC加入輸入信號，到PLC產生輸出，最理想的情況也要延遲一個PLC運行程序的周期。因為PLC監(jiān)

54、測到輸入信號，經運行程序后產生的輸出，才是對輸入信號的響應。不理想時，還要多延長一個周期。當輸入信號送入PLC時，PLC的輸入刷新正好結束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期，PLC的輸入映射區(qū)才能接受到這個新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需響應的輸入信號，就不能接受了。對急需處理的輸人信號延遲多長時間PLC能予以響應，要另作要求。    為了處理急需響應的輸入信號，PLC有種種措施。不同的PLC措施也不完全相同，提高響應速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關的輸出點立即刷新，而不等到整個

55、程序運行結束后再刷新。 這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應；二是快速響應的速度有多快。多數PLC都可對一個或多個輸入點作快速響應，快速響應時間僅幾個毫秒。性能高的、大型的PLC響應點數更多。     工作速度關系到PLC對輸入信號的響應速度，是PLC對系統控制是否及時的前提。控制不及時，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響應的系統。這就是把工作速度作為PLC第一指標的原因。 5.2控制規(guī)模     控制規(guī)模代表PLC控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。 

56、0;   控制規(guī)模與速度有關。因為規(guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長PLC循環(huán)的時間，也必然會延長PLC對輸入信號的響應。為了避免這個情況，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。     控制規(guī)模還與內存區(qū)的大小有關。規(guī)模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區(qū)。同時點數多，系統的存儲器輸入、輸出的信號區(qū)（輸入輸出繼電器區(qū)或稱輸入、輸出映射區(qū)）也大。這個區(qū)大，相應地內部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統存儲區(qū)。     控制規(guī)模還與輸入、

57、輸出電路數有關。如控制規(guī)模為1024點，那就得有1024條I/O電路。這些電路集成于I/O模塊中，而每個模塊有多少路的I/O點總是有數的。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。     控制規(guī)模還與PLC指令系統有關。規(guī)模大的PLC指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點數多的系統進行控制的需要。 控制規(guī)模是對PLC其它性能指標起著制約作用的指標；也是PLC劃分為微、小、中、大和特大型 5.3組成模塊     PLC的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模塊組成當作所有P

58、LC的結構性能。     這個性能含義是指某型號PLC具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點。     一般講，規(guī)模大的PLC，檔次高的PLC模塊的種類也多，規(guī)格也多，反映它的特點的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型PLC、檔次低的PLC模塊種類也少，規(guī)格也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。     組成PLC的模塊是PLC的硬件基礎，只有弄清所選用的PLC都具有那些模塊及其特點，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的PLC，以滿足控制系統對PLC的

59、要求。 常見的PLC模塊有：     CPU模塊，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來體現。     電源模塊，它為PLC運行提供內部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。     I/O模塊，它集成了I/O電路，并依點數及電路類型劃分為不同規(guī)格的模塊。     內存模塊，它主要存儲用戶程序，有的還為系統提供輔加的工作內存。在結構上內存模塊都是附加于CPU模塊之中。    

60、; 底板、機架模塊，它為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯系提供總線。若干底板間的聯系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的PLC都不大相同。     箱體式的小型PLC的主箱體就是把上述幾種模塊集成在一個箱體內的，并依可能提供I/O點數的多少，劃分為不同的規(guī)格。 箱體式的PLC還有I/O擴展箱體，它不含CPU，僅有電源及I/O單元的功能。擴展箱體也依I/O點數的多少劃分有不同的規(guī)格。     除上述模塊，PLC還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如A/D（模入）模塊、D/A（模出）模塊、高速計數模塊、位控

61、模塊、溫度模塊等等。這些模塊有自己的CPU，可對信號作預處理或后處理，以簡化PLC的CPU對復雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的PLC，這些模塊種類多，性能也好。      通訊模塊，它接人PLC后，可使PLC與計算機，或PLC與PLC進行通訊，有的還可實現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網絡。通訊模塊代表PLC的組網能力，代表著當今PLC性能的重要方面。     掌握PLC性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚PLC的性能。   &#

62、160; 除了模塊，PLC還有外部設備。盡管用PLC實現對系統的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對PLC編程，要監(jiān)控PLC及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數據等，就得使用PLC的外部設備。故一種PLC的性能如何，與這種PLC所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關。 PLC的外部設備有四大類：     編程設備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的EX型可編程控制器）。復雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖語編程。有的還有專用的計算機，可用其它高級語編程。編程器除了用于編程

63、，還可對系統作一些設定，以確定PLC控制方式，或工作方式。編程器還可監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，以進行PLC用戶程序的調試。     監(jiān)控設備：小的有數據監(jiān)視器，可監(jiān)視數據；大的還可能有圖形監(jiān)視器，可通過畫面監(jiān)視數據。除了不能改變PLC的用戶程序，編程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面。性能好的PLC，這種外部設備已越來越豐富。     存儲設備：它用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。而為實現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或ROM寫入器，以及相應的

64、接口部件。各種PLC大體都有這方面的配套設施。     輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與PLC進行人機對話。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監(jiān)控器雖也可對PLC輸入信息，從PLC輸出信息，但輸入輸出設備實現人機對話更方便，可在現場條件下實現，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。 外部設備已發(fā)展成為PLC系統的不可分割的一個部分。它的情況，當然是選用PLC必須了解的重要方面，所以也應把它列為PLC性能的重要內容。 5.4內存容量     PLC內存有用戶及系統兩大部分。用戶內存主

65、要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統所用。系統內存是與CPU配置在一起的。CPU既要具備訪問這些內存的能力，還應提供相應的存儲介質。     用戶內存大小與可存儲的用戶程序量有關。內存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內存容量總是在不斷增大著。大型PLC的內存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統內存對于用戶，主要體現在PLC能提供多少內部器件。不同的內部器件占據系統內存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為RAM。但通過運行程序進行使用時，給使用者提供的卻實實在在有這些器件。     內存器件種類越多，數量越多，越便于PLC進行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表PLC性能的重要指標。 PLC內部器件有：     I/O繼電器，或稱映射區(qū)。它與PLC所能控制的I/O點數及模擬量的路數直接相關。     內部繼電器數，有的稱為標志位數，代表著PLC的內部繼電器數。它與I/O繼電器區(qū)相聯系著，有時與后者相聯系進行處理。內部繼電器多，便于