可編程控制器應(yīng)用技術(shù)

1、l11概述l可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC.他是在繼電器控制和計算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置，廣泛應(yīng)用在各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動控制中。目前可編程控制器成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置l生產(chǎn)機(jī)械：機(jī)械設(shè)備：機(jī)床（車床/刨床/磨床）、自動焊機(jī)。l生產(chǎn)過程：自動生產(chǎn)線：家電/汽車/鋼鐵l生活中離不開可編程控制器 十字路口的紅綠燈/夜晚的霓虹燈/商場賓館的電梯/音樂噴泉l工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱：可編程控制器 首位機(jī)器人計算機(jī)輔助設(shè)計與制造l目前可編程

2、控制器成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化成度高低的標(biāo)志。 電氣自動控制系統(tǒng)的發(fā)展： l繼電器-接觸器控制系統(tǒng) l半導(dǎo)體邏輯組件構(gòu)成的順序控制裝置 l計算機(jī)控制系統(tǒng) l可編程控制器控制系統(tǒng)l時間：20世紀(jì)30年代l概念：用導(dǎo)線把各種繼電器、接觸器、開關(guān)及觸點(diǎn)，按一定的邏輯關(guān)系連接起來所構(gòu)成的控制系統(tǒng)。l特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是價格低廉、對維護(hù)技術(shù)要求不高，適用于工作模式固定、控制要求簡單的場合。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的布線連接不宜更新、功能不宜擴(kuò)展，可靠性不高。對復(fù)雜的控制系統(tǒng)，查找和排除故障困難；產(chǎn)品更新、生產(chǎn)工藝變化時，繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線也須作

3、相應(yīng)的變動，這種變動工作量很大，工期長，費(fèi)用高。l時間：20世紀(jì)60年代初l概念：用半導(dǎo)體二極管、三極管和中小規(guī)模集成電路構(gòu)成的邏輯式控制器。l特點(diǎn)：特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是具有體積小、無觸點(diǎn)、可靠性較高和動作順序變更較方便。其缺點(diǎn)是控制規(guī)模較?。ㄝ斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)不超過64點(diǎn)）、程序編制不夠靈活。l隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，曾用小型計算機(jī)取代繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制要求，但是計算機(jī)對環(huán)境要求較高，而且現(xiàn)場需要控制的大量的輸入輸出與計算機(jī)本身不匹配，同時計算機(jī)程序的編制較復(fù)雜，使用者需要掌握一定的計算機(jī)專業(yè)知識，一般工程技術(shù)人員不易熟練運(yùn)用，加上計算機(jī)成本高，因而一直沒有得到廣泛應(yīng)用。 l1968年，美國通用汽車公

4、司為適用汽車工業(yè)的激烈競爭，滿足汽車型號不斷更新的要求，提出開發(fā)一種取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的新的控制裝置。l提出GM十條：l1）編程方便，可在現(xiàn)場修改程序；l2）維修方便，最好是插節(jié)件結(jié)構(gòu)；l3）可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；l4）體積小于繼電器控制裝置；l5）數(shù)據(jù)可以直接輸入管理計算機(jī)；l6）可以直接用交流115V輸入；l7）輸出為交流115V，負(fù)載電流要求2A以上，可以直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等負(fù)載元件。l8）通用性強(qiáng)，易擴(kuò)展，擴(kuò)展時原系統(tǒng)只需很少變更；l9）用戶存儲器容量大于4KB;l10）成本可與繼電器控制裝置競爭。 l美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)以上要求，研制出第一臺可編程控制器，型號為

5、PDP-14.l1971年，日本從美國引進(jìn)該技術(shù)開始生產(chǎn)可編程控制器。l1973年，歐洲國家開始生產(chǎn)可編程控制器。l1974年，我國開始研制可編程控制器，并于1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。l早期的可編程邏輯控制器：只是用來取代繼電器控制系統(tǒng)，功能簡單，只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制，稱為：可編程邏輯控制器(Programmble Logic Controller),簡稱PLC。隨微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器，除進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制外，還具有模擬量控制、高速計數(shù)、PID回路調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程I/O和網(wǎng)絡(luò)通訊等許多功能。l1980年，美國制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為可編程控制器l（Pro

6、grammable Controller）簡稱PC，并定義為：lPCPC是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器以及存儲指令，能夠完成邏輯、順序、定存儲器以及存儲指令，能夠完成邏輯、順序、定時、計數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬時、計數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。的輸入、輸出接口控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 l可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系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。它采用統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行可編程

7、序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、算等操作的指令，并通過數(shù)字式、 模擬式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按過程。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)連成一個整體、易于易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。l1.1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) l2.2.編程簡單易學(xué)編程簡單易學(xué) l3.3.功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)功能完善，適應(yīng)性強(qiáng) l4.

8、4.使用簡單，調(diào)試維修方便使用簡單，調(diào)試維修方便l5 5體積小、重量輕、功耗低體積小、重量輕、功耗低 l現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其可靠程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無法比擬的。為了保證PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設(shè)計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施 l 隔離隔離PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號，這種光電隔離措施使外部電路與PLC內(nèi)部之間完全避免了電的聯(lián)系，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響，還可防止外部強(qiáng)電竄入內(nèi)部CPU；l 濾波濾波在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設(shè)置多

9、種濾波電路，可有效抑制高頻干擾信號； l在PLC內(nèi)部對CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)保護(hù)等措施，防止干擾信號通過供電電源進(jìn)入PLC內(nèi)部，另外各個輸入輸出(IO)接口電路的電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的互相干擾；l內(nèi)部設(shè)置連鎖、環(huán)境檢測與連鎖、環(huán)境檢測與診斷等電路，一旦發(fā)生故障，立即報警；l外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。 l設(shè)置故障檢測與診斷程序設(shè)置故障檢測與診斷程序，每次掃描都對系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障進(jìn)行檢測與診斷，發(fā)現(xiàn)出錯后，立即自動做出相應(yīng)的處理，如報警、保護(hù)數(shù)據(jù)和封鎖輸出等；l 對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)

10、進(jìn)行電池后備對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)及信息不會因此而丟失。采用以上抗干擾措施后，一般PLC的抗電平干擾強(qiáng)度可達(dá)峰值1000V，脈寬10us，其平均無故障時間可高達(dá)3050萬小時以上。 lPLC采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言，它既有繼電器電路清晰直觀的特點(diǎn)，又充分考慮到電氣工人和技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣;對使用者來說，幾乎不需要專門的計算機(jī)知識，因此，易學(xué)易懂，程序改變時也容易修改 。l目前PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有AD、DA轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)

11、實(shí)際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺單機(jī)、一條生產(chǎn)線，又可以控制一個機(jī)群、多條生產(chǎn)線；既可以現(xiàn)場控制又可以遠(yuǎn)程控制。lPLC的接線極其方便 lPLC的用戶程序可在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試 lPLC的故障率很低 l排除故障迅速l由于PLC采用半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路，因此整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功耗低，以三菱FXON一24M型PLC為例，其外形尺寸僅為130mmx90mmX87mm，重量只有600g，功耗小于50W。所以，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電體化的理想的控制設(shè)備 lPLC的應(yīng)用范圍極其廣闊，經(jīng)過30多年的發(fā)展， 目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、

12、化工：、建材、電力、礦山、機(jī)械制造、汽車、交通運(yùn)輸、輕紡、環(huán)保等各行各業(yè)。幾乎可以說，凡是有控制系統(tǒng)存在的地方就有PLC。概括起來，PLC的應(yīng)用主要有以下5個方面。l1.1.開關(guān)量控制開關(guān)量控制 l2.2.模擬量控制模擬量控制l3.3.運(yùn)動控制運(yùn)動控制 l4.4.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 l5.5.通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng) l開關(guān)量控制開關(guān)量控制是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，可用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制。在單機(jī)控制、多機(jī)群控和自動生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例.l目前，很多PLC都具有模擬量處理功能，通過模擬量IO模塊可對溫度、壓力、速度、流量等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行控制，而且編

13、程和使用都很方便。大、中型的PLC還具有PID閉環(huán)控制功能，運(yùn)用PID子程序或使用專用的智能PID模塊， 可以實(shí)現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)過程控制 .l運(yùn)動控制是指PLC對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的控制，也稱為位置控制，早期PLC通過開關(guān)量IO模塊與位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接來實(shí)現(xiàn)這一功能，現(xiàn)在一般都使用專用的運(yùn)動控制模塊來完成。 l現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，能夠完成數(shù)學(xué)運(yùn)算(函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉(zhuǎn)換和查表等操作，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人的控制系統(tǒng)等。 l通信聯(lián)網(wǎng)是指PLC與PLC之問、PLC

14、與上位計算機(jī)或其他智能設(shè)備間的通信，利用PLC和計算機(jī)的RS一232或RS-422接口、PLC的專用通信模塊，用雙絞線和同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)相互間的信息交換，構(gòu)成“集中管理、分散控制” 的多級分布式控制系統(tǒng)，建立工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。 lPLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)。因此，它的組成與一般的微型計算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的 ll PLC的硬件系統(tǒng)組成l l7IO擴(kuò)展單元l圖1l所示為PLC的部件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。 ll 1) 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲：ll 2) 用掃描方式接收輸入

15、設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)(輸入映像寄存器)；ll 3) 監(jiān)測和診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯誤；ll 4) 執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲等功能：ll 5) 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 ll PLC配有兩種存儲器：ll 系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。ll 系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)程序；ll 用戶存儲器用來存放用戶編制的控制程序。l 常用的存儲器類型有CMOSRAM、EPROM和EEPROM。 ll CMOS RAM是一種可以進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲器，存放在其中的用戶程序可方便

16、地進(jìn)行修改，它是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導(dǎo)體存儲器，可用鋰電池作為備用電源，一旦失電，即可用鋰電池供電，以保持RAM中的內(nèi)容。鋰電池的使用壽命一般為510年，若經(jīng)常帶負(fù)載可維持25年左右。lPLC都標(biāo)有電池的使用年限。 lEPROM、EEPROM都是只讀存儲器，常用來存放系統(tǒng)程序和需要長久保存的用戶程序。EPROM稱為可擦除的可編程序只讀存儲器，在紫外線連續(xù)照射20min后，就可將EPROM中的內(nèi)容消除，加高電平(125V或24V)，可把程序?qū)懭氲紼PROM中。EEPROM稱作電可擦除的可編程序只讀存儲器，除可用紫外線擦除外，還可用電擦除。 l輸入信號多種多樣，信號電平各不相同，而PL

17、C所能處理的信號只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過輸入模塊將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的標(biāo)準(zhǔn)電平信號。同樣，外部執(zhí)行元亦必須通過輸出模塊將CPU輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制信號。輸入輸出模塊實(shí)際上是CPU與現(xiàn)場輸入輸出設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信息的作用。 ll I0模塊:數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊，以及快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊、通信接口模塊、溫度控制模塊、中斷控制模塊、PID控制模塊和位置控制模塊lI0模塊的類型、品種與規(guī)格越多，PLC系統(tǒng)的靈活性越好;I/O模塊的IO容量越大，PLC系統(tǒng)的適應(yīng)性越強(qiáng)。 lPLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源

18、的電源模塊，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和IO接口等電路工作所需的直流電源。PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在+10一-15的范圍內(nèi)波動。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都有專用電源部件 ll 簡易編程器功能較少，一般只能用語句表形式進(jìn)行編程，通常需要連機(jī)工作。簡易編程器使用時直接與PLC的專用插座相連接，由PLC提供電源。它體積小，重量輕，便于攜帶，適合小型PLC使用。l圖形編程器既可以用指令語句進(jìn)行編程，又可以用梯形圖編程;既可連機(jī)編程又可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)，有液晶顯示的便攜

19、式和陰極射線式兩種。圖形編程器還可與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備連接，但價格相對較高。通常大中型PLC多采用圖形編程器。 (1)外部存儲器 (2)打印機(jī) l(3)EPROM寫入器 ll 外部存儲器是指磁帶或磁盤，工作時可將用戶程序或數(shù)據(jù)存儲在盒式錄音機(jī)的磁帶上或磁盤驅(qū)動器的磁盤中，作為程序備份。當(dāng)PLC內(nèi)存中的程序被破壞或丟失時，可將外存中的程序重新裝入。l l 打印機(jī)用來打印帶注釋的梯形圖程序或指令語句表程序以及打印各種報表等。在系統(tǒng)的實(shí)時運(yùn)行過程中，打印機(jī)用來提供運(yùn)行過程中發(fā)生事件的硬記錄，如記錄PLC系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障報警的時間等。這對于事故分析和系統(tǒng)改進(jìn)是非常有價值的。 lEPROM寫入器用于

20、將用戶程序?qū)懭隕PROM中。同一PLC系統(tǒng)的各種不同應(yīng)用場合的用戶程序可分別寫入不同的EPROM中去，當(dāng)系統(tǒng)的應(yīng)用場合發(fā)生改變時，只需更換相應(yīng)的EPROM芯片即可。 lI/O擴(kuò)展單元用來擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。當(dāng)用戶所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)超過PLC基本單元的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)時，就需要加上IO擴(kuò)展單元來擴(kuò)展，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。 l PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。l硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。沒有軟件的PLC系統(tǒng)稱為裸機(jī)系統(tǒng)，不起任何作用，猶如無米之鍋。反之，如果沒有硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)也失去了基本的外部

21、條件，程序根本無法運(yùn)行。 ll 系統(tǒng)程序是每一個PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行。系統(tǒng)程序固化在EPROM中。l 管理程序l 編譯程序l 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用l管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分。PLC的運(yùn)行都由它控制，主要對PLC的輸入、輸出、運(yùn)算等操作運(yùn)行，進(jìn)行時間上先后順序的管理，規(guī)定各種數(shù)據(jù)、程序的存放地址，生成用戶環(huán)境以及系統(tǒng)診斷等。 ll 編譯程序用來把梯形圖程序、語句表程序等編程語言翻譯成PLC能夠識別的機(jī)器語言。l 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用。這部分由許多獨(dú)立的程序模塊組成，每個程序模塊完成一種單獨(dú)的功能，如輸入、輸出及特殊運(yùn)算等。PLC根據(jù)不同

22、的控制要求，選用這些模塊完成相應(yīng)的工作。 l 用戶程序就是由用戶根據(jù)控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)所需的控制目的。用戶程序存儲在系統(tǒng)程序指定的存儲區(qū)內(nèi)，它的最大容量也是由系統(tǒng)程序限定的。 ll 當(dāng)程序不長，比較簡單時，編制程序時常用順序結(jié)構(gòu)，即整個程序不分段，順序編制而成。小型PLC的用戶程序通常都為順序結(jié)構(gòu)。l 對于比較復(fù)雜、長度很長的程序，為使程序編制簡單清晰，可以按照功能、結(jié)構(gòu)或使用目的，將程序劃分成多個程序模塊，按模塊來編制和調(diào)試程序，再把各部分組合而形成一個完整的大程序，這種程序結(jié)構(gòu)稱為模塊結(jié)構(gòu)。大中型PLC的用戶程序較復(fù)雜，一般都采用模塊化結(jié)構(gòu)。 ll 1)組織

23、模塊OB又稱主控程序模塊，用來確定主程序運(yùn)行方式及各模塊的組織關(guān)系；l2)程序模塊PB依照控制要求，按不同的控制內(nèi)容劃分相應(yīng)的程序段模塊；l3)功能模塊FB一用來描述某特定功能的程序段模塊；l4)順序模塊SB又稱步進(jìn)模塊，用于步進(jìn)操作；l5)數(shù)據(jù)模塊DB用來存放用戶數(shù)據(jù)。 l 目前，PLC應(yīng)用廣泛，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多，其型號、規(guī)格和性能也各不相同。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致分類。l 整體式l模塊式l 整體式PLC是將CPU、存儲器、I/O部件等組成部分集中于一體，安裝在一塊或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在一個金屬或塑料的機(jī)殼內(nèi)，形

24、成一個整體，通常稱為主機(jī)或基本單元。輸入輸出接線端子及電源進(jìn)線分別在機(jī)箱的兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入輸出狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低的優(yōu)點(diǎn)，易于裝置在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，通常適合于單機(jī)控制。一般小型和超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)，如三菱FX系列PLC。l模塊式PLC是把各個組成部分做成獨(dú)立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。各模塊做成插件式，然后以搭積木的方式將它們組裝在一個具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。PLC廠家備有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選擇。用戶可以根據(jù)需要選用不同檔次的CPU模塊、各種FO模塊和其他特殊模塊插入相應(yīng)的機(jī)架底板的插槽中，

25、組合成不同功能的控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維修方便，功能易于擴(kuò)展。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價也較高。一般大、中型PLC都采用這種結(jié)構(gòu)，如三菱公司的A1N、A2N、A3N系列，立石公司C系列的C500、C1000H、C2000H及通用電氣公司的90TM-70、90TM-30。l 按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲器容量不同，PLC可分為小型、中型和大型三類。l小型PLC又稱為低檔PLC。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般從20點(diǎn)到128點(diǎn)。其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的PLC又稱為超小型機(jī)。用戶存儲器容量小于2KB，具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能，有些還有少量

26、的模擬量IO、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程IO和通信等功能，可用于開關(guān)量控制、定時計數(shù)控制、順序控制及少量模擬量控制等場合，通常用來代替繼電器-接觸器控制，在單機(jī)或小規(guī)模生產(chǎn)過程中使用。常見的小型PLC產(chǎn)品有三菱公司的Fl、F2，和FX0系列，歐姆龍SP20系列和西門子公司的S5100U、S595、S7200等。l中型PLC的IO點(diǎn)數(shù)通常在120點(diǎn)至512點(diǎn)之間，用戶程序存儲器的容量為2KB一8KB，除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量IO、數(shù)字計算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)如比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠(yuǎn)程IO及通信聯(lián)網(wǎng)功能。適用于既有開關(guān)量又有模擬量的較為復(fù)雜的

27、控制系統(tǒng)，如大型注塑機(jī)控制、配料和秤重等中小型連續(xù)生產(chǎn)過程控制，常見的機(jī)型有三菱公司的A1s：系列，立石公司的(歐姆龍)C200H、C500，西門子公司的S5115U等。l大型PLC又稱為高檔PLC，IO點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，其中IO點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型PLC，用戶程序存儲器容量在8KB以上，除具有中型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠(yuǎn)程控制等功能。由于大型PLC具有比中小型PLC更強(qiáng)大的功能，因此一般用于大規(guī)模過程控制、分布式控制系統(tǒng)和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)等場合。如三菱公司的A3N、A2N，立石

28、公司的C100H、C2000H、AB公司的PLC一5以及西門子公司S5135U、S5155U、S7400等都屬于大型PLC。lPLC的主要性能，一般可用以下6種指標(biāo)表述。l1用戶程序存儲容量l2IO總點(diǎn)數(shù)l3，掃描速度l 4指令種類l5內(nèi)部寄存器的配置及容量l6特殊功能l 用戶程序存儲容量是衡量PLC存儲用戶程序的一項(xiàng)指標(biāo)，通常以字為單位表示。每16位相鄰的二進(jìn)制數(shù)為一個字，1024個字為IK字。對于一般的邏輯操作指令，每條指令占1個字：定時計數(shù)、移位指令每條占2個字；數(shù)據(jù)操作指令每條占24個字。有些PLC是以編程的步數(shù)來表示用戶程序存儲容量的，條指令包含若干步，一步占用一個地址單元，個地址單

29、元為兩個字節(jié)。l IO總點(diǎn)數(shù)是PLC可接收輸入信號和輸出信號的數(shù)量。PLC的輸入和輸出量有開關(guān)量和模擬量兩種。對于開關(guān)量，其IO總點(diǎn)數(shù)用最大IO點(diǎn)數(shù)表示：對于模擬量，IO總點(diǎn)數(shù)用最大IO通道數(shù)表示。 l 掃描速度是指PLC掃描lK字，用戶程序所需的時間，通常以msK字為單位表示。有些PLC也以us步來表示掃描速度。l 指令種類是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，PLC具有的指令種類越多，說明其軟件功能越強(qiáng)。l PLC內(nèi)部有許多寄存器用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、定時計數(shù)等數(shù)據(jù)，其數(shù)量的多少、容量的大小，直接關(guān)系到用戶編程時的方便靈活與否。因此，內(nèi)部寄存器的配置及容量也是衡量PLC硬件功能的一個指

30、標(biāo)。 l PLC除了基本功能外，還有很多特殊功能，例如自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、監(jiān)控功能、高速計數(shù)功能、遠(yuǎn)程IO和特殊功能模塊等。不同檔次和種類的PLC，其具有的特殊功能相差很大，特殊功能越多，則PLC系統(tǒng)配置、軟件開發(fā)就越靈活，越方便，適應(yīng)性越強(qiáng)。因此，特殊功能的強(qiáng)弱，種類的多少是衡量PLC技術(shù)水平高低的一個重要指l1.在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上，向大、小兩個方向發(fā)展 l2開發(fā)各種智能模塊，不斷增強(qiáng)過程控制能力 l3向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，通信聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強(qiáng) l4編程語言與編程工具向標(biāo)準(zhǔn)化和高級化發(fā)展 l 5發(fā)展容錯技術(shù) PLC在規(guī)模上的發(fā)展有兩個主要趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價格更低的小型

31、化或微型化PLC方向發(fā)展，以真正完全取代最小的繼電器系統(tǒng)，適應(yīng)復(fù)雜單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的控制要求:其二是向大容量、高速度、多功能的大型高檔PLC方向發(fā)展。目前，開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)達(dá)到8192點(diǎn)以上的大型PLC不在少數(shù)，隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)還在快速增加，如莫迪康公司的984780、984785型PLC的最大開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)已達(dá)到16384點(diǎn)。大型PLC不但運(yùn)算速度快(如三菱公司的A3N型PLC的指令掃描速度可達(dá)015us步)，而且具有PID、多軸定位、高速計數(shù)、遠(yuǎn)程IO、光纖通信等多種功能，能與計算機(jī)組成多級分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對工廠生產(chǎn)全過程的集中管理。l

32、為滿足工業(yè)自動化各種控制系統(tǒng)的需要，國內(nèi)外眾多PLC生產(chǎn)廠家不斷致力于開發(fā)各種新器件和智能IO模塊。智能IO模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件，模塊的CPU與PLC的主CPU并行工作，可以大大減少占用主CPU的時間，有利于提高PLC的掃描速度；又可以使模塊具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定等功能，使調(diào)試時間減少，控制精度得到提高，極大地增強(qiáng)了PLC的過程控制能力。智能IO模塊目前主要有模擬IO模塊、PID回路控制模塊、機(jī)械運(yùn)動控制(如軸定位、步進(jìn)電動機(jī)控制等)模塊，高速計數(shù)模塊等。l 目前，幾乎所有的PLC都具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力已成為PLC產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能可使PLC

33、與PLC之間、PLC與計算機(jī)之間相互交換信息，實(shí)現(xiàn)近距離或遠(yuǎn)距離通信，形成一個統(tǒng)一的分散集中控制系統(tǒng)。由于歷史的原因，各個廠家的PLC通信協(xié)議往往是專用的，因此，各廠家的PLC產(chǎn)品之間難以互相兼容。近年來，許多PLC生產(chǎn)廠家都在努力使自己的產(chǎn)品與制造自動化協(xié)議(MAP)兼容，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計算機(jī)之間能方便地進(jìn)行通信與聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)資源共享。lPLC的編程語言主要有梯形圖、流程圖、專用語言指令等。其中最常用的是梯形圖，因此深受用戶的歡迎，得到了廣泛的應(yīng)用。目前，美國、法國、日本等生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品在基本控制方面的編程語言均采用梯形圖，且已標(biāo)準(zhǔn)化。隨著現(xiàn)代PLC產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的急速擴(kuò)展，尤其是PLC在一些復(fù)雜的大規(guī)模的