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1、PLC的工作，分类及特点介绍PLC应用知识：主要介绍 PLC 用于顺序、过程、运动控制及信息处理的机理及相应程序。扩展知识：介绍 PLC 联网通讯及 PLC 程序组织。而在应用知识部分，则围绕PLC用于顺序控制、过程控制、运动控制、信息处理及联网通讯（也即远程控制）五大主题。 本教程所介绍的PLC是目前国内最常用的OMRON、西门子及三菱三大品牌的主流机型。尽管它们之间的差别较大。但这些差别主要表现在硬件配置、指令系统及网络结构与协议上。而从功能及应用角度看，则都是相通的。 PLC是可编程控制器的英文缩写，定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编
2、程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 可知，PLC这个电子系统，也是靠存贮程序、执行指令，进行信息处理，实现输入到输出的变换。但它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。所以，从实质上讲，它是一台工业环境应用的、满足实时控制要求的专用计算机。与普通计算机所不同的主要是： 它没有键盘，代之为一个个输入电路，并用其获取控制命令或现场信号。同时，此输入电路具有滤波能力的，与内部电路为电隔离的，
3、但可通过光耦合建立联系；它没有显示器，代之为一个个输出电路，并用其产生控制输出。由于此电路具有驱动能力，故可以驱动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等。同时，此电路与内部电路也是电隔离的，用光或磁耦合建立联系；它没有硬盘，只有内存。但可配备存贮卡，以为程序与数据建立备份；它配置有外设或通讯接口，可用以编程或下载程序、监控及联网通讯； 它的结构为模块化，体积小，安装方便，比较坚固，具有很强的抗干扰、抗冲击、抗震动特性。 总之，PLC只是一台没有键盘、没有显示器、没有硬盘，但有很多输入、输出电路、配有接口，可在工业现场实时使用的、模块化、小型化的特殊计算机。PLC是怎么工作的 它的工作有两个要
4、点：入出信息变换、可靠物理实现。 入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。这程序既有系统的（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户的。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要通过输入（I， INPUT）及输出（O， OUTPUT）电路。每一输入点或输出点就有一个I或O电路。而且，总是把若干个这样电路集成在一个模块（或箱体）中，然后再由若干个模块（或箱体）集成为PLC完整的I/O系统（电路）。尽管这些模
5、块相当多，占了PLC体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的，所以，PLC的体积还是不太大的。 输入电路时刻监视着输入点的（通、ON或断、OFF）状态，并将此状态暂存于它的输入暂存器（还可能有别的称谓）中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。 输出电路有输出锁存器（还可能有别的称谓）。它也有两个状态，高、低电位状态，并可锁存。同时，它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点都有一个与其对应的输出锁存器。 这里的输入暂存器及输出锁存器实际是PLC的I/O电路的寄存器。它们与PLC内存交换信息通过PLC I/O总线及运行PLC的系统程序实现。 把输入暂存器的信息读
6、到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称为输入继电器，或称软触点，或称为过程映射输入寄存器（the process-image input register）。这些位（bit）置成1，表示触点通，置成0为触点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入点的状态。 输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈，或称为过程映射输出寄存器（the process-image output register）。通过PLC I/O总线及运行系
7、统程序，输出继电器的状态将映射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。 PLC除了有可接收开关信号的输入电路，有时，还有接收模拟信号的输入电路（称模拟量输入单元或模块）。只是后者先要进行模、数转换，然后，再把转换后的数据存入PLC相应的内存单元中。 如要产生模拟量输出，则要配有模拟量输出电路（称模拟量输出模块或单元）。靠它对PLC相应的内存单元的内容进行数、模转换，并产生输出。 这样，用户所要编的程序只是，PLC输入有关的内存区到输出有关的内存区的变换。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的。 图1-1PLC实现控制示意图图1-1对以上叙
8、述作了说明。其中框图代表信息存储的地点，箭头代表信息的流向及实现信息流动的手段。这个图，既反映了PLC实现控制的两个基本要点，同时也反映了信息在PLC中的空间关系。简单地说，PLC工作过程是：输入刷新-运行用户程序-输出刷新，再输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新永不停止地循环反复地进行着。 a- 简化工作流程图 b 实际工作流程图 图1-2 PLC工作流程图 有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监视得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的
9、输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化。只是响应的时间上，略有滞后。但由于PLC的工作速度很快，所以，这个“略有滞后”的时间是很短的，一般也就是几豪秒、几十豪秒，最多也不会超过100到200毫秒 公共处理工作有：循环时间监视、外设服务及通讯处理等。监视循环时间的目的是避免用户程序“死循环”，保证PLC能正常工作。为避免用户程序“死循环”的办法是用“看门狗”（Watching dog），即设一个定时器，监测用户程序的运行时间。只要循环超时，即报警，或作相应处理。外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或向编程器输出数据。通讯处理是实现与计算机，或与其它P
10、LC，或与智能操作器、传感器进行信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。 也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理I/O刷新运行用户程序再公共处理反复不停地重复着。图1-2b所示的是实际的过程。此外，PLC上电后，也要进行系统自检及内存的初始化工作，为PLC的正常运行做好准备。用这种不断地重复运行程序以实现控制，称扫描方式工作。是PLC基本的工作方式。 此外，为了应对紧急任务，PLC还有中断工作方式。在中断方式下，需处理的任务先申请中断，被响应后停止正运行的程序，转而去处理中断工作（运行有关中断的服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。 PLC的中断方式的任务，或称事件，是分等级
11、的。同时出现两个或多个中断事件，则优先级高的先处理，继而处理低的。直到全部处理完中断任务，再转为执行扫描程序。从PLC工作过程可知，PLC的输出对输入的响应是有滞后的。这滞后时间也称响应时间。PLC能实现什么功能 PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通讯接口，有大容量的内存，有可靠的操作系统，因而具有丰富的功能： 信号采集功能：可采集开关信号、模拟信号及脉冲信号。 输出控制功能：可控制输出开关信号、模拟信号及脉冲（脉冲链或脉宽可调制的脉冲） 信号。 逻辑处理功能：可进行种种位、字节、字、双字逻辑运算。 数据运算功能：可进行种种字、双字整数运算，有的还可进行浮点运算。 定时功能：可进
12、行延时或定时控制，时间可精确到毫秒。有的还有内置实时时钟。 计数功能：可进行计数，高速计数频率可高达几百KHz。 中断处理功能：可实现种种内外中断，以提高对输入的响应速度与精度。 程序与数据存贮功能：可存贮系统设定、程序及数据，并可保证这些数据在掉电时不丢失。此外，还有联网通讯、自检测、自诊断等功能。 PLC有那些类型1按生产厂家分有： 德国的西门子公司、美国的AB（Allen-Bradley）公司（现已被美国的Rockwell公司收购），美国GE公司与日本FANAC合资的GE-FANAC公司、法国的施耐德公司（原美国MODICON公司已被其收购）以及日本的欧姆龙（OMRON）公司、三菱公司、
13、松下公司、东芝公司、富士公司、光洋公司、日立公司等等。德国西门子公司：主流产品为 S7系列机，有S7200（小型）、S7300（中型）及S7400机（大型）。此外，还推出微型机Logo。 日本OMRON公司：主流产品为CS1H、CS1D（可双机热备）、CJ1H、CQM1H 、CP1H、CPM2A及 ZEN微型机。 日本三菱公司：主流产品为FX系列机、Q系列机及Alphi微型机。此外，在三菱公司Q系列高档机中，除了有常规的顺序控制CPU外，还推出运动控制CPU、过程控制CPU及PC（计算机）CPU，分别可进行运动控制、过程控制及信息处理。美国AB（Allen-Bradley）公司主要为Logix
14、系列机。如ControlLogix、FlexLogix、CompactLogix 、MicroLogix 及PicoLogix微型机。此外，还有软PLC（SoftLogix5 Controller），过程控制PLC（PPC Programable Process Controller），安全性（GuildPLC）PLC。GE-FANAC有90-70机、90-30机。最近，还推出控制与信息处理能力有很大提升的可编程自动化控制器，即，PAC。法国施耐德公司有：MODICON Quantun（大、超大型机）、MODICON Premiun（中型机）、 MODICON Compact（中、小型机、可用
15、于较大的工作温度范围及有腐蚀气氛的场合） Momentun（中型机） 、MODICON Micro（小型机）、MODICON Naza（微型机）。 2按控制规模分： 大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。大型机、超大型机功能强、性能高，价格也高。而微型机、小型机功能差些、性能低些，但价格便宜。这里划分的唯一依据是控制规模。微型机控制的仅几点、十几点、几十点，如OMRON公司新推出的ZEN机，主机有8点、10点两种，加扩展，最多可扩到34点。再如西门子的logo机，小的也仅能控制10点。还如三菱的alpha机，I/O点数分别有6、10及20等几种规格，而alphaXL的I/O点数分别有14、24两种规格。这些机型，有的还内嵌有简易的编程工具，很便于编程。由于它的价格低廉、使用方便、工作可靠、体积很小而且，它的可输出电流比其它PLC都大，有的可达8安培。因而，可成继电器控制的替代品，也因此，有的则称其为可编程继电器（PLR）。 小型机控制点可达100多点，以至于稍多。如OMRON公司的CPM2A、CP1H
