1、第二章 可編程控制器的組成和工作原理 從可編程控制器的定義可知，PLC也是一種計算機(jī)，它有著與通用計算機(jī)相類似的結(jié)構(gòu)，即可編程控制器也是由中央處理器（CPU）、存儲器（MEMORY）、輸入/輸出（I/O）接口及電源組成的。只不過它比一般的通用計算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連的接口和更直接的適應(yīng)控制要求的編程語言。本章主要介紹以下內(nèi)容：l PLC的基本結(jié)構(gòu)。l PLC各個組成部分的功能。l PLC的等效工作電路。l PLC的工作過程。l PLC對I/O的處理規(guī)則。l PLC的滯后響應(yīng)。本章的重點(diǎn) 掌握PLC的硬件組成及其作用，掌握PLC的等效工作電路，掌握PLC工作過程的兩個顯著特點(diǎn)：周期性順序掃

2、描和集中批處理。 2.1 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和硬件組成 一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 二、可編程控制器的各個組成部分的功能 一、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 從可編程控制器的定義可知，PLC也是一種計算機(jī)，它有著與通用計算機(jī)相類似的結(jié)構(gòu)，即可編程控制器也是由中央處理器(CPU)、存儲器(MEMERY)、輸入/輸出()接口及電源組成的。只不過它比一般的通用計算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連的接口能力和更直接的適應(yīng)控制要求的編程語言。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖 由于PLC的中央處理器是由通用微處理器、單片機(jī)或位片式計算機(jī)組成，且具有各種功能的接口及存儲器，所以也可將PLC的結(jié)構(gòu)用微型計算機(jī)控制系統(tǒng)常用的單總線結(jié)構(gòu)形

3、式來表示。二、可編程控制器的各個組成部分的功能 PLC的組成部分1中央處理器(CPU) 2存儲器 3數(shù)字量(或開關(guān)量)輸入部件及接口 4數(shù)字量(開關(guān)量)輸出部件及接口 5模擬量輸入輸出接口模板6智能接口 7擴(kuò)展接口 8通信接口 9編程器 10電源 11總線 12PLC的外部設(shè)備 1中央處理器(CPU)CPU是計算機(jī)的核心，因此它也是PLC的核心。 CPU的主要任務(wù)是：接收與存儲用戶由編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查編程過程中的語法錯誤，診斷電源及PLC內(nèi)部的工作故障；用掃描方式工作，接收來自現(xiàn)場的輸入信號，并輸入到輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)存儲器中；在進(jìn)入運(yùn)行方式后，從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序

4、，完成用戶程序所規(guī)定的邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理等操作；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)，刷新輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。 在模板式PLC中，CPU是一個專用模板，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位的微處理器，如Z80、 Z80A、8085、6800等。采用通用的微處理器(如Z80A)作CPU，其好處是這些微處理器及其配套的芯片普及、通用、價廉，有獨(dú)立的指令，且指令格式短，有利于譯碼及縮

5、短掃描周期。 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，PLC采用單片機(jī)作CPU的越來越多，尤其以Inter公司的MCS-51系列作CPU的居多，它以高集成度，高可靠性，高功能，高速度及低價格的優(yōu)勢，正在占領(lǐng)微型和小型PLC的市場。 目前，微型和小型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CPU芯片，一個用于字處理器，一個用于位處理器。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)部定時器(WDT)及掃描時間，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，以減輕字處理器的負(fù)擔(dān)，

6、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數(shù)量級。位片的寬度有二位、四位、八位等，用幾個位片進(jìn)行“級聯(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，只要改變微程序存儲器中的內(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存儲器 可編程控制器存儲器中配有兩種存儲系統(tǒng)，即用于存

7、放系統(tǒng)程序的系統(tǒng)程序存儲器和存放用戶程序的用戶程序存儲器。 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。 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器中，用戶程序存儲器的容量不大，主要存儲可編程控制器內(nèi)部的輸入輸出信息，以及內(nèi)部繼電器、移位寄存器、累加寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時器和計數(shù)器的動作狀態(tài)。 用戶程序存儲器一般分為兩個區(qū)，程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)。程序存儲區(qū)用來存儲由用戶編寫的、通過編程器輸入的程序。而數(shù)據(jù)存儲區(qū)用來存儲通過輸入端子讀取的輸入信號的狀態(tài)、準(zhǔn)備通過輸出端子輸出的輸出信號的狀態(tài)、PLC中各個內(nèi)部 器件的狀態(tài)以及特殊功能要求的有關(guān)數(shù)據(jù)。PL

8、C存儲器的存儲結(jié)構(gòu)存 儲 器存 儲 內(nèi) 容系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)監(jiān)控程序用戶程序存儲器程序存儲區(qū) 用戶程序(如梯形圖，指令語句表等)數(shù)據(jù)存儲區(qū) 及內(nèi)部器件的狀態(tài) 當(dāng)用戶程序很長或需存儲的數(shù)據(jù)較多時，PLC基本組成中的存儲器容量可能不夠用，這時可考慮選用較大容量的存儲器或進(jìn)行存儲器擴(kuò)展。很多PLC都提供了存儲器擴(kuò)展功能，用戶可將新增加的存儲器擴(kuò)展模板直接插入CPU模板中，也有的PLC機(jī)是將存儲器擴(kuò)展模板插在中央基板上。在存儲器擴(kuò)展模板上通常裝有可充電的鋰電池，如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中突然停電，RAM立即改由鋰電池供電，使RAM中的信息不因停電而丟失，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。 EPRO

9、M 只讀存儲器 EPROM是一種可用紫外光擦除、在電壓為25V的供電狀態(tài)下寫入的只讀存儲器。使用時，寫入腳懸空或接5V(窗口蓋上不透光的薄箔)，其內(nèi)容可長期保存。這類存儲器可根據(jù)不同需要與各種微處理器兼容，并且可以和MCS-51系列單片機(jī)直接兼容。EPROM一個突出的優(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，使其在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的存儲器部分修改、增刪設(shè)計工作量最小。由于EPROM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)，使EPROM在存儲系統(tǒng)設(shè)計中，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，要注意器件的擦除特性，當(dāng)把芯片放在波長

10、約為4000埃的光線下曝光時，就開始擦除。陽光和某些熒光燈含有30004000埃的波長，EPROM 器件暴露在照明日光燈下，約需三年才能擦除，而在直射日光下，約一周就可擦除，這些特性在使用中要特別注意。為延長EPROM芯片的使用壽命，必須用不透明的薄箔，貼在其窗口上，防止無意識的擦除。如果真正需要對EPROM芯片進(jìn)行擦除操作時，必須將芯片放在波長為2537埃的短波紫外線下曝光，擦除的總光量(紫外光光強(qiáng)X曝光時間)必須大于15瓦秒/平方厘米。用12000微瓦/平方厘米紫外線燈，擦除的時間約為1520分鐘，擦除操作時，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)

11、行擦除。 EPROM用來固化完善的程序，寫入速度為毫秒級。固化是通過與PLC配套的專用寫入器進(jìn)行的，不適宜多次反復(fù)的擦寫。 EEPROM 電可擦除可編程的只讀存儲器 EEPROM是近年來廣泛重視的一種只讀存儲器，它的主要優(yōu)點(diǎn)是能在PLC工作時“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，寫入速度也比EPROM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。它具有與RAM相似的高度適應(yīng)性，又保留了ROM不易失的特點(diǎn)。 一些PLC出廠時配有EEPROM芯片，供用戶研制調(diào)試程序時使用，內(nèi)容可多次反復(fù)修改。EEPROM的擦寫電壓約為20V，此電壓可由P

12、LC供給，也可由EEPROM芯片自身提供使用很方便。但從保存數(shù)據(jù)的長期性、可靠性來看，不如EPROM。 來自現(xiàn)場的主令元件、檢測元件的信號經(jīng)輸入接口進(jìn)入到PLC。指令元件的信號是指由用戶在控制鍵盤(或控制臺、操作臺)上發(fā)出的控制信號(如開機(jī)、關(guān)機(jī)、轉(zhuǎn)換、調(diào)整、急停等信號)。檢測元件的信號是指用檢測元件(如各種傳感器、繼電器的接點(diǎn)，限位開關(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)行檢測時產(chǎn)生的信號。這些信號有的是開關(guān)(或數(shù)字量)量，有的是模擬量，有的是直流信號，有的是交流信號，要根據(jù)輸入信號的類型選擇合適的輸入接口。 3數(shù)字量(或開關(guān)量

13、)輸入部件及接口 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與外部輸入信號進(jìn)行隔離。為消除信號噪聲，在輸入接口內(nèi)還設(shè)置了多種濾波電路。為便于PLC的信號處理，輸入接口內(nèi)有電平轉(zhuǎn)換及信號鎖存電路。為便于與現(xiàn)場信號的連接，在輸入接口的外部設(shè)有接線端子排。 (1) 數(shù)字量(或開關(guān)量)輸入模板的外部接線方式 匯點(diǎn)式輸入接線方式隔離式輸入接線方式 數(shù)字量輸入模板是將現(xiàn)場送來的開關(guān)信號(如按鈕信號、各種行程開關(guān)信號、繼電器接點(diǎn)的閉合或打開信號等)，經(jīng)光電隔離后，將電平轉(zhuǎn)換成CPU可處理的TTL電平。 直流數(shù)字量輸入模板的接口電路 (2) 數(shù)字量輸入模板

14、的接口電路 a輸入信號處理電路 這部分電路有電阻R1、R2、穩(wěn)壓管V1和電容C1組成。其中電阻R1起三個作用： 限制輸入信號Vi的輸入電流的大??；與V1一起構(gòu)成穩(wěn)壓電路(穩(wěn)壓值在3V)，即可以防止輸入的Vi過壓，又可穩(wěn)定給光電耦合器的驅(qū)動電壓，還可以防止輸入電壓Vi極性接反而擊穿光電耦合器；又與C1一起組成一個RC低通濾波器，以抑制輸入Vi中的高頻干擾。電阻R2是濾波電容C1上電荷的泄放電阻，當(dāng)Vi是一個開關(guān)或接點(diǎn)送來的24V直流電壓時，在開關(guān)或接點(diǎn)打開后，Vi呈開路狀態(tài)，此時C1上的電荷通過R2泄放掉。b光電隔離電路 這部分電路由發(fā)光二極管LED、光電耦合器N、電阻R3和電容C3組成。當(dāng)輸入

15、Vi為24V(或48V)時，穩(wěn)壓管V1兩端穩(wěn)壓值為3V，此電壓使LED發(fā)光，并使光電耦合器的原邊側(cè)點(diǎn)燃(原邊側(cè)發(fā)光二極管導(dǎo)通)，LED的點(diǎn)燃發(fā)光是指示此電路輸入是高電平(即開關(guān)S閉合)；光電耦合器原邊點(diǎn)燃，導(dǎo)致它的付邊側(cè)產(chǎn)生電流，使電阻R3上的電壓近似為5V。該電壓經(jīng)過由R3和C3組成的濾波器(也是為了抑制高頻干擾)，送到下一級數(shù)字信號鎖存器的輸入端。當(dāng)Vi為0時(即開關(guān)S打開)，LED熄滅，指示該電路輸入為低電平，光電耦合器不導(dǎo)通，所以送到下一級鎖存器輸入端的信號為0。 c信號鎖存器 這部分電路常由若干片(取決于該模板上的輸入端口數(shù))8D鎖存器組成。其主要作用有兩個：一個作用是在CPU送來的

16、選通信號控制下，將光電耦合器送來的開關(guān)量信號存入鎖存器；另一個作用是在CPU模板需要讀取端口信號時，按譯碼器確定的端口送出有關(guān)端口的數(shù)據(jù)。d口地址譯碼及控制邏輯 這部分電路由組合信號譯碼器、信號驅(qū)動器及有關(guān)的總線信號組成。它要完成兩項工作：一是產(chǎn)生將端口信號由光電耦合器輸出送入鎖存器的選通信號；二是在CPU模板在讀取端口信號時，按CPU模板給出的地址確定相應(yīng)的鎖存器，并將尋址到的鎖存器中的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上去。交流數(shù)字量輸入模板的接口電路 交流輸入信號經(jīng)過整流橋VD整流后，所得直流信號作為發(fā)光二極管LED和光電耦合器N的工作電壓。電阻R1和電容C1是直流濾波電路。由于交流信號不存在極性問題，故

17、施加到光電耦合器上的直流電壓僅于整流橋的方向有關(guān)。電阻R2是降壓電阻(限制施加到光電耦合器上的電壓幅值)。電阻R3和電容C3是交流輸入信號220V的交流濾波電路，用以濾除其中的高頻或尖峰脈沖干擾信號。4數(shù)字量(開關(guān)量)輸出部件及接口 由PLC產(chǎn)生的各種輸出控制信號經(jīng)輸出接口去控制和驅(qū)動負(fù)載(如指示燈的亮或滅、電動機(jī)的起?；蛘崔D(zhuǎn)、設(shè)備的轉(zhuǎn)動、平移、升降、閥門的開閉等)。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、信號指示燈等。 (1) 數(shù)字量輸出模板的接線方式 匯點(diǎn)式輸出 隔離式輸出 對數(shù)字量輸出接口，其輸出方式分為晶體管輸出型，雙向晶閘管(可控硅)輸出型及繼電器輸出型。晶

18、體管輸出型適用直流負(fù)載或TTL電路，雙向晶閘管(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，只要外接一個與負(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，提高抗干擾能力，在輸出接口內(nèi)也要采用相應(yīng)的隔離措施，如光電隔離和電磁隔離或隔離放大器等措施。 直流數(shù)字量輸出接口模板(晶體管輸出型) 此電路可分為譯碼、控制邏輯、輸出鎖存、光電隔離和輸出驅(qū)動五個部分。其中前四個部分與直流數(shù)字量輸入模板電路非常相似，所不同之處主要有三點(diǎn)：

19、輸出鎖存器輸入和輸出的方向相反；數(shù)據(jù)流向相反；光電耦合器原邊由標(biāo)準(zhǔn)TTL電平驅(qū)動，因此驅(qū)動電路簡單。輸出和輸入模板的最大不同在于輸出驅(qū)動電路，它也是輸出模板的主要部分。 輸出驅(qū)動電路的核心元件是作開關(guān)用的功率管VT(可以是功率三極管，也可以是功率場效應(yīng)管或雙極型功率管)，其主要作用是作電流放大和電平轉(zhuǎn)換。光電耦合器付邊側(cè)提供功率管的基極電流。由于光電耦合器輸出的電流較小，因此增加一級中間前置放大器，同時還作了相位上的調(diào)整作用。在光電耦合器N導(dǎo)通時，功率管VT也飽和導(dǎo)通，發(fā)光二極管點(diǎn)燃發(fā)光，指示此端口輸出高電平。電阻R2是光電耦合器的限流電阻，電阻R3是功率管VT的限流電阻，同時在VT截止時，對

20、其靜態(tài)漏電流起負(fù)反饋?zhàn)饔茫源_保VT的可靠截止。熔斷器FU在輸出短路或過流時熔斷。以保護(hù)VT不被損壞。穩(wěn)壓管V2是防止端子上24V電壓極性接反，同時也可防止24V誤接到高電壓上或交流電源上而損壞。V1和V3是防止當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時，在電感中電流斷開瞬間產(chǎn)生反向高壓而擊穿VT，它們同時也可防止在多路輸出且又共地的情況下產(chǎn)生負(fù)載電流混流現(xiàn)象。 當(dāng)輸出鎖存器輸出為高電平時，光電耦合器驅(qū)動功率管VT，使它飽和導(dǎo)通。VT的集電極電壓(即輸出電壓)近似為24V，負(fù)載所需要的大電流也由VT的集電極提供，當(dāng)鎖存器輸出為低電平時，光電耦合器的付邊側(cè)不輸出電流，VT因沒有基極電流而自動截止，這時負(fù)載上既無電壓，也

21、無電流，即端子上的輸出為0。 晶體管輸出型每個輸出點(diǎn)的最大帶負(fù)載能力為05A，但是因為有溫度上升的限制，每4點(diǎn)輸出總電流不得大于08A(每點(diǎn)平均02A)。 晶體管輸出型的接口，其響應(yīng)速度較快，從光電耦合器動作(或關(guān)斷)到晶體管導(dǎo)通的時間為2ms以下。交流數(shù)字量輸出接口模板(雙向晶閘管或雙向可控硅) 圖中電容C2是作為高頻濾波電容，可抑制高尖峰電壓擊穿KP。串接電阻R2是限制KP由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的瞬間，因電容的高速放電產(chǎn)生過大的di/dt。Rv是壓敏電阻，用它來吸收浪涌電壓，以限制KP兩端電壓始終不超過一定限度。熔斷器FU是作為短路或過電流保護(hù)而設(shè)置的。電阻R1是將光電耦合器付邊側(cè)的電流信號轉(zhuǎn)換成

22、電壓信號，用以驅(qū)動KP的門極。光電耦合器付邊電流如不足以驅(qū)動KP正常導(dǎo)通時，可增加一級電流放大電路。 雙向晶閘管輸出型：每點(diǎn)最大帶負(fù)載能力為0.51A，每4點(diǎn)輸出總電流不得大于1.64A。 雙向晶閘管輸出型的響應(yīng)速度最快，從晶閘管門極驅(qū)動到雙向晶閘管導(dǎo)通的時間為1ms以下。 繼電器輸出接口模板 如果采用輸出繼電器來接通或斷開，作為數(shù)字量的輸出，則更為自由和方便，而且它的適用場合更普遍。因此，在對動作時間和動作頻率要求不高的情況下，常常采用繼電器輸出方式。 圖中光電耦合器N的付邊電流作為三極管VT的基極驅(qū)動電流，從而使VT飽和導(dǎo)通，繼電器K吸合，發(fā)光二極管LED點(diǎn)燃并指示現(xiàn)在輸出是高電平。R1是

23、基極限流電阻，R2是VT基極區(qū)電荷釋放電阻，以加速VT截止。同時，R1與R2組成分壓電路，以免基極過電壓。R3是LED的限流電阻(LED正常點(diǎn)燃時，電流約35mA)。穩(wěn)壓管V1既可防止繼電器線圈過電壓，同時可以抑制VT截止瞬間使繼電器線圈上產(chǎn)生反向高壓，從而保護(hù)VT以免反向擊穿。二極管V2用來防止電源電壓的極性接反。壓敏電阻Rv并接在繼電器的接點(diǎn)上，用來防止接點(diǎn)之間電壓過高，避免接點(diǎn)打開時電感性負(fù)載產(chǎn)生高電壓使接點(diǎn)“粘接”。供電電源必須與繼電器線圈額定工作電壓相同，它只作為輸出模板的負(fù)載的自用電源，而與PLC的輸出能力無關(guān)。PLC的輸出能力是取決于輸出繼電器輸出接點(diǎn)的額定電壓與電流參數(shù)，即繼電

24、器接點(diǎn)閉合時可通過的最大電流和接點(diǎn)打開時可承受的最高電壓。 繼電器輸出型接口在250VAC 以下電路電壓可驅(qū)動的負(fù)載能力為：純電阻負(fù)載為2A/1點(diǎn)；感性負(fù)載為80VA以下(AC100V或AC200V)；燈負(fù)載為100W以下(AC 100V或 AC200V)。 繼電器輸出型接口響應(yīng)時間最慢，從輸出繼電器的線圈得電(或斷電)到輸出接點(diǎn)ON (或OFF)的響應(yīng)時間均為10ms。5模擬量輸入輸出接口模板 模擬量接口模板的模擬輸入信號或模擬輸出信號可以是電壓，也可以是電流。可以是單極性的，如05V、010V、15V、420mA；也可以是雙極性的，如50mV、5V、10V、20mA。 在一些高精度和高抗干

25、擾的PLC控制系統(tǒng)中，模擬量接口模板也需要有光電隔離措施。由于模擬信號的隔離問題遠(yuǎn)比數(shù)字信號隔離困難，因此常在模擬量模板上只配置若干具有隔離措施的端口，以降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。在模擬量接口模板中，一般不能用光電耦合器作隔離，因為它不能保證良好的線性度，所以往往采用成本較高的隔離放大器來實(shí)現(xiàn)隔離作用。在模擬量接口模板中的數(shù)字邏輯部分可以采用光電耦合器來隔離。模擬量輸入接口模板 模擬量輸入接口模板的任務(wù)是把現(xiàn)場中被測的模擬量信號轉(zhuǎn)變成PLC可以處理的數(shù)字量信號。通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬量信號需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要對模擬量信號在進(jìn)入模板前，對模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，把

26、它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號，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，或存入中間寄存器備用。 預(yù)處理部分主要完成信號濾波、電平變換等功能，先把現(xiàn)場的被測模擬量都規(guī)范化后，變成適于A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號，再經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)八中選一，進(jìn)入模板的輸入端。 判斷識別單元的主要任務(wù)是判斷輸入模擬信號的真?zhèn)?，避免由于輸入通道上斷線一類故障而造成輸入偽信號。識別的方法是在正常測量前，由輸入模板向被測試的通道端口反向輸出一個恒值電流，并在端子上形成一個對應(yīng)的定值電壓，將此電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，如果轉(zhuǎn)換結(jié)果不符，則給出顯示標(biāo)志，并不再

27、對此通道進(jìn)行檢測。如果通道接線完好，則判斷識別結(jié)果正常，這時才可以對該通道進(jìn)行正常測量。 A /D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入模板的關(guān)鍵器件，它完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時間一般為10100S，A/D轉(zhuǎn)換器是在控制單元的控制下，完成啟動A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等工作過程。通常，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是以帶符號的二進(jìn)制形式出現(xiàn)。 數(shù)碼轉(zhuǎn)換單元的作用是將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果按運(yùn)算要求進(jìn)行碼制轉(zhuǎn)換，例如轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼或BCD碼。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離，再經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動器，送入中間寄存器。當(dāng)CPU需要讀取本通道輸入信號時，再由中間寄存器取出，經(jīng)總線驅(qū)動后送入數(shù)據(jù)總線。經(jīng)數(shù)據(jù)線驅(qū)動的輸出數(shù)據(jù)也可以不經(jīng)中間寄存器而直接進(jìn)入總線驅(qū)

28、動，供 CPU立即讀取。 控制單元完成模板上各單元的指揮協(xié)調(diào)任務(wù)，它首先根據(jù)CPU送來的地址信號確認(rèn)是否選通本模板，如果確實(shí)是選通本模板，則根據(jù)CPU送來的端口地址，使多路開關(guān)選中相應(yīng)的輸入通道；控制判斷識別單元完成信號真?zhèn)巫R別，當(dāng)確認(rèn)輸入通道正常，信號真實(shí)后，再啟動A/D，對所選通道的輸入信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離器送到中間寄存器或是直接由總線驅(qū)動，輸出到數(shù)據(jù)總線。所以，模板的選通、轉(zhuǎn)換、傳送都是在控制單元的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行的。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)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，用以驅(qū)動執(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

29、一控制回路經(jīng)采樣、計算，得出一個輸出信號。在模擬量輸出模板的控制單元的指揮下，這個輸出信號以數(shù)字量形式由數(shù)據(jù)總線經(jīng)緩沖器存入中間寄存器。這個數(shù)字量再經(jīng)光電耦合器送給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精度和速度。經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，控制信號已變?yōu)槟M量。通常，一個模擬量輸出模板控制多個回路，即模板具有多個輸出通道，經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后的信號要送到哪個通道，由CPU控制多路開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這一選擇。這里的多路選擇開關(guān)與模擬量輸入模板上的多路開關(guān)在使用方向上相反，那里是多中選一，這里是一選多。D/A輸出的信號經(jīng)多路開關(guān)進(jìn)入所選中的通道，此信號由保持器保持，以便在新的輸出信號

30、到來之前，能維持已有的輸出信號不變，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動信號得到保持。保持器的輸出信號經(jīng)功率放大后送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的控制規(guī)律動作。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)是要求電流驅(qū)動的，則在功率放大后還要增加V/I 變換環(huán)節(jié)。 控制單元指揮著模板上的各單元工作，它首先根據(jù)CPU送來的地址信號確認(rèn)是否選中本模板，如果選中了本模板，則先選通緩沖器和中間寄存器，讀入并鎖存數(shù)據(jù)，再啟動D/A芯片完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)CPU送來的通道號，控制多路開關(guān)完成選擇，將D/A輸出的模擬信號送到指定的通道上，進(jìn)行功率放大與變換。 6智能接口 為適應(yīng)和滿足更加復(fù)雜控制功能的需要，PLC生產(chǎn)廠家均生產(chǎn)了各種不同功能的

31、智能接口，這些接口板上一般都有獨(dú)立的微處理器和控制軟件，可以獨(dú)立地工作，以便減少CPU模板的壓力。 在眾多的智能接口中，常見的有滿足位置控制需要的位置閉環(huán)控制接口模塊；有快速PID調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制接口模板；有滿足計數(shù)頻率高達(dá)100KHz甚至上MHz 以上的高數(shù)計數(shù)器接口模板。用戶可根據(jù)控制系統(tǒng)的特殊要求，選擇相應(yīng)的智能接口。 7擴(kuò)展接口 PLC的擴(kuò)展接口現(xiàn)在有兩個含義： 一個是單純的(數(shù)字量或模擬量)擴(kuò)展接口，它是為彌補(bǔ)原系統(tǒng)中口有限而設(shè)置的，用于擴(kuò)展輸入、輸出點(diǎn)數(shù)。 另一個含義是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)工作要求時使用的。這個接口功能是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充CPU模板

32、與原系統(tǒng)CPU模板以及擴(kuò)充CPU模板之間(多個CPU模板擴(kuò)充)的相互控制和信息交換。 8通信接口 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，遵循國際上多種規(guī)范的通信協(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)的通信方式并配置合適的通信接口。 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，也可與其它的PLC或上位計算機(jī)相連，構(gòu)成多機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或多級分布式控制系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)管理與控制相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。 9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)

33、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。 簡易編程器 智能編程器 用PC機(jī)作編程器 簡易編程器 簡易編程器一般由簡易鍵盤、發(fā)光二極管陣列或液晶顯示器(LCD)等組成。它的體積小，價格便宜，可以直接插在PLC的編程器插座上，或者用電纜與PLC相連。它不能直接輸入和編輯梯形圖程序，只能通過聯(lián)機(jī)編程的方式，將用戶的梯形圖語言程序轉(zhuǎn)化成機(jī)器語言的助記符(指令語句表)的形式，再用鍵盤將指令語句表程序一條一條的寫入到PLC的存儲器中。當(dāng)用戶程序已正確輸入到PLC中后，可將編程器的工作方式選擇為運(yùn)行狀態(tài)(RUM)或監(jiān)控狀態(tài)(MONITER)，也可將簡易編程器從主機(jī)上拿下來，這樣在PLC送電后

34、，直接進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。 智能編程器 智能編程器又稱圖形編程器，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。圖形編程器可分為液晶顯示的圖形編程器和用CRT作顯示器的圖形編程器。 液晶顯示的圖形編程器一般是手持式的，它有一個大型的點(diǎn)陣式液晶顯示屏，可以顯示梯形圖或指令語句表程序，它一般還能提供盒式磁帶錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。 用CRT作顯示器的圖形編程器是一種臺式編程器，它實(shí)際上是一臺專用計算機(jī)，它的顯示屏一般比液晶顯示的要大得多，功能也強(qiáng)得多，使用起來很方便。 用CRT作顯示器的編程器既可聯(lián)機(jī)在線編程，也可以離線編程，并將用戶程序儲存在編程器自己的存儲器中。它既

35、可以用梯形圖編程，也可用助記符編程(有的也可以用高級語言編程)，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)動器接口，有的編程器本身就帶有磁盤驅(qū)動器。它還有打印機(jī)接口，能快速清楚地打印梯形圖，包括圖中的英文注釋，也可以打印出指令語句表程序清單和編程元件表等。這些文件對程序的調(diào)試和維修是非常有用的。 智能編程器體積大、成本高，適用于在實(shí)驗室或大型PLC控制系統(tǒng)中，對應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)和研制。用PC機(jī)作編程器 由PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的專用編程器使用范圍有限，價格一般也較高。在個人計算機(jī)不斷更新?lián)Q代的今天，出現(xiàn)了使用以個人計算

36、機(jī)(IBM PC/AT 及其兼容機(jī))為基礎(chǔ)的編程系統(tǒng)。PLC的生產(chǎn)廠家可能把工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的個人計算機(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，而個人計算機(jī)則由用戶自己選擇。由PLC生產(chǎn)廠家提供的個人計算機(jī)作了改裝，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場相當(dāng)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)動器，以防止外部贓物進(jìn)入計算機(jī)，使敏感的電子元件失效。這樣，被改裝的PC機(jī)就可以工作在較高的溫度和濕度條件下，能夠在類似于PLC的運(yùn)行環(huán)境中長期可靠的工作。 這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是使用了價格較便宜的、功能很強(qiáng)的通用的個人計算機(jī)，有的用戶還可以使用現(xiàn)有的個人計算機(jī)，因此，以用最少的投資獲取高性能

37、的PLC 程序開發(fā)系統(tǒng)。對于不同廠家和型號的PLC，只需要更換編程軟件即可。這種系統(tǒng)的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以使用一臺個人計算機(jī)為所有的工業(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。個人計算機(jī)的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)的軟件一般包括以下幾個部分： 編程軟件 這是最基本的軟件，它允許用戶生成、編輯、儲存和打印梯形圖程序和其它形式的程序。 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接點(diǎn)和線圈加上英文注釋，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。 數(shù)據(jù)采集和分析軟件 在工業(yè)控制計算機(jī)中，這一部

38、分軟件功能已相當(dāng)普遍。個人計算機(jī)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)計圖或扇形統(tǒng)計圖的形式顯示在CRT上，這種分析處理過程是非常快的，幾乎是實(shí)時的。 實(shí)時操作員接口軟件 這一類軟件對個人計算機(jī)提供實(shí)時操作的人機(jī)接口裝置個人計算機(jī)，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)生的各種報警信息。操作員可以通過操作員接口鍵盤(有時也可能直接用個人計算機(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。 仿真軟件 它允許工業(yè)控制計算機(jī)對工廠生產(chǎn)過程做系統(tǒng)仿真，過去這一功能只有大型計算機(jī)系統(tǒng)才有。它可以對現(xiàn)有的系統(tǒng)有效地檢測、分析和調(diào)試，

39、也允許系統(tǒng)的設(shè)計者在實(shí)際系統(tǒng)建立之前，反復(fù)地對系統(tǒng)仿真，用這個方法，及時發(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、安裝和調(diào)試的總工期，避免不必要的浪費(fèi)和因設(shè)計不當(dāng)造成的損失。10電源 PLC的外部工作電源一般為單相85260V 50/60Hz交流電源，也有采用2426V直流 電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時提供24V直流電源，供直流輸入使用。PLC對其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許15 左右。 對于在PLC的輸出端子上接的負(fù)載所需的負(fù)載工作電源，必須由用戶提供。 PLC的內(nèi)部電源系統(tǒng)一般有三類：一類是供PLC中的TTL芯片和集成運(yùn)算放大器使用 的基本電源(5

40、V和15V直流電源)；第二類電源是供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；第三類電源是鋰電池及其充電電源?？紤]到系統(tǒng)的可靠性及光電隔離器的使用，不同類電源具有不同的地線。此外，根據(jù)PLC的規(guī)模及所允許擴(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。11總線 總線是溝通PLC中各個功能模板的信息通道，它的含義并不單是各個模板插腳之間的連線，還包括驅(qū)動總線的驅(qū)動器及其保證總線正常工作的控制邏輯電路。 對于一種型號的PLC而言，總線上各個插腳都有特定的功能和含義，但對不同型號的PLC而言，總線上各個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))。 總線上的數(shù)據(jù)都是以并行方式傳送的

41、，傳送的速度和驅(qū)動能力隨CPU模板上的驅(qū)動器不同而異。12PLC的外部設(shè)備 人機(jī)接口裝置 外存儲器打印機(jī) EPROM寫入器 人機(jī)接口裝置 人機(jī)接口又叫操作員接口，用于實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話和相互作用。 人機(jī)接口最簡單、最基本和最普遍的形式是由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED數(shù)字顯示器和聲光報警等元件組成。它們用來指示PLC的系統(tǒng)狀態(tài)及各種信息，通過合理的程序設(shè)計，PLC控制系統(tǒng)可以接收并執(zhí)行操作員的命令。小型PLC一般采用這種人機(jī)接口。 在大中型PLC控制系統(tǒng)中，常用帶有智能型的人機(jī)接口，可長期安裝在操作臺和控制柜的面板上，也可放在主控制室里，使用彩色的或單

42、色的CRT顯示器，有自己的微處理器和存儲器。它通過通信接口與PLC相連，以接收和顯示外部的信息，并能與操作人員快速地交換信息。外存儲器 PLC的CPU模板內(nèi)的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存，可用來存放系統(tǒng)程序和用戶程序。有時將用戶程序存儲在盒式磁帶機(jī)的磁帶或磁盤驅(qū)動器的磁盤中，作為程序備份或改變生產(chǎn)工藝流程時調(diào)用。磁帶和磁盤稱為外存，如果PLC內(nèi)存中的用戶程序被破壞或丟失，可再次將存儲在外存中的程序重新裝入。在可以離線開發(fā)用戶程序的編程器中，外存特別有用，被開發(fā)的用戶程序一般存儲在磁帶或磁盤中。打印機(jī) 打印機(jī)在用戶程序編制階段用來打印帶注解的梯形圖程序或指令語句表程序，這些程序?qū)τ脩舻木S修及系統(tǒng)的改造或

43、擴(kuò)展是非常有價值的。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，例如用于記錄系統(tǒng)運(yùn)行過程中報警的時間和類型。這對于分析事故原因和系統(tǒng)改進(jìn)是非常重要的。在日常管理中，打印機(jī)可以定時或非定時打印各種生產(chǎn)報表。 EPROM寫入器 EPROM寫入器用于將用戶程序?qū)懭氲紼PROM中去。它提供了一個非易失性的用戶程序的保存方法。同一PLC系統(tǒng)的各種不同應(yīng)用場合的用戶程序可以分別寫入到幾片EPROM中，在改變系統(tǒng)的工作方式時，只需要更換EPROM芯片即可。2.2 可編程控制器的軟件及編程語言可編程控制器的軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 一、系統(tǒng)軟件 可編程控制器的系統(tǒng)軟件就是PLC的系統(tǒng)

44、監(jiān)控程序，也有人稱之為可編程控制器的操作系統(tǒng)。它是每臺可編程控制器都必須包括的部分，是由PLC的制造廠家編制的，用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行，一般來說，系統(tǒng)軟件對用戶是不透明的。 1系統(tǒng)管理程序 2用戶指令解釋程序 3標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)監(jiān)控程序通?？煞譃槿齻€部分：1系統(tǒng)管理程序 系統(tǒng)管理程序是監(jiān)控程序中最重要的部分，它要完成如下任務(wù)： 負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，控制可編程控制器何時輸入、何時輸出、何時運(yùn)算、何時自檢、何時通信等，進(jìn)行時間上的分配管理。 負(fù)責(zé)存儲空間的管理，即生成用戶環(huán)境，由它規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式，以及物理存放地址。它

45、將有限的資源變?yōu)橛脩艨芍苯邮褂玫暮芊奖愕木幊淘?。例如，它將有限個數(shù)的CTC擴(kuò)展為幾十個、上百個用戶時鐘(定時器)和計數(shù)器。通過這部分程序，用戶看到的就不是實(shí)際機(jī)器存儲地址和PIO、CTC的地址，而是按照用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排列的元件空間和程序存儲空間。 負(fù)責(zé)系統(tǒng)自檢，包括系統(tǒng)出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運(yùn)行等。 有了系統(tǒng)管理程序，整個可編程控制器就能在其管理控制下，有條不紊的進(jìn)行各種工作。 2用戶指令解釋程序 任何一臺計算機(jī)，無論應(yīng)用何種語言，最終只能執(zhí)行機(jī)器語言，而用機(jī)器語言編程無疑是一件枯燥，麻煩且令人生畏的工作。為此，在可編程控制器中采用梯形圖語言編程，再通過用戶指令解釋程序

46、，將梯形圖語言一條條地翻譯成一串串的機(jī)器語言。這樣，因為PLC在執(zhí)行指令的過程中需要逐條予以解釋，所以降低了程序的執(zhí)行速度。是由于PLC所控制的對象多數(shù)是機(jī)電控制設(shè)備，這些滯后的時間 (一般是s或ms級的)完全可以忽略不計。尤其是當(dāng)前PLC的主頻越來越高，這種時間上的延遲將越來越少。 3標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 這部分是由許多獨(dú)立的程序塊組成的；各自能完成不同的功能，如輸入、輸出、運(yùn)算或特殊運(yùn)算等。可編程控制器的各種具體工作都是由這部分程序完成的，這部分程序的多少，就決定了可編程控制器性能的強(qiáng)弱。 整個系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個整體，它質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了可編程控制器的性能。如果能夠改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)

47、控程序，就可以在不增加任何硬設(shè)備的條件下，大大改善可編程控制器的性能。二、應(yīng)用軟件 1梯形圖（LAD）2指令語句表（STL）3邏輯功能圖（FBD） 4順序功能圖 (SFC) 5高級語言 可編程控制器的應(yīng)用軟件是指用戶根據(jù)自己的控制要求編寫的用戶程序。由于可編程控制器的應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，它的主要用戶是電氣技術(shù)人員，所以其編程語言，與通用的計算機(jī)相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言，又不同于匯編語言，它要滿足易于編寫和易于調(diào)試的要求，還要考慮現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的接受水平和應(yīng)用習(xí)慣。因此，可編程控制器通常使用梯形圖語言，又叫繼電器語言，更有人稱之為電工語言。另外，為滿足各種不同形式的編程需要，根

48、據(jù)不同的編程器和支持軟件，還可以采用指令語句表、邏輯功能圖、順序功能圖、流程圖以及高級語言進(jìn)行編程。1梯形圖 梯形圖是一種圖形編程語言，是面向控制過程的一種“自然語言”，它沿用繼電器的觸點(diǎn)（觸點(diǎn)在梯形圖中又常稱為接點(diǎn)）、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，同時也增加了一些繼電器接觸器控制系統(tǒng)中沒有的特殊功能符號。梯形圖語言比較形象、直觀，對于熟悉繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，很容易被接受，且不需要學(xué)習(xí)專門的計算機(jī)知識，因此，在PLC應(yīng)用中，是使用的最基本、最普遍的編程語言。但這種編程方式只能用圖形編程器直接編程。PLC的梯形圖雖然是從繼電器控制線路圖發(fā)展而來的，但與其又有一些本質(zhì)的區(qū)別： (1)

49、 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，例如：輸入繼電器、輸出繼電器、保持繼電器、中間繼電器等。但是，這些繼電器并不是真實(shí)的物理繼電器，而是“軟繼電器”。這些繼電器中的每一個，都與PLC用戶程序存儲器中的數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的元件映像寄存器的一個具體基本單元相對應(yīng)。如果某個基本單元為“1”狀態(tài)，則表示與這個基本單元相對應(yīng)的那個繼電器的“線圈得電”。反之，如果某個基本單元為“0”狀態(tài)，則表示與這個基本單元相對應(yīng)的那個繼電器的“線圈斷電”。這樣，就能根據(jù)數(shù)據(jù)存儲區(qū)中某個基本單元的狀態(tài)是“1”還是“0”，判斷與之對應(yīng)的那個繼電器的線圈是否“得電”。 (2) PLC梯形圖中仍然保留了常開接點(diǎn)和常閉

50、接點(diǎn)的名稱，這些接點(diǎn)的接通或斷開，取決于其線圈是否得電(這對于熟悉繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，是最基本的概念)。在梯形圖中，當(dāng)程序掃描到某個繼電器接點(diǎn)時，就去檢查其線圈是否“得電”，即去檢查與之對應(yīng)的那個基本單元的狀態(tài)是“1”還是“0”。如果該接點(diǎn)是常開接點(diǎn)，就取它的原狀態(tài)；如果該接點(diǎn)是常閉接點(diǎn)，就取它的反狀態(tài)。例如：如果對應(yīng)輸出繼電器Q4.0的基本單元中的狀態(tài)是“1”(表示線圈得電)，當(dāng)程序掃描到Q4.0的常開接點(diǎn)時，就取它的原狀態(tài)“1”(表示常開接點(diǎn)接通)，當(dāng)程序掃描到Q4.0的常閉接點(diǎn)時，就取它的反狀態(tài)“0”(表示常閉接點(diǎn)斷開)。反之亦然。 (3) PLC梯形圖中的各種繼電器接點(diǎn)的

51、串并聯(lián)連接，實(shí)質(zhì)上是將對應(yīng)這些基本單元的狀態(tài)依次取出來，進(jìn)行“邏輯與”、“邏輯或”等邏輯運(yùn)算。而計算機(jī)對進(jìn)行這些邏輯運(yùn)算的次數(shù)是沒有限制的，因此，可在編制程序時無限次使用各種繼電器的接點(diǎn)，且可根據(jù)需要采用常開(動合)或常閉(動斷)的形式。注意，在梯形圖程序中同一個繼電器號的線圈一般只能使用一次。 (4) 在繼電器控制線路圖中，左、右兩側(cè)的母線為電源線，在電源線中間的各個支路上都加有電壓，當(dāng)某個或某些支路滿足接通條件時，就會有電流流過接點(diǎn)和線圈。而在PLC梯形圖，左側(cè)(或兩側(cè))的垂線為邏輯母線，每一個支路均從邏輯母線開始，到線圈或其它輸出功能結(jié)束。在梯形圖中，其邏輯母線上不加什么電源，元件和連線

52、之間也并不存在電流，但它確實(shí)在傳遞信息。為形象化起見，可以認(rèn)為在梯形圖中有信息流或假想電流在流通，即在梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念電流”，是用戶程序表達(dá)方式中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表達(dá)方式，“概念電流”只能從左向右流動。(5) 在繼電器控制線路圖中，各個并聯(lián)電路是同時加電壓，并行工作的，由于實(shí)際元件動作的機(jī)械慣性，可能會發(fā)生接點(diǎn)競爭現(xiàn)象。在梯形圖中，各個編程元件的動作順序是按掃描順序依次執(zhí)行的，或者說是按串行的方式工作的，在執(zhí)行梯形圖程序時，是自上而下，從左到右，串行掃描，不會發(fā)生接點(diǎn)競爭現(xiàn)象。 表面上看起來完全一樣的繼電器控制線路圖與梯形圖，它們產(chǎn)生的效果可能不完全一樣，甚至某

53、些作用完全相反。 兩組結(jié)構(gòu)上完全一樣的繼電器控制線路圖與梯形圖，控制目的都是為了實(shí)現(xiàn)“當(dāng)S1動作后S2動作，使C自保持，使A復(fù)位”的功能。 在左圖中，當(dāng)S1動作后，A得電并自保持，且為C接通、自保持創(chuàng)造了條件。接著S2動作，使B得電，B的常閉點(diǎn)先切斷A，結(jié)果使A復(fù)位的目的實(shí)現(xiàn)了，但使C總不能得電，更不用說自保持了。在右圖梯形圖中，當(dāng)S1動作后， A“得電”并自保持，在S2動作后，B“得電”。所以，在當(dāng)前掃描周期內(nèi)，當(dāng)程序掃描到下面的A、B常開點(diǎn)時，因其線圈此時均已“得電”，它們均處于接通狀態(tài)。這樣，C能“得電”且自保持。待到下個掃描周期時，A被復(fù)位。達(dá)到了控制目的。 在左圖中，當(dāng)S1、S2相繼

54、動作后，由于B1、B2的動作慣性，使A在C得電且自保持后被復(fù)位。達(dá)到了控制目的。在右圖梯形圖中，在S2未動作時，B、B1、B2均“斷電”。在S1動作后，A“得電”自保持，待掃描到C時，C不能“得電”。即使S1動作后S2馬上動作，順序掃描又會使A復(fù)位。結(jié)果，C仍不能“得電”。 (6) PLC梯形圖中的輸出線圈只對應(yīng)存儲器中的輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能用該編程元件(如中間繼電器的線圈、定時器、計數(shù)器等)直接驅(qū)動現(xiàn)場機(jī)構(gòu)，必須通過指定的輸出繼電器，經(jīng)接口上對應(yīng)的輸出單元(或輸出端子)才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 梯形圖的特點(diǎn)：(1) PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器的名稱。(2) PLC梯形圖中仍然

55、保留了常開接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)的名稱。 （3）可在編制程序時無限次使用各種繼電器的接點(diǎn)，且可根據(jù)需要采用常開(動合)或常閉(動斷)的形式 （4）在梯形圖中有信息流或假想電流在流通，即在梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念電流” （5）在梯形圖中，各個編程元件的動作順序是按掃描順序依次執(zhí)行的，或者說是按串行的方式工作的，在執(zhí)行梯形圖程序時，是自上而下，從左到右，串行掃描，不會發(fā)生接點(diǎn)競爭現(xiàn)象。（6）PLC梯形圖中的輸出線圈只對應(yīng)存儲器中的輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能用該編程元件(如中間繼電器的線圈、定時器、計數(shù)器等)直接驅(qū)動現(xiàn)場機(jī)構(gòu)，必須通過指定的輸出繼電器，經(jīng)接口上對應(yīng)的輸出單元(或輸出端子)才能

56、驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2指令語句表 指令語句就是用助記符來表達(dá)PLC的各種功能。它類似于計算機(jī)的匯編語言，但比匯編語言通俗易懂，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語言。這種編程語言可使用簡易編程器編程，尤其是在未能配置圖形編程器時，就只能將已編好的梯形圖程序轉(zhuǎn)換成指令語句表的形式，再通過簡易編程器將用戶程序逐條地輸入到PLC的存儲器中進(jìn)行編程。通常每條指令由地址、操作碼（指令）和操作數(shù)(數(shù)據(jù)或器件編號)三部分組成。編程設(shè)備簡單，邏輯緊湊、系統(tǒng)化，連接范圍不受限制，但比較抽象，一般與梯形圖語言配合使用，互為補(bǔ)充。目前，大多數(shù)PLC都有指令語句編程功能。3邏輯功能圖 這是一種由邏輯功能符號組成的功能塊來表達(dá)

57、命令的圖形語言，這種編程語言基本上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯方塊圖。對每一種功能都使用一個運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號確定。常用“與”、“或”、“非”等邏輯功能表達(dá)控制邏輯。和功能方塊有關(guān)的輸入畫在方塊的左邊，輸出畫在方塊的右邊。采用這種編程語言，不僅能簡單明確的表現(xiàn)邏輯功能，還能通過對各種功能塊的組合，實(shí)現(xiàn)加法、乘法、比較等高級功能，所以，它也是一種功能較強(qiáng)的圖形編程語言。對于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的人來說，是非常方便的。 為實(shí)現(xiàn)三相異步電動機(jī)起停控制的三種編程語言的表達(dá)方式 4順序功能圖 (SFC) 順序功能圖編程方式采用畫工藝流程圖的方法編程，只要在每一個工藝方框的輸入和輸

58、出端，標(biāo)上特定的符號即可。對于在工廠中搞工藝設(shè)計的人來說，用這種方法編程，不需要很多的電氣知識，非常方便。 5高級語言 在一些大型PLC中，為了完成一些較為復(fù)雜的控制，采用功能很強(qiáng)的微處理器和大容量存儲器，將邏輯控制、模擬控制、數(shù)值計算與通信功能結(jié)合在一起，配備BASIC、PASCAL、C等計算機(jī)語言，從而可象使用通用計算機(jī)那樣進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程，使PLC具有更強(qiáng)的功能。 2.3 可編程控制器的基本工作原理 可編程控制器是一種專用的工業(yè)控制計算機(jī)，因此，其工作原理是建立在計算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上。但為了可靠地應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境下，便于現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的使用和維護(hù)，它有著大量的接口器件，特定的監(jiān)控

59、軟件，專用的編程器件。所以，不但其外觀不象計算機(jī)，它的操作使用方法、編程語言及工作過程與計算機(jī)控制系統(tǒng)也是有區(qū)別的。 一、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三部分，即輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分。輸入部分就是采集輸入信號，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部件。1輸入部分 輸入部分由外部輸入電路、PLC輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經(jīng)PLC輸入接線端子去驅(qū)動輸入繼電器的線圈。每個輸入端子與其相同編號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，對應(yīng)的輸入繼電器線圈“得電”(注意：這個輸入繼電器是PLC內(nèi)部的“軟繼電器”，就是在前面介紹過的

60、存儲器基本單元中的某一位，它可以提供任意多個常開接點(diǎn)或常閉接點(diǎn)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)的基本單元中去，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(其帶載能力有限)，也可由PLC外部的獨(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是由來自現(xiàn)場的輸入元件(如控制按鈕、行程開關(guān)的接點(diǎn)、晶體管的基極發(fā)射極電壓、各種檢測及保護(hù)器件的接點(diǎn)或動作信號等)的驅(qū)動，而不能用編程的方式去控制。因此，在梯形圖程序中，只能使用輸入繼電器的接點(diǎn)，不能使用輸入繼電器的線圈。2內(nèi)部控制電路 所謂內(nèi)