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2023年3月17日

可編程控制器簡介,PLC的程序編制

可編程控制器簡介

可編程控制器是采用微機技術的通用工業自動化裝置，近幾年來，在國內已得到迅速推廣普及。正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統的技術改造、發展新型工業具有重大的實際意義。
可編程控制器是60年代末在美國首先出現的，當時叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據實際應用對象，將控制內容寫入控制器的用戶程序內，控制器和被控對象連接也很方便。
隨著半導體技術，尤其是微處理器和微型計算機技術的發展，到70年代中期以后，已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路都采用了中、大規模甚至超大規模的含有集成電路，這時的已不再是僅有邏輯判斷功能，還同時具有數據處理、調節和數據通信功能。
可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據用戶的訂貨要求專門設計控制器，適合批量生產。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業控制界的歡迎，并得到迅速的發展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。
可編程序控制器，英文稱Programmable Controller,簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（personal computer）混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈方便地將PLC應用于生產實踐。
一、PLC的結構及各部分的作用
PLC的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入、輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統結構如下圖所示：
1、主機
主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監控輸入、輸出接口狀態、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定，用戶不能更改，另一類是用戶程序及數據存儲器主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。
2、輸入/輸出（I/O）接口
I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號，輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。
3、電源
圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。
4、編程器
編程器是PLC的一種主要的外部設備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監示PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監控。
5、輸入/輸出擴展單元
I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。
6、外部設備接口
此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀器等外部設備與主機相聯，以完成相應的操作。
二、PLC的工作原理
PLC是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作。即在PLC運行時，CPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。
PLC的掃描一個周期必經輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。
PLC的輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執行階段。
PLC在程序執行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，經相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態寄存器中，輸出狀態寄存器中所有的內容隨著程序的執行而改變。
輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態寄存器的通斷狀態在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。
三、PLC的程序編制
1、編程元件
PLC是采用軟件編制程序來實現控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數個動合和動斷觸點，編程元件是指輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能繼電器等。
PLC內部這些繼電器的作用和繼電接觸控制系統中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態為“1”時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開，所以，內部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。
2、編程語言
所謂程序編制，就是用戶根據控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯合使用。
1）梯開圖（語言）
梯形圖是一種從繼電器接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯等術語和符號，根據控制要求聯接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。
梯形圖中常用圖形符號分別表示PLC編程元件的動斷和動合接點，用 ( ) 表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數加以區別。
梯形圖的設計應注意到以下三點：
1、梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯接，最后是線圈與右母線相聯。
2、梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”，只是用來形象地描述用戶程序執行中應滿足線圈接通的條件。
3、輸入繼電器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現輸入繼電器的觸點，而不出現其線圈，輸出繼電器則輸出程序執行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現。輸出繼電器的觸點也可供內部編程使用。
2）指令語句表
指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部組成。