可编程序控制器(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)简称PLC即统称可编程序控制器。PLC是一种以数字计算机为基础的通用型工业控制装置。它具有适用于各类控制所必需的高可靠性、配置扩充的灵活性。工程技术人员所欢迎它具有简单易学、使用维修方便等特点；从60年代末第一台PLC诞生至今不过40多年．其发展速度之快、品种之多、渗透领域之广，实令人惊叹；这是因为一方面它受惠于先进的计算机技术，特别是微型机和单片机技术；另一方面是PLC的设计者们具有明智的与应用紧密结合的设计思想。目前，PLC发展的势头有增无减。在我国．现已进入PLC应用的黄金时期。可编程序控制器由软、硬件组成1．l 硬件结构 可编程序控制器是一种通用型控制计算机，它具有数字计算机的主要部件：中央处理器(CPU)、存贮器、输人／输出(I/O接口、编程器和电源等。图9．4．1是PLC的硬件结构框图1．2 各部件的功能及特点1．2．1 中央处理嚣(CPU) 它是PLC的核心部件。小型PLC的CPU是八位字长的微处理器；中型以上PLC的CPU常有两个处理器：字处理器和位处理器，字处理器是主处理器，其主要功能是管理或协调PLC中的位处理器、输入／输出接口、编程器及内部控制器等环节，并对这些环节进行诊断。它通常是八位或十六位单片机。位处理器又称从处理器，它的主要功能有两个：一是快速处理位指令，以减轻主处理器的负担。二是把面向用户的语言(逻辑梯形图及控制流程图等)变换成机器码。位处理器通常是能高速完成布尔运算的专用芯片。 图9，4．l PLC的硬件结构框图1．2．2 存贮器 PLC中的存贮器包括存放系统软件(操作系统等)的EPROM系统软件运行所必须的RAM和存放用户应用程序的EPROM或E²PROM等。对于由单片机组成的字处理器，其本身就有一定量的随机存贮器和可扩充的存贮器。扩充存贮器是PLC中的主要存贮器。八位机的存贮器可扩充到64K字节(Byet)。在PLC中，常把CPU和存贮器设计在一块模板上,此模扳称为CPU模板。l．2．3 输入／输出(I/O)接口 它是PLC与被控对象联系的部件。PLC的主要特点之一是具有功能强的输入／输出接口。它包括开关量l／O口、脉冲量I／O口、模拟量l/O口、通讯口(串行口和并行口)及各种专用接口(位置、温度等闭环调节控制接口)等。输入／输出接口通常做成各类模板,每种模板由一定数量输入／输出通道组成。如：有8路开关量或16路开关量通道组成的输入／输出模板；有8路双端输入或16路单端输入的模拟量输入模板等，用户可根据实际需要合理地选择和配置。这种能适应各种控制要求的高度灵活性是PLC输入／输出接口的一个特点。它的另一特点是各输入／输出通道采用隔离技术，使PLC与现场隔离，以提高其抗干扰能力。图9，4，2为PLC中常用的几种开关量辅入／输出通道电路图。图9．4，3为PLC常用的模拟量输入／输出通道电路图。1．2．4编程器它是编程人员与PLC对话的工具，其主要功能是：(l)编写、输入和调试用户的应用程序。(2)对PLC的运行工况、状态等进行监视。(3)与打印机及各类显示器接口，输出各种信息。 图9，4，2(a)为模拟量输入 (b)为摸拟量输出图9．4．3 PLC中常用的模拟量I／0通道电路图 编程器可分两大类：简易型编程器和通用型编程器(高级编程器)。简易型编程器由一组功能输人键和显示器等组成。显示器通常为发光二极管、液晶或荧光管等数码管，编程时遵照一定法则按功能键，显示器亮出对应的指令和参数。输入的程序、参数等信号经编程器送到中央处理器或寄存器。CPU对输入的信号语句进行编译，并作语法及数字检查和校核：作出“正确被接受”和“错误被拒绝”的结论．并显示此结果。图9．4．4为两种不同型号PLC的简易型编程器的面板图。 简易型编程器具有简单、易学．便于携带的特点。但是，编译和校核等工作均由中央处理器完成，故加重了后者的负担，还增加了存贮器的容量。因此对功能键的数量和显示的内容要进行限制，但这又影响了它的应用。所以，简易型编程器只适宜在小规模的PLC控制系统中应用。 通用型编程器是应用计算机终端设备(CRT)，用汇编语言和高级语言进行编程和修改程序等工作．通用型编程器除有一组功能齐全的键盘及显示屏幕外，还有独立的处理器、存贮器和通讯接口。从键盘辅入的程序或命令等信息，先在编程器里预处理，再输到其存贮器或送往PLC。操作人员从屏幕显示器上获得各种必要的参数、符号、状态信号、程序流程图、逻辑梯形图及程序文本等等．从而能全面掌握系统的运行过程。这类编程器的优点是高效．能较好地满足大中型控制系统的需要。但其价格昂贵．设备的投资大：目前各PLC 制造厂都推出了与自己的PLC产品相适应的通用型编程器及软件。 另一种通用型编程器是借用个人计算机．即用个人计算机作编程器。这对于已有这类汁算机的用户无疑是一种既节省开支又充分利用已有资源的好办法，受到用户的欢迎。为此，PLC的生产厂提供了专用的软件。如美国的西屋公司用IBM－PC机为该公司的NUMA-LOGIC型PLC-700系列可编程序控制器作编程器。 目前．国内大多是引进生产PLC，也有一些自行设计的PLC产品．但功能和数量离国际水准尚有较大距离。表9．4．1列出国内引进生产或销售的部分PLC产品的主要拄术指标。 产品生产公司PLC型号存储器容量指令执行开关量I/O模拟量I/O美国GOULIM84M584M8840.5163.5≤27≤2≤10642048256有美国西屋PC-1100PC-900PC-7003.628≤20≤20≤20128256512有日本OMRONC20HC28HC40H222≤2.25≤2.25≤2.25202840无日本三菱电机F-20F-40F-600.320.91≤50≤40≤1204080120无 编程器面板编程器面板 产品生产公司型号存储器容量指令执行时间开关量点数模拟量日本光洋RS-10RS-20RS-212410≤40≤40≤1096112168无有有美国GESERIES-I SERIES-Ⅲ1．74<20<7112400无有日本日本E型EM型1．919≤5≤5128160无有德国西门子S5-100S5-102S5-1034840≤70≤7≤1。6128256256有有有2 可编程序控制器的软件2．1 可编程序控制器的工作过程 可编程序控制器是一种实时控制计算机。其工作过程实质上是循环的扫描过程。图9．4．5是由PLC基本工作内容组成的循环扫描流程框图。它包括自诊断、与编程器进行信息交换、与位处理器进行信息交换(在双处理器中)、与通讯网络进行信息交换(在联网系统中)、用户程序的处理(按实时控制的策略对各种信息进行计算、判断等处理)、I/O接口的服务(把用户程序的处理结果通过)I/O接口实现对被控对象的控制)等。 图9．4．5 PLC的循环扫描流程框图 PLC扫描流程中每个环节均含有丰富的内容。自诊断包含对各主要硬件的功能或性能的诊断；与编程器间的信息交换包括编程时的程序写入、判断和修改，调试时的监视，改进和参数的变更；在网络通讯中的信息交换有PLC之间，PLC与外部设备之问，PLC与其他计算机之间的通讯。 PLC所以能有序地循环扫描，并使各部分硬件周而复始有条不紊工作，靠的是软件的支持，是软件使PLC富有“活力”和“生机”去完成各种控制任务。2．2软件的组成PLC的软件分两大类：系统软件和应用软件。2．2．1系统软件 系统软件是使PLC有节奏地完成循环扫描过程中各环节内容的软件。它是软件的基础。由于PLC是实时处理系统，所以系统软件的基本部分是操作系统。它是统一管理PLC的各种资源，协调各部分之间的关系．使整个系统能最大限度发挥其效率，并为用户所应用的软件(程序)。操作系统的主要功能：(1)CPU中主、从处理器间的协调：(2)存贮器的调度、分配、登记和管理；(3)I／O接口的管理，使之能更好地与现场相联系；(4)在各环节间进行信息交换过程中的通讯管理；(5)控制过程中各程序的调用、实时中断的响应和处理；(6)对用户程序的解释、处理和执行 操作系统也是一种程序，它通常存放在PLC的CPU模板的存贮器内。这些存贮区用户是不允许介入的(用户不可访问区)。它包括操作系统的程序区和数据区。 系统软件是由PLC生产厂家完成．并驻留在规定的存贮区内，与硬件一起作为完整的PLC产品出售。对一般的用户不必顾及它，也不要求掌握它。但它确确实实存在着，只要PLC工作，它就勤奋地投入服务。2．2．2应用软件 它是为完成一个特定控制任务而编写的程序，通常由用户根据任务的内容，按照PLC生产厂所提供的话言和所规定的法则编写而成。 对干PLC的用户来说．编写、修改、调试和运行应用程序是最主要的工作。未完见续2．3应用程序的编写2．3．1 PLC的语言 面向生产、面向用户是开发PLC的准则和PLC的优势所在，也是PLC能迅速发展和推广的奥秘之处。PIC的设计者针对其广大的用户是从事控制工程的技术人员这一特点，把按逻辑梯形图进行编程的简易助记符作为第一语言。这种语言是由一组含义明确、功能强、简单、易学易记的指争组成。虽然各种PLC都有一套与之相适应的指令助记符，但这不会给用户带来太多的麻烦，2．3．1．1 PLC的指令PLC的指令包括以下几大类。（1）逻辑运算类：进行基本逻辑运算(逻辑“与”、“或”、“非”、触发器等)和组台逻辑运算(“与"逻辑后再“或”逻辑或“或”逻辑后的“与”逻辑等)。图9．4．6表示两种不同逻辑的梯形图表示方法及其对应的指令(用CE-I型指令)。 (a)“与“逻辑(b)“或”逻辑(c)先“与”后“或”逻辑圈9．4．6梯形图及对应指令实例（2）数据传送类：完成各类数据的各种传送。有四位数、一个字节、成批数据的传送，也有左移右移的传送等；详见表9．4．2中的有关传送指令。(3)数据运算类：完成不同精度要求的加、碱、乘、除和比较(大于、小于或等于)等运算。详见表9．4，2。（4）控制类：用来拄制程序执行的顺序。如：子程序的调用及返回、块转移等。(5)其他类：包括各种代码的变换指令和一些特殊指令。如：二进制数变换成BCD码；故障诊断指令等。 表9．4 3列出只适用于SR一21型PLC的指令表。 表9．4．3适用于SR-21型PLC指令表 指令定义占存储器字数执行时间(F50)DATASTORE．把一个二进制或BCD数值装入累加器．该数值可以是一个四位常数或指定的两个字节号的内容2不动作动作6．3321．9 l／O．JK．SR80.7寄存器14．3常数D．STRI(FSI)DA"l_A ST()REI，把一十指定字节号的内容装累加器的低字节26．3140 9 l加．IR+SR63，8寄存器D S1I (FS2)DATAA STORE2，把一个指定字节号的内容高四位装入累肋器的低四位26．3172.2 I/OIR．SR 9S．0寄存器D．STR3(FS3)DATA STORE3，把一个指定字节号的内容的低四位装入累加器的低四位26．3173．8 I/O．IR．SR 96．6寄存器 D．STR5(FS5)DATA STORE5把一个16点输 入模块(高密度模块)的8十字节单元的内容(二进制或BCD)装人累加器26．3监5+0(16点轴^模块)D.OUT (F60)DATA OUT.．把累加器的内容 (两宇节)写入指定的两个字节号 输出，内部继电器，移位寄存器数据寄存器或T/C累积寄存器26．3329．4 I/O.IR.SR 52.6寄存器D.OUT1(F61)DATAOUT1．把累加器低字节的内容写入一个指定的字节号(输出，内部继电器，移位寄存器或数据寄存器) 26．3160.1 I/O.IR.SR39.1寄存器D.OUT2(F62)DATAOUT2．把累加器低四位的内容写入一个指定的字节号(输出，内部继电器，移位寄存器或数据寄存器)的高四位26．3116.0 I/O.IR.SR39.8寄存器D.OUT3(F63)DATAOUT3．把累加器低四位的内容写入一个指定的字节号(输出，内部继电器，移位寄存器或数据寄存器)的低四位26．3108.1 I/O.IR.SR55.0寄存器D.OUT5(F65)DATAOUT5．把累加器内容(2个字节)写入一个指定给16点输出模块的2个字节号内26．3365.3(16>=<(F70)COMPARE．将累加器的内容与指定的两十字节(输入．IR．SR或DR)内容或一个四位R(J)常数进行比较．比较的结果是使相应的内部线圈接通A>D 772通 A=D 777通A<(D 774通 2不动作动作6．3354．0 I/O 1R．SR．112．8寄存器 57．0常数 +(F71)加(BCD)．将累加器的内容与一个4位}(BCD)常数或指定的两个字节号的内容(必须是BCD数)相加26．3698.0 I/O SR.IR.453.8寄存器262.0常数--(F72)减(BCD)．将累加器的内容与一个四位BCD常数或指定的2个字节号的内容相减 26．3557.0 I/O lR．SR315 .8寄存器 275 .0常数 X(F73)乖BCD．将累加器的内容与指定的两个字节号的内容或一个四BCD常熟相乘，乘积的低四位放入累加器，高四位存入辅助累加器576和577寄存器内26．3497～2851（I/O)．IR．SR) 223～2576(常数) (F74)除(BCD)．将累加器的内容除以指定的两个字节号的内容或一个四位BCD)的常数商的整数部补存储在累加器中．商的小数部存贮于辅助累加器576和577寄存器中26．31218～2851 (I/O，IR.SR)“642～2645(寄存器) 720～2577(常数) D.AND(F75)DATA AND(逻辑积)．将累加器的内存与指定的两十字节的内容或一个四位BCD】常致相应的每位作逻辑“与”、结果存贮于累加器中2 6．3 345.0I/ O .IR．SR 103．7寄存据55.6常数 D.OR(F76) DA'TA OR(逻辑和)．将累加器的内存与指定的两十字节的内容或一个四位BCD】常致相应的每位作逻辑“或”、结果存贮于累加器中26．3 345.0 I/O．IR．SR 103．7寄存器55．6常数 SHlFT RICHT(F80)FUNCTION 80右移N位。将累加器的内容向右移指定的位(1～15)．左边空出的位填人“0“ 2不动作动 作 6．3216+13.4×位教SHIFTLEFT (F8l)FUNCTION 81右移N位。将累加器的内容向左移指定的位(1～15)．右边空出的位填人“0“ 26．3220+13．4×位数 DECODE (F82)FUNCTION 82．译码，将累加器的低四位内容译成一个0～15的十进制数，在累加器对应于十十进制数的位置填“1 “16．3 56 3ENCODEIJE (F83) FUNCTION 83．编码，将累加器的一位编码成对应于其位数(O～ 15)的二进制码，并将二进制再存贮于累加器的低四位16．3 282．0 ENV(F84)INVERT取反．将累加器的6位内客逐位取反即：1一0.0—1．例如110l 1001 0110 0111取反成：0010 0110 1001 1000 l 6．330．3 BlN(F85)BINARY．将累加器中的BCD数值转换成二进制码 16．3 412．2 BCD(F86)BINARY.CODED. DEDIMAL将累加器中的二进制码转换成BCD数值l 6．3746．0 ENTERNAl_ FAULT DIAGNOSIS (F20) FUNCTION 20．外部故障诊断可对外部设备下该发生的状态进行监控,如发生故障，在编程器上显示一个设定的四位BCD数．可以监控多个故障状态 16．3355.2. I/O. lR．SR114.0寄存器 72.2常数 2．3．l.2编写程序的规则PLC生产厂在为用户提供完整的指令同时．还附有详细的编程规则。它相当于应用指令编写程序的语法．用户必须遵循这些规则进行编程。由于各PLC的生产厂不同．指令也有区别，所以编程规则略有出入。但为了让用户编程方便、易学，各规则有很多相同之处。表9．4．4列出GE-1型PLC的主要编程规则。 1.对梯形圈编程应自左至右顺序进行,按逻辑动作的先后从上向下运行编写,不得跳跃和遗漏. 2.输入/输出单元内部继电器接点。计数器/定时器等均可重复使用．次数不受限制，接点的串并联数也不受限制。 3.若多次使用同一输出线圈，该输出线圈只能使用一次，并让多次使用集中在一起。在梯形图中,输出线圈符号应放在行的最右边,一端与右边母线相连。 4.计数器有两个输入(计数端和复位端)，编程时应按具体要求决定此两个输入端信号出现的次序。否则会造成误动作；把复位和计数颠倒。2．3．1．3编程步骤 (1)画出流程图：接实际控制工艺过程画出流程图。图9．4．7为某自动加工线上一道钻孔工艺的流程图。它包括工件的夹紧、冷却液的注入、钻头快进．钻孔和快退等工序，流程图的每一步的右边用文字作说明，使每个工序动作更清晰。 (2)确定各线圈及I/O的定义号：所谓定义号是PLC生产厂所规定的各种线圈、寄存器、特殊功能单元及I/O单元等的地址号表9．4．5为GE-1型PLC的定义号。从表中列出的各类单元中选出(确定)一部分作为程序中要用的元件。这些元件用其定义号来表示或命名。表9．4 6列出了图9．4．7流程图中所需要元件的定义号．． 说 明上道工序结束为本工序启动信号奏蓁箨裂魏巽KKM,>吸台见图夹紧控制接触嚣KM1/“定时器T1延时10动作莲嚣薹妻誊罨瑟岳，>啦台快进接触器KM2吸合钻削完毕：接逗嚣割饕鑫嚣≈舻吸图快退控制接触器K MI／…’判断：钻头退到原位否?本工序结柬．转入下道工序图9．4．7某帖孔工艺的流程田表9．4．5 GBI型PIf的定义号 表9．4．6某钻孔工艺所需元件的定义粤 (3)画出逻辑梯形图：根据工艺流程图．用已经确定的定义号画出逻辑梯形图。一个控制过程总有输入信号和输出信号。通常把辅人信号画在梯形图的左边与输人单元相连；而输出信号通过输出单元去驱动外部执行器(电动机、电磁阀等)．并把输出部分画在梯形图的右边。 梯形图的中间部分应接一定规则根据流程图画出。图9．4，8为上述钻孔过程的梯形图。其左边为外部输入信号，右边为输出部分。 对于继电控制装置的改造，可直接把原继电逻辑控制图改成PLC的逻辑梯形图。此时也必须先确定与原继电器对应的PLC单元的定义号。 (4)写出程序清单：用PLC指令根据梯形图接一定规则写出程序清单．即用指令的助记符来表达梯形图。表9．4．7为上述钻孔工艺的程序清单。 (5)程序的调试：把程序清单用编程器辅人到PLC详细的输入步骤及方法可按编程说明书规定操作。保证程序的语法等方面正确。编程到此就告一段落。图9．4．s某钻孔工艺的梯形图第四章可绸程序控制器 2469 表9．4．7某钻孔工艺的程序清单 2．3．1．4编程实例 (1)自动冲洗机顺序控制：某种自动冲洗机用压缩空气冲洗污积物。其冲洗工序如下：冲洗指令到．K1闭合。冲洗枪的驱动电机正转．Z1吸合冲洗枪向前推进。到达冲洗位置限位开关SI闭台，驱动电打开．压缩空气从冲洗枪口喷出，冲洗开始。定时到YV返回。驱动电机反转，Z2舍。合。冲洗枪停止移动，Z2释放一个冲洗循环结柬。 ①冲洗过程的流程图：见图9．4.9 ． “： ②冲洗过程所需元件定义号(以GE—I为倒)：详见表9．4．8。 9.4.8啐洗工艺所需元件的定史号③冲洗过程的逻辑梯形图
