PLC = Programmable logic Controller,可編程邏輯控制�,一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)�(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程�存儲�,用于其�(nèi)部存儲程�,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算�(shù)操作等面向用戶的指令,并通過�(shù)字或模擬式輸�/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部��
�(dāng)PLC投入運行�,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采�、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階�。完成上述三個階段稱作一個掃描周�。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)�(zhí)行上述三個階��
(一) 輸入采樣階段
在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀�(tài)和數(shù)�(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀�(tài)和數(shù)�(jù)�(fā)生變�,I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀�(tài)和數(shù)�(jù)也不會改�。因此,如果輸入是脈沖信�,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周�,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀��
(�) 用戶程序�(zhí)行階�
在用戶程序執(zhí)行階�,PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形�)。在掃描每一條梯形圖�,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,并按先左后�、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,然后根�(jù)邏輯運算的結(jié)�,刷新該邏輯線圈在系�(tǒng)RAM存儲區(qū)中對�(yīng)位的狀�(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對�(yīng)位的狀�(tài);或者確定是否要�(zhí)行該梯形圖所�(guī)定的特殊功能指令�
�,在用戶程序�(zhí)行過程中,只有輸入點在I/O映象區(qū)�(nèi)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)不會�(fā)生變�,而其他輸出點和軟�(shè)備在I/O映象區(qū)或系�(tǒng)RAM存儲區(qū)�(nèi)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)都有可能�(fā)生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序�(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)�(jù)的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形�,其被刷新的邏輯線圈的狀�(tài)或數(shù)�(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作��
在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話,輸入過程影像寄存器的值不會被更新,程序直接從I/O模塊取�,輸出過程影像寄存器會被立即更新,這跟立即輸入有些區(qū)��
(�) 輸出刷新階段
�(dāng)掃描用戶程序�(jié)束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期�,CPU按照I/O映象區(qū)�(nèi)對應(yīng)的狀�(tài)和數(shù)�(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再�(jīng)輸出電路�(qū)動相�(yīng)的外�(shè)。這時,才是PLC的真正輸��
PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機,其硬件�(jié)�(gòu)基本上與微型計算機相�,基本構(gòu)成為�
a、電�
PLC的電源在整個系�(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的,因此PLC的制造商對電源的�(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10[%](+15[%])范圍�(nèi),可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電�(wǎng)上去
b. 中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中�。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和�(shù)�(jù);檢查電�、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀�(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯�。當(dāng)PLC投入運行�,首先它以掃描的方式接收�(xiàn)場各輸入裝置的狀�(tài)和數(shù)�(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程�,經(jīng)過命令解釋后按指令的�(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)�(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序�(zhí)行完畢之�,將I/O映象區(qū)的各輸出狀�(tài)或輸出寄存器�(nèi)的數(shù)�(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝�,如此循�(huán)運行,直到停止運��
為了進一步提高PLC的可靠�,近年來對大型PLC還采用雙CPU�(gòu)成冗余系�(tǒng),或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣,即使某個CPU出現(xiàn)故障,整個系�(tǒng)仍能正常運行�
c、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器�
存放�(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器�
d、輸入輸出接口電�
1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路,作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道�
2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出�(shù)�(jù)寄存�、選通電路和中斷請求電路集成,作用PLC通過�(xiàn)場輸出接口電路向�(xiàn)場的�(zhí)行部件輸出相�(yīng)的控制信號�
e、功能模�
如計�(shù)、定位等功能模塊
f、通信模塊
如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊�
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計�(shù)器等名稱,但PLC�(nèi)部并非實體上具有這些硬件,而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯,并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控�。因此能大大減少控制器所需之硬件空�。實際上PLC�(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并�(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟,“輸入狀�(tài)檢查�、“程式執(zhí)行�、“輸出狀�(tài)更新”說明如下:
步驟一“輸入狀�(tài)檢查”:PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開�(guān)或傳感器狀�(tài)�1 �0 代表開或�(guān)),并將其狀�(tài)寫入�(nèi)存中對應(yīng)之位置Xn�
步驟二“程式執(zhí)行”:將階梯圖程式逐行取入CPU 中運�,若程式�(zhí)行中需要輸入接點狀�(tài),CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)�?。輸出線圈之運算�(jié)果則存入�(nèi)存中對應(yīng)之位�,暫不反�(yīng)至輸出端Yn�
步驟三“輸出狀�(tài)更新”:將步驟二中之輸出狀�(tài)更新至PLC輸出部接�,并且重回步驟一�
此三步驟稱為PLC之掃描周�,而完成所需的時間稱為PLC 之反�(yīng)時間,PLC 輸入訊號之時間若小于此反�(yīng)時間,則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前,輸出與輸入狀�(tài)會被更新一�,因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生��
1. 輸入/輸出點數(shù) ( I/O點數(shù) )�
2. 掃描速度� 單位� ms /1000� � ms /�
3. �(nèi)存容��
4. 指令條數(shù)�
5. �(nèi)部寄存器�(shù)��
6. 高功能模塊�
1. 抗干�、可靠性高�
2. 模塊化組合式�(jié)�(gòu),使用靈活方��
3. 編程簡單,便于普��
4. 可進行在線修改�
5. �(wǎng)�(luò)通訊功能,便于實�(xiàn)分散式測控系�(tǒng)�
6. 與傳�(tǒng)的控制方式比�,線路簡��
1. 用于開關(guān)邏輯控制�
2. 用于機加工數(shù)字控��
3. 用于閉環(huán)過程控制�
4 用于組成多級控制系統(tǒng)�
PLC的興�,是與美國現(xiàn)代工�(yè)自動化生�(chǎn)�(fā)展的要求密不可分��
一、PLC 源起�1960 年代,當(dāng)時美國一汽車制造公�,為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時,繼電器順序控制系統(tǒng)之電路修改耗時,平時檢修與維護不易等問��
在可編程邏輯控制器出�(xiàn)之前,汽車制造業(yè)中的一般控�、順序控制以及安全互鎖邏輯控制必須完全依靠眾多的繼電器、定時器以及專門的閉回路控制器來實現(xiàn)。它們體積龐�、有著嚴(yán)重的噪音,不但每年的維護工作要耗費大量的人力物�,而且繼電�-接觸器系�(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求�
針對這些問題,美國通用汽車公司�1968年向社會公開招標(biāo),要求設(shè)計一種新的系�(tǒng)來替換繼電器系統(tǒng),并提出了的“通用十條”招�(biāo)指標(biāo),也是目前PLC的特點:
1、編程方�,現(xiàn)場可修改程序�
2、維修方�,采用模塊化�(jié)�(gòu)�
3、可靠性高于繼電器控制裝置�
4、體積小于繼電器控制裝置�
5、數(shù)�(jù)可直接送入計算��
6、成本可與繼電器控制裝置競爭�
7、輸入可以是交流115V�
8、輸出為交流115V�2A以上,能直接�(qū)動電磁閥,接觸器等;
9、在擴展時,原系�(tǒng)只要很小變更�
10、用戶程序存儲器容量能擴��
�、隨后,美國�(shù)字設(shè)備公司(DEC)根�(jù)這一�(shè)�,于1969年研制成功了臺PDP-14控制�,并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。由于當(dāng)時系�(tǒng)主要用于順序控制、職能進行邏輯運算,所以被命名為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC��
�、最早期之PLC只具有簡易之邏輯�/�(guān)(on/off)功能,但比起傳統(tǒng)繼電器之控制方式,已具有容易修改、安�、診斷與不占空間等優(yōu)��
四�1970 年代初期,PLC引進微處理機技�(shù),使得PLC具有算術(shù)運算功能與多位元�?dāng)?shù)位信號輸�/輸入功能,并且能直接以階梯圖符號進行程式之編�。這項新技�(shù)的使�,在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反�。日本在1971年從美國引進了這項技�(shù),并很快研制成功了自己的DCS-8可編程邏輯控制器,德、法�1973年至1974年間也相繼有了自己的該項技�(shù)。中國則�1977年研制成功自己的臺可編程邏輯控制�,但是使用的微處理器核心為MC14500�
五�1970 年代中期,PLC功能加入遠距通訊、類比輸出輸�、NC 伺服控制等技�(shù)�
��1980 年代以后更引進PLC 高速通訊�(wǎng)�(luò)功能,同時加入一些特殊輸�/輸入界面、人機界�、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功��
PLC之功能早已不止當(dāng)初數(shù)位邏輯之運算功能,因此近年來PLC常以可編程控制器(Programmable Controller)簡稱��
PLC常用的編程語言主要有四種:基本指令、階梯圖、流程、IEC 61131-3。另有一些較少使用的專用編程語言�
1. 基本指令:類似于組合語言,由指令語句系列�(gòu)成,如Mitsubishi FX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS與OUT等,一般配合書寫器寫入程式,而書寫器只能輸入簡單的指令,與電腦程式中的階梯圖比較起來陽春許多。書寫器一次只顯示四行指令,所以不太直觀,可讀性差,特別是遇到較復(fù)雜的程式,更難讀,所以多�(shù)程式用順序功能流程圖(SFC)表達;其�(yōu)點就是不需要電腦就可以更改或察看PLC�(nèi)部程��
使用書寫器時,必須注意的是PLC指令中輸出有�(yōu)先次�,其中若有輸出至相同的單元時(如Y000),輸出的�(yōu)先次序以位址越大�(yōu)先次愈越�,一般不容易從書寫器中察覺所輸入的單元。如下面程式�,有兩個Y000輸出�,而輸出點Y000的位置是在X001后面,所以能控制Y000輸出的只有X001這個輸入點;因而X000輸入點無法控制Y000�
2. 階梯圖(Ladder Programming,簡稱LAD):類似于傳統(tǒng)上以繼電器控制接觸器的電路圖,梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖,用以表達所使用的PLC指令及其前后順序,它與電氣原理圖很相��
它的連線有兩種:一為母�,另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組,這個指令組一般總是從裝載(LD)指令開�,必要時再繼以若干個輸入指令(含LD指令�,以建立邏輯條件。為輸出類指令,實現(xiàn)輸出控制,或為資料控制、流程控�、通訊處理、監(jiān)控工作等指令,以進行相應(yīng)的工��
3. 順序功能流程�(Sequential Function Chart,簡稱SFC):類似于流程�(shè)�(Flow Design),流程圖中的步驟組合而完成,主要是規(guī)劃動作順序的流程�,故謂之順序功能流程圖。如:勞委會中部辦公室所公布�2004年工�(yè)配電乙級技能檢定術(shù)科第三題順序功能流程�,如下圖。所謂步序式控制,即是一步一步控�,而這一步與上一步是有關(guān)連性的,有順序性的。必須有上一個動�(STL),才會啟�(SET)下一個動�(STL)�
4. IEC 61131-3:IEC 61131-3是一個國際標(biāo)�(zhǔn),它�(guī)范了 PLC 相關(guān)之軟件硬件的�(biāo)�(zhǔn),其最終的目的是可以讓PLC的使用者在不改 軟件�(shè)計的狀況下可以輕易更換PLC硬件�
功用:軟件開�(fā)效率之提� 在POU或工作表(worksheets)中的程式設(shè)計可使用�(jié)�(gòu)化的�(shè)計方�,透過功能及流程的區(qū)分建立程�。此方法能讓多位�(shè)計師區(qū)分出其中的程式設(shè)計,而達到大量減少程式建立的時間�
ST語言類似于PASCAL及C語言,因此可利用 與微電腦及個人電腦相同的程式設(shè)計技�(shù)進行階梯式語言所難以�(zhí)行的�(fù)雜計算,完成程式的建�。常用的程式及回路可透過FB(功能區(qū)塊)的建立輕易地重復(fù)利用�
IEC 61131-3涵蓋之程�:
IL (指令集�、LD (階梯圖)、FBD (功能區(qū)塊圖�、ST (結(jié)�(gòu)化文字)、SFC (時序流程圖�
目前這個標(biāo)�(zhǔn)主要是由 PLCopen�(lián)� https://www.plcopen.org 在推��
5.其他:另外還有功能圖(Function Chart Programming,FBD)以及歐洲常用的IEC編程方法,是各種PLC編程語言�(guī)范化的方�� 一些的PLC還具有與電腦相容的C語言、BASIC語言、專用的高階語言(如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP、富士電機的Micrex-SX系列�,還有用布林邏輯語言、通用電腦相容的組合語言��
大體而言,階梯圖程式目前依然是應(yīng)用最廣泛的撰寫語言,因為它與繼電—接觸器控制線路非常相像,容易學(xué)�(xí),使用方便�
維庫電子�,電子知�,一查百通!
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