可編程控制器概況
]第一章 可編程控制器概況
可編程控制器(PROGRAMMABLE CONTROLLER,簡稱PC)。與個人計算機的PC相區(qū)別,用PLC表示。 LRip @I:c
PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置,目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數等順序控制功能,建立柔性的程控系統。國際電工委員會(IEC)頒布了對PLC的規(guī)定:可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器,用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,并通過數字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備,都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預料:在工業(yè)控制領域中,PLC控制技術的應用必將形成世界潮流
PLC程序既有生產廠家的系統程序,又有用戶自己開發(fā)的應用程序,系統程序提供運行平臺,同時,還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。
第二章PLC的結構及基本配置
一般講,PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的,對箱體式PLC,有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等,當然按CPU性能分成若干型號,并按I/O點數又有若干規(guī)格。對模塊式PLC,有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC,都屬于總線式開放型結構,其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如下: 接受 驅動 "
現場信號 受控元件
一、CPU的構成
PLC中的CPU是PLC的核心,起神經中樞的作用,每臺PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據,用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據,并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路,
與通用計算機一樣,主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成,還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據,是PLC不可缺少的組成單元。
CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。
CPU的運算器用于進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。
CPU的寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。
CPU雖然劃分為以上幾個部分,但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器,由于電路的高度集成,對CPU內部的詳細分析已無必要,我們只要弄清它在PLC中的功能與性能,能正確地使用它就夠了。
CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講,CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈,如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口,用于接I/O模板或底板,有內存接口,用于安裝內存,有外設口,用于接外部設備,有的還有通訊口,用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關,用以對PLC作設定,如設定起始工作方式、內存區(qū)等。
二、I/O模塊:
PLC的對外功能,主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系的,按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量,I/O模塊可多可少,但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。
三、電源模塊:
有些PLC中的電源,是與CPU模塊合二為一的,有些是分開的,其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有:交流電源,加的為交流220VAC或110VAC,直流電源,加的為直流電壓,常用的為24V。
四、底板或機架:
大多數模塊式PLC使用底板或機架,其作用是:電氣上,實現各模塊間的聯系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機械上,實現各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。
五、PLC 的外部設備
外部設備是PLC系統不可分割的一部分,它有四大類 1. 編程設備:有簡易編程器和智能圖形編程器,用于編程、對系統作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件,但它不直接參與現場控制運行。
2. 監(jiān)控設備:有數據監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數據或通過畫面監(jiān)視數據。
3. 存儲設備:有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器,用于永久性地存儲用戶數據,使用戶程序不丟失,如EPROM、EEPROM寫入器等。
4. 輸入輸出設備:用于接收信號或輸出信號,一般有條碼讀人器,輸入模擬量的電位器,打印機等。
六、PLC的通信聯網
PLC具有通信聯網的功能,它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息,形成一個統一的整體,實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯網功能,它和計算機一樣具有RS-232接口,通過雙絞線、同軸電纜或光纜,可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。 當然,PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的,PLC與計算機之間的通訊,一些生產廠家采用工業(yè)標準總線,并向標準通訊協議靠攏,這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯網。
了解了PLC的基本結構,我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念,做到既經濟又合理,盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。 第三章 基本指令系統和編程方法
§1 基本指令系統特點
PLC的編程語言與一般計算機語言相比,具有明顯的特點,它既不同于高級語言,也不同與一般的匯編語言,它既要滿足易于編寫,又要滿足易于調試的要求。目前,還沒有一種對各廠家產品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產品有它自己的編程語言,OMRON公司的產品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC,其編程語言都具有以下特點:
1. 圖形式指令結構:程序由圖形方式表達,指令由不同的圖形符號組成,易于理解和記憶。系統的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形,用戶根據自己的需要把這些圖形進行組合,并填入適當的參數。在邏輯運算部分,幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖,很容易接受。如西門子公司還采用控制系統流程圖來表示,它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關系,很直觀易懂。較復雜的算術運算、定時計數等,一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示,雖然象征性不如邏輯運算部分,也受用戶歡迎
2. 明確的變量常數:圖形符相當于操作碼,規(guī)定了運算功能,操作數由用戶填人,如:K400,T120等。PLC中的變量和常數以及其取值范圍有明確規(guī)定,由產品型號決定,可查閱產品目錄手冊。
3. 簡化的程序結構:PLC的程序結構通常很簡單,典型的為塊式結構,不同塊完成不同的功能,使程序的調試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。
4. 簡化應用軟件生成過程:使用匯編語言和高級語言編寫程序,要完成編輯、編譯和連接三個過程,而使用編程語言,只需要編輯一個過程,其余由系統軟件自動完成,整個編輯過程都在人機對話下進行的,不要求用戶有高深的軟件設計能力。
5. 強化調試手段:無論是匯編程序,還是高級語言程序調試,都是令編輯人員頭疼的事,而PLC的程序調試提供了完備的條件,使用編程器,利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內部編輯、調試、監(jiān)控等,并在軟件支持下,診斷和調試操作都很簡單。
總之,PLC的編程語言是面向用戶的,對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓練。
§2 編程語言的形式
本教材采用最常用的兩種編程語言,一是梯形圖,二是助記符語言表。采用梯形圖編程,因為它直觀易懂,但需要一臺個人計算機及相應的編程軟件;采用助記符形式便于實驗,因為它只需要一臺簡易編程器,而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。
雖然一些高檔的PLC還具有與計算機兼容的C語言、BASIC語言、專用的高級語言(如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP),還有用布爾邏輯語言、通用計算機兼容的匯編語言等。不管怎么樣,各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產品。
編程指令:指令是PLC被告知要做什么,以及怎樣去做的代碼或符號。從本質上講,指令只是一些二進制代碼,這點PLC與普通的計算機是完全相同的。同時PLC也有編譯系統,它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼,所以用戶看到的PLC指令一般不是機器碼而是文字代碼,或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字(可用多國文字)的縮寫及數字代表各相應指令。常用的圖形符號即梯形圖,它類似于電氣原理圖是符號,易為電氣工作人員所接受。
指令系統:一個PLC所具有的指令的全體稱為該PLC的指令系統。它包含著指令的多少,各指令都能干什么事,代表著PLC的功能和性能。一般講,功能強、性能好的PLC,其指令系統必然豐富,所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC的指令系統
程序:PLC指令的有序集合,PLC運行它,可進行相應的工作,當然,這里的程序是指PLC的用戶程序。用戶程序一般由用戶設計,PLC的廠家或代銷商不提供。用語句表達的程序不大直觀,可讀性差,特別是較復雜的程序,更難讀,所以多數程序用梯形圖表達。
梯形圖: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似。它的連線有兩種:一為母線,另一為內部橫豎線。內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)指令開始,必要時再繼以若干個輸入指令(含LD指令),以建立邏輯條件。最后為輸出類指令,實現輸出控制,或為數據控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令,以進行相應的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產品的最簡單的梯形圖例: 它有兩組,第一組用以實現啟動、停止控制。第二組僅一個END指令,用以 結束程序。 P)f}y[Fm
梯形圖與助記符的對應關系: 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系,而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現。一般講,其順序為:先輸入,后輸出(含其他處理);先上,后下;先左,后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為: "U]}<}x*r
地址 指令 變量
0000 LD X000
0001 OR X010
0002 AND NOT X001
0003 OUT Y000 }G
0004 END
反之根據助記符,也可畫出與其對應的梯形圖。
梯形圖與電氣原理圖的關系:如果僅考慮邏輯控制,梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關系。如梯形圖的輸出(OUT)指令,對應于繼電器的線圈,而輸入指令(如LD,AND,OR)對應于接點,互鎖指令(IL、ILC)可看成總開關,等等。這樣,原有的繼電控制邏輯,經轉換即可變成梯形圖,再進一步轉換,即可變成語句表程序。
有了這個對應關系,用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術對傳統繼電控制技術的繼承。