目 錄
第一章． PLC概論 4
第一節(jié)． PLC的產(chǎn)生 4
第二節(jié)． PLC的定義及其術(shù)語(yǔ) 5
一．定義 5
二．常用術(shù)語(yǔ) 5
第三節(jié)． PLC特點(diǎn) 6
一． 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 6
二． 程序可變、具有柔性 7
三． 編程簡(jiǎn)單、使用方便 7
四． 功能完善 6
五． 組合靈活、擴(kuò)充方便 6
六． 減少了工作量 8
七． 體積小、重量輕、環(huán)境要求低 8
八． 成本低、水平高 8
第四節(jié)． PLC的應(yīng)用狀況和發(fā)展趨勢(shì) 9
一． 應(yīng)用狀況 9
二． 發(fā)展趨勢(shì) 10
第二章． PLC的組成及工作原理 12
第一節(jié)． PLC的組成 12
第二節(jié)． PLC主要部件功能 13
一． CPU 13
二． 存儲(chǔ)器 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． I/O部分 15
四． 編程工具 20
五． 電源 21
第三節(jié)． PLC的工作原理 22
一． PLC的工作過(guò)程 22
二． 掃描周期的計(jì)算方法 23
三． 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 24
第四節(jié)． OMRON C200H數(shù)據(jù)通道 26
一． I/O繼電器區(qū) 27
二． 內(nèi)部輔助繼電器區(qū) ( Internal Relay ) IR區(qū) 27
三． 特殊繼電器區(qū) ( Special Relay ) SR區(qū) 28
四． 暫存繼電器區(qū) ( Temporary Relay ) TR區(qū) 30
五． 保持繼電器區(qū) ( Holding Relay ) HR區(qū) 30
六． 輔助存貯繼電器區(qū) ( Auxiliary Relay ) AR區(qū) 30
七． 鏈接繼電器區(qū) ( Link Relay ) LR區(qū) 30
八． 定時(shí)/計(jì)時(shí)繼電器區(qū) ( Timer & Counter ) TC區(qū) 30
九． 數(shù)據(jù)存貯區(qū) ( Data Memory ) DM區(qū) 30
第三章． PLC的基本指令 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第一節(jié)． 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 梯形圖 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 助記符 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． 布爾表達(dá)式 錯(cuò)誤！未定義書簽。
四． 功能塊圖 ( Function block diagram ) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
五． 功能表圖 ( Function chart ) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
六． 高級(jí)語(yǔ)言 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第二節(jié)． 梯形圖使用的符號(hào)、概念及注意事項(xiàng) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 梯形圖中的符號(hào)、概念 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 梯形圖使用應(yīng)注意事項(xiàng)： 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第三節(jié)． OMRON C200H 指令系統(tǒng) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 分類及說(shuō)明 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 基本指令 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． 常用指令(11條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
四． 數(shù)據(jù)傳送指令： 錯(cuò)誤！未定義書簽。
五． 比較指令(6條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
六． 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令(16條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
七． 移位指令(16條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
八． 十進(jìn)制數(shù)(BCD碼)運(yùn)算指令 (28條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
九． 二進(jìn)制運(yùn)算指令 (8條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
十． 邏輯運(yùn)算指令 (10條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
十一． 子程序指令 (5條) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
十二． 特殊指令 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第四章． PLC應(yīng)用實(shí)例 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第五章． PLC程序設(shè)計(jì)的功能表圖方法 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第一節(jié). 概 述 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第二節(jié). 功能表圖的基本概念 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 步 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 有向線和轉(zhuǎn)移 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． 功能表圖的構(gòu)成規(guī)則 錯(cuò)誤！未定義書簽。
四． 功能表圖的基本形式 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第三節(jié). 用梯形圖實(shí)現(xiàn)功能表圖的程序設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 步的進(jìn)入 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 步的退出 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第六章． PLC應(yīng)用中的若干問(wèn)題 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第一節(jié)． PLC的使用及其型號(hào)選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． PLC型號(hào)的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 開關(guān)量I/O模塊的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． 編程手段的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。
第二節(jié)． 降低PLC系統(tǒng)費(fèi)用的方法 錯(cuò)誤！未定義書簽。
一． 減少模塊的數(shù)量 錯(cuò)誤！未定義書簽。
二． 減少輸入點(diǎn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
三． 減少輸出點(diǎn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。
參考書： 31
第一章． PLC概論
可編程序控制器(Programmable Controller)簡(jiǎn)稱PC，為了避免同個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer，簡(jiǎn)稱PC）混淆，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC（Programmable Logic Controller）。
PLC從誕生至今已有30多年，發(fā)展勢(shì)頭異常迅猛，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的支柱產(chǎn)品之一。特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，應(yīng)用前景十分看好。
第一節(jié)． PLC的產(chǎn)生
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)（特別是1969年以前，那時(shí)PLC還未出現(xiàn)）中主要元件是各
種各樣的繼電器，它可以可靠且方便地組成一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)。例1-1：
但隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，控制對(duì)象越來(lái)越多，其邏輯關(guān)系也越來(lái)越復(fù)雜，用繼電器組成的控制系統(tǒng)就會(huì)變得非
常龐大，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定和造價(jià)昂貴。主要表現(xiàn)在：①當(dāng)某個(gè)繼電器損壞、甚至繼電器的某觸點(diǎn)接觸不良都會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行；②繼電器本身并不太貴，但控制柜內(nèi)元件的安裝和接線工作量極大，造成系統(tǒng)價(jià)格偏高；③產(chǎn)品需要不斷地更新?lián)Q代，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)不斷地作相應(yīng)的調(diào)整。但對(duì)龐大的系統(tǒng)而言，日常維護(hù)已很難，再作調(diào)整難度更大。
鑒于以上問(wèn)題，1968年美國(guó)通用汽車公司(General Motors)向傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)：設(shè)想是否能用一種新型的控制器，引入這種控制器后可使龐大的系統(tǒng)減小，并且能方便地進(jìn)行修改、調(diào)整。按照這個(gè)宗旨，該公司向外公開招標(biāo)，提出如下十大指標(biāo)：
①. 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)改程序； ②. 維護(hù)方便，最好是插件式 ；
③. 可靠性高于繼電器控制柜； ④. 體積小于繼電器控制柜；
⑤. 成本低于繼電器控制柜 ； ⑥. 可將數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī) ；
⑦. 輸入可以是市電(AC110v)； ⑧. 控制程序容量 ≥ 4KB；
⑨. 輸出可驅(qū)動(dòng)市電2A以下的負(fù)荷，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥 ；
⑩. 擴(kuò)展時(shí)，原有的系統(tǒng)僅作少許更改。
這次招標(biāo)引起了工業(yè)界的密切注視，吸引了不少大公司前來(lái)投標(biāo)，最后DEC公司一舉中標(biāo)，并于1969年研制成功第一臺(tái)PLC，當(dāng)時(shí)命名為PC(Programmable Logic Controller)。這臺(tái)PLC投運(yùn)到汽車生產(chǎn)線后，取得了極為滿意的效果，引發(fā)了效仿的熱潮，從此PLC技術(shù)得以迅猛的發(fā)展。
第二節(jié)． PLC的定義及其術(shù)語(yǔ)
一．定義
嚴(yán)格地講，至今對(duì)PLC沒(méi)有最終的定義。
國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1985年在可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案（第二稿）中作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”
美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）1987年作的定義如下：“它是一種帶有指令存儲(chǔ)器、數(shù)字或模擬I/O接口，以位運(yùn)算為主，能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能，用于控制機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置。”
IEC(國(guó)際電工委員會(huì))在標(biāo)準(zhǔn)草案中，將這種裝置定義為可編程序控制器(Programmable Controller)，簡(jiǎn)稱PC。為了避免同個(gè)人計(jì)算機(jī)混淆，現(xiàn)在一般將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC（Programmable Logic Controller）
二．常用術(shù)語(yǔ)
1 點(diǎn)數(shù) (I/O Points) 指能夠輸入 / 輸出開關(guān)量、模擬量的總個(gè)數(shù)。一般是4或8的倍數(shù)。
2 掃描周期 是指PLC執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶程序、I/O刷新一次所用的時(shí)間。它直接反映PLC的響應(yīng)速度，因此是PLC的重要指標(biāo)之一，其單位是ms/kw (kb)。
3 梯形圖 梯形圖是PLC用戶編程時(shí)最常用的一種圖形編程方法，是表示I/O點(diǎn)之間邏輯關(guān)系的一種圖。它實(shí)質(zhì)上是變相的繼電器控制邏輯圖，形式和規(guī)范非
常相似，其目的是為了讓工廠技術(shù)人員不必懂計(jì)算機(jī)，就可使用(設(shè)計(jì)、閱讀)它，例如圖1-2：
第三節(jié)． PLC特點(diǎn)
PLC之所以能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，并能夠得以迅猛的發(fā)展，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：
1． 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 5、 組合靈活、擴(kuò)充方便
2． 程序可變、具有柔性 6、 減少了工作量
3． 編程簡(jiǎn)單、使用方便 7、 體積小、重量輕、環(huán)境要求低
4． 功能完善 8、 成本低、水平高
一． 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
據(jù)有關(guān)資料稱：“到目前為止沒(méi)有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可達(dá)到PLC的可靠性”。
控制系統(tǒng)在使用時(shí)發(fā)生故障，絕大多數(shù)是由PLC外的開關(guān)、傳感器、執(zhí)行器引起的，而不是PLC本身。若是PLC，多數(shù)是使用、設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的。
誘發(fā)電子設(shè)備故障的原因大概有如下幾種：針對(duì)以上故障原因，PLC在硬、軟件兩方面采取了相應(yīng)的解決方法，使其可靠性大為提高，PLC本身發(fā)生故障的概率極小。
1. 硬件
(1)常規(guī)手段 選用優(yōu)質(zhì)元器件，設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)施加固使其易于抗沖擊，印制板的設(shè)計(jì)加工和焊接工藝嚴(yán)格規(guī)范。
(2)隔離 所有I/O電路一律采用光電器件進(jìn)行隔離，使內(nèi)外無(wú)電氣回路的聯(lián)接點(diǎn)(電浮空)，這樣可以抗電干擾。
(3)濾波 對(duì)供電系統(tǒng)及輸入回路采用模擬量濾波(如LC、π型濾波網(wǎng)絡(luò))，再加上數(shù)字濾波，以消除或抑制高頻干擾。
(4)屏蔽 采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防電磁波輻射的干擾。
(5)增強(qiáng)電源的適應(yīng)性 PLC的供電系統(tǒng)(內(nèi)部為DC)采用開關(guān)電源，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，使之適應(yīng)電網(wǎng)電壓較寬范圍的波動(dòng)。
(6)采用模塊式結(jié)構(gòu) 一旦某模塊有故障，能迅速更換，使系統(tǒng)停用時(shí)間減到最低程度。
2. 軟件
（1）設(shè)置警戒時(shí)鐘WDT (看門狗) PLC在正常的運(yùn)行程序中對(duì)WDT定時(shí)復(fù)位，若超過(guò)了WDT規(guī)定的時(shí)間，WDT會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并強(qiáng)制系統(tǒng)CPU復(fù)位，使之走入正常的運(yùn)行程序。
（2）系統(tǒng)軟件對(duì)用戶軟件自動(dòng)進(jìn)行檢查 能對(duì)用戶程序進(jìn)行查錯(cuò)、報(bào)錯(cuò)，使用戶程序無(wú)語(yǔ)法、結(jié)構(gòu)性錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的程序或參數(shù)得不到運(yùn)行。
（3）掉電保護(hù) 對(duì)RAM區(qū)用后備電池或蓄能電容，掉電時(shí)使RAM繼續(xù)有電，保證用戶程序運(yùn)行的狀態(tài)信息和中間數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。
（4）自檢 系統(tǒng)程序中有對(duì)CPU及外圍器件自動(dòng)檢測(cè)的功能，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。
二． 程序可變、具有柔性
生產(chǎn)工藝或設(shè)備改變后，在原設(shè)計(jì)的PLC功能備用量夠用的情況下，可不變PLC的硬件，只要改編控制程序即可。
這點(diǎn)就充分體現(xiàn)了PLC具有繼電器控制系統(tǒng)所不具備和無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。故PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，還在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMC)、工廠自動(dòng)化(FA)中被大量采用。
三． 編程簡(jiǎn)單、使用方便
PLC采用與繼電器控制邏輯圖非常接近的“梯形圖”進(jìn)行編程，這種編程方法既具備傳統(tǒng)控制線路的易懂易編，清晰直觀優(yōu)點(diǎn)，又顧及了多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于被大眾接受，因此受到普遍歡迎，這種面向生產(chǎn)的編程方法與目前微機(jī)控制中常用的匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編程相比，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
為進(jìn)一步優(yōu)化編程，PLC還針對(duì)實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)順控指令、移位指令、鼓形控制器等功能性指令，減少編程工作量，加快了開發(fā)速度。
四． 功能完善
現(xiàn)代的PLC還具有數(shù)字量及模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序檢測(cè)、功率驅(qū)動(dòng)、聯(lián)網(wǎng)通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，使控制系統(tǒng)的水平大大提高，功能更加完善。
五． 組合靈活、擴(kuò)充方便
PLC除摸塊化外，還具有各種擴(kuò)充單元，I/O點(diǎn)數(shù)及各種I/O方式、I/O量均可選擇，可以方便地適應(yīng)不同的控制對(duì)象。
六． 減少了工作量
由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能的，而繼電器控制采用硬接線來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就減少了設(shè)計(jì)、施工的工作量。同時(shí)，PLC能事先進(jìn)行摸擬調(diào)試并且具有很強(qiáng)的監(jiān)視功能，所以系統(tǒng)的調(diào)試、檢修、維護(hù)的工作量得到大大地減少。
七． 體積小、重量輕、環(huán)境要求低
由于PLC是專為工控而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧、功能齊全，能直接投運(yùn)在惡劣的工作環(huán)境。一般PLC的功能若用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，需用3至4個(gè)1.8m高的大繼電器控制柜。
八． 成本低、水平高
1． 由于PLC功能的強(qiáng)大(一臺(tái)PLC相當(dāng)于3至4個(gè)大控制柜)，使得控制系統(tǒng)的直接費(fèi)用大量降低。
2． 由于PLC具有易修改性、高可靠性、易擴(kuò)展性、易維護(hù)性，大大降低了日常運(yùn)行的檢修、維修工作量，降低了今后改造的成本。
3． 由于PLC安裝調(diào)試方便，開發(fā)、調(diào)試周期短，從而降低了設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝、調(diào)試的工作量，故減少了工資費(fèi)用。
4． 由于PLC靠軟件編程實(shí)現(xiàn)控制功能，硬件及其備件均具有通用性，也減少了采購(gòu)的時(shí)間和費(fèi)用。
5． 由于體積小、功能強(qiáng)，所以占地少、耗電小(僅為繼電器柜的幾十分之一)，每年節(jié)省的電費(fèi)就可將投資收回。
6． 由于PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用工控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了智能控制，從而使得控制水平上了新臺(tái)階，并且具有聯(lián)網(wǎng)功能，很易構(gòu)成綜合控制系統(tǒng)。
第四節(jié)． PLC的應(yīng)用狀況和發(fā)展趨勢(shì)
一． 應(yīng)用狀況
PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)30多年的發(fā)展，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家(如美、日、德等)已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，PLC的品種多達(dá)幾百種。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用始于80年代。一些大中型工程項(xiàng)目引進(jìn)的生產(chǎn)流水線上采用了PLC控制系統(tǒng)，使用后取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)了國(guó)內(nèi)PLC的發(fā)展和應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)PLC的應(yīng)用已取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)和成果，證明了PLC是大有發(fā)展前途的工業(yè)控制裝置，它與DCS、SCADA、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互集成、互相補(bǔ)充而形成的綜合系統(tǒng)將得到更加廣泛的應(yīng)用。
我國(guó)PLC的生產(chǎn)廠家主要是80年代涌現(xiàn)出來(lái)的，靠技術(shù)引進(jìn)、轉(zhuǎn)讓、合資等方式進(jìn)行生產(chǎn)，目前約有十幾家，生產(chǎn)的PLC型號(hào)主要有：
天津中環(huán)自動(dòng)化儀表公司 DJK-84 ；無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 KCK 系列；
上海東屋電器有限公司 C F系列 ；北京樁樹電子儀表廠 BCM-PIC ；
杭州機(jī)床電器廠 DKK 、D系列 ；上海電力電子設(shè)備廠 KKI-IC ；
大連組合機(jī)床研究所 S 系列 ；機(jī)械部北京自動(dòng)化所 MPC、KB系列；
上海國(guó)際程控公司 E、EM、H系列；上海工業(yè)自動(dòng)化研究所 TCMS-300/D；
杭州通靈控制電腦公司 HZK 系列 ；蘇州電子計(jì)算機(jī)廠 YZ系列；
蘇州機(jī)床電器廠 CYK系列 。
此外還有聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司、中科院自動(dòng)化所、上海機(jī)床電器廠、四川儀表十五廠、珠海春海電子設(shè)備廠、深圳科用開發(fā)公司、北京恒達(dá)機(jī)電技術(shù)發(fā)展公司、上海香島斯邁克有限公司，遼寧無(wú)線電二廠，廈門A-B公司等也生產(chǎn)PLC。
由上可看出國(guó)產(chǎn)PLC的品種只有二十多種，主要集中在小型PLC品種上（中型PLC的生產(chǎn)較少，大型的更少），生產(chǎn)和銷售規(guī)模均不大。目前國(guó)產(chǎn)PLC的質(zhì)量和技術(shù)性能與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距，遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需要，故須依賴進(jìn)口，尤其是大中型PLC，更是清一色的國(guó)外產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)流行的PLC多是國(guó)外產(chǎn)品，主要有：
日本：立石(OMRON)、三菱、日立、夏普、松下、東芝、富士、安川、橫河、
光洋(Koyo)等公司
美國(guó)：AB(Allen Bradley)、GM(Gould Modicon)、GE(GE-Fanuc)、Square D、
西屋(Westing House)、TI 儀器(Texas,Instruments德洲儀器) 等公司
德國(guó)：西門子（Siemens） 、 BBC 、 AEG等公司
法國(guó)：TE (Telemecanique) 公司等
其中美國(guó)的A-B(Allen-Bradley)、GE-Fanuc、 Modicon，德國(guó)的西門子(Siemens)，法國(guó)的TE(Telemecanique)，日本的三菱、立石(OMRON)等7家公司，在所有PLC制造廠中占有主導(dǎo)地位。這7家公司占有著全世界PLC市場(chǎng) 80%以上的份額，他們的系列產(chǎn)品有其技術(shù)廣度和深度，從售價(jià)為100美元左右的微型PLC到有數(shù)千個(gè)I/O點(diǎn)的大型PLC應(yīng)有盡有。
小型PLC日本各廠家占領(lǐng)的市場(chǎng)份額最大，其結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)也較為突出，故其他國(guó)家小型PLC的結(jié)構(gòu)形式也都向日本看齊。大、中型PLC市場(chǎng)份額的90%一直被美、日、歐三家占領(lǐng)，具有三足鼎立之勢(shì)，近年來(lái)日本稍有頹勢(shì)。
二． 發(fā)展趨勢(shì)
1. 結(jié)構(gòu)微型化、模塊化
自73年微處理機(jī)芯片(CPU)問(wèn)世以后，為計(jì)算機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品(PLC也屬其中之一)微型化創(chuàng)造了條件，一般小型的PLC產(chǎn)品只有32K—16K書這么大小(高度5—10mm)。一般小型PLC整體式的較多，但功能較多的小型機(jī)，結(jié)構(gòu)型式大多采用模塊式，以便使用戶有更多的選擇余地，配置成性能比較高的控制系統(tǒng)。
大、中型PLC幾乎全部采用模塊結(jié)構(gòu)。采用模塊式結(jié)構(gòu)可讓用戶各取所需，減少投資費(fèi)用。
2. 功能全面化、標(biāo)準(zhǔn)化
在PLC發(fā)展的初期，PLC只具有開關(guān)量的I/O、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，之后又增加了模擬量的I/O、PID調(diào)節(jié)、信號(hào)調(diào)制、數(shù)字量的I/O、通迅、高速計(jì)數(shù)器等功能模塊，現(xiàn)代PLC能完成CNC過(guò)程控制、集散控制器柔性制造單元等各種控制系統(tǒng)所能完成的功能。它大大加強(qiáng)了數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理圖形顯示、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，使PLC向IPC方向滲透和發(fā)展。
功能標(biāo)準(zhǔn)化后，使用同一系列的產(chǎn)品(甚至不同廠家、不同系列的PLC)均能選用同一功能的PLC模塊。
3. 產(chǎn)品系列化
一家PLC生產(chǎn)公司往往以統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)其系列產(chǎn)品，在系列產(chǎn)品中，I/O模塊和各種功能摸塊的接口功能是統(tǒng)一的，但有各種規(guī)格，可任意選擇、組合，構(gòu)成小型、中型或大型(小到幾點(diǎn)，大到上萬(wàn)點(diǎn))規(guī)模的控制系統(tǒng)。編程器、軟件、指令是兼容的，也有不同規(guī)格、型號(hào)可選。
4. 大容量化、高速化
IC及CPU技術(shù)的發(fā)展為PLC的大容量化、高速化創(chuàng)造了條件，現(xiàn)代大型PLC存儲(chǔ)器容量大到數(shù)兆， 控制程序達(dá)到數(shù)萬(wàn)步，梯形圖的掃描速度可達(dá)0.1ms/kw的數(shù)量級(jí)，速度上比許多DCS(分散型控制系統(tǒng))快數(shù)十倍。
大容量及高速化的PLC為加工機(jī)具的精確定位、機(jī)床速度的精確調(diào)節(jié)、閥門的靈活控制以及PID過(guò)程控制等提供了更好的手段。
5. 模塊化、模塊智能化
大中型PLC幾乎全用模塊式結(jié)構(gòu)，功能較多的小型PLC也采用模塊式結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是可讓用戶按需組合，避免功能資源的浪費(fèi)，使控制系統(tǒng)的成本最小化，實(shí)現(xiàn)性價(jià)比最優(yōu)。I/O模塊的點(diǎn)數(shù)逐漸增多，小型機(jī)大多采用4、8及16點(diǎn)，大、中型機(jī)多采用64、32及16點(diǎn)。
模塊智能化，就是模塊的本身具有CPU，能獨(dú)立工作，它們與主CPU模塊并列運(yùn)行，緊密結(jié)合，有助于克服PLC掃描算法上的局限性，使其在速度、精度、適應(yīng)性、可靠性等各方面均更勝一籌，完成以前PLC本身無(wú)法完成的許多功能。
6. 通迅化、網(wǎng)絡(luò)化
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大、控制復(fù)雜、被控對(duì)象分布廣且具有一定的空間距離，因此要有許多PLC或其它控制器來(lái)分區(qū)控制，往往還有上位機(jī)對(duì)他們進(jìn)行統(tǒng)一管理，以協(xié)調(diào)全廠的生產(chǎn)，這就需要各級(jí)控制器之間以及與上位機(jī)之間具有通訊手段，實(shí)現(xiàn)信息交流。
現(xiàn)代的PLC機(jī)大多具有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口(例如RS-232C、422、485、ProfiBus、以太網(wǎng)等)，具有通迅聯(lián)網(wǎng)功能。通過(guò)電纜或光纖，信息傳送距離可達(dá)幾十公里，聯(lián)網(wǎng)后，各控制器形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)集散控制。
各公司都有自己的專用通訊網(wǎng)絡(luò)，造成了各家PLC之間的通迅困難，但是它們可以通過(guò)主機(jī)與遵循標(biāo)準(zhǔn)通迅協(xié)議(如MAP網(wǎng)絡(luò)通迅協(xié)議)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)。
7. 編程語(yǔ)言化
梯形圖編程固然方便直觀，但對(duì)復(fù)雜的控制領(lǐng)域編程則較煩瑣，因此對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合需要高級(jí)的編程工具，當(dāng)代PLC已發(fā)展出了許多編程語(yǔ)言，如面向順序控制的步進(jìn)順控語(yǔ)言，面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言(它能表示過(guò)程中動(dòng)態(tài)變量與信號(hào)的相互聯(lián)接)。還有用高級(jí)語(yǔ)言BASIS、PASCAL、C語(yǔ)言編程的。
8. 增強(qiáng)外部故障檢測(cè)能力
據(jù)分析，PLC控制系統(tǒng)的故障中：
內(nèi)部故障占20%（其中CPU板占5%；I/O板占15%），
外部故障(非PLC)占80%，其中：
傳感器占45% 執(zhí)行器占30% 接線 占 5%
除了內(nèi)部故障可通過(guò)PLC的軟、硬件自動(dòng)檢測(cè)以外，其余80%都不能通過(guò)自診斷查出，因此，檢測(cè)外部故障的功能是很有價(jià)值的發(fā)展方向。
第二章． PLC的組成及工作原理
第一節(jié)． PLC的組成
PLC由三個(gè)基本部分組成：輸入部分、邏輯處理部分、輸出部分。基本結(jié)構(gòu)示意圖參見圖2-1所示。
輸入部分是指各類按鈕、行程開關(guān)、傳感器等接口電路，它收集并保存來(lái)自被控對(duì)象的各種開關(guān)量、模擬量信息和來(lái)自操作臺(tái)的命令信息等。
邏輯處理部分用于處理輸入部分取得的信息，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，并把運(yùn)算結(jié)果以某種形式輸出。
輸出部分是指驅(qū)動(dòng)各種電磁線圈、交 / 直流接觸器、信號(hào)指示燈等執(zhí)行元件的接口電路，它向被控對(duì)象提供動(dòng)作信息。
為了使用方便，PLC還常配套有編程器等外部設(shè)備，它們可以通過(guò)總線或標(biāo)準(zhǔn)接口與PLC連接，圖2-2為一般PLC組成系統(tǒng)的原理框圖。（由圖2-2可看出，PLC的組成結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)差不多，故PLC可看成用于工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)）
第二節(jié)． PLC主要部件功能
一． CPU
CPU是PLC的核心部件之一， 它的主要功能有：
① 采集輸入信號(hào)； ②執(zhí)行用戶程序； ③刷新系統(tǒng)輸出；
④執(zhí)行管理和診斷程序； ⑤與外界通信。
PLC常用的CPU芯片主要有：
1． 通用微處理器
如INTEL（8080、8085、8086、8088，80386、80486、80586）、Zilog（Z80、Z8000）、Motorola（6800、6809、68000）等。通用微處理器芯片的通用性強(qiáng)、價(jià)格便宜、貨源充足。
2． 單片微處理器
如 INTEL（8031、8039、8049、8051、8089），單片微處理器又叫單片機(jī)，它將ROM、RAM、接口電路、時(shí)鐘電路、串行口甚至A/D都集成在一個(gè)很小的芯片上，自成一個(gè)小的微處理機(jī)系統(tǒng)；另外，單片機(jī)有大量的位尋址單元和豐富的位操作指令，它為PLC在位處理方面提供了最佳的功能和速度，所以特別適用于PLC；此外，單片機(jī)集成度高、體積小、通用性強(qiáng)、價(jià)格低、可擴(kuò)充性好、貨源足。
3． 位片式微處理器
如 AMD（2900、2901、2903、N8×300），位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支，因?yàn)樗捎秒p極型工藝，所以比一般的MOS型微機(jī)處理器在速度上要快一個(gè)數(shù)量級(jí)。上述兩種微處理器的字長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)是固定的，而位片機(jī)是具有CPU的一切必要附件(如寄存器、算術(shù)邏輯部件ALU等)，位片的寬度有2、4、8位幾種，用幾個(gè)位片機(jī)級(jí)聯(lián)，可組成任意字長(zhǎng)的微處理器。還可通過(guò)改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容來(lái)改變機(jī)器的指令系統(tǒng)(即指令系統(tǒng)對(duì)用戶開放)；位片式結(jié)構(gòu)可使用多個(gè)微處理器，將任務(wù)分成幾個(gè)部分讓其并行處理，即重疊操作，這樣能更有效地發(fā)揮其快速的特點(diǎn)；其缺點(diǎn)是：集成度低，用的芯片較多，功耗也較大。
目前小型PLC一般采用8位CPU如：8080、8085、Z80、6800、MCS48、51系列，而大、中型PLC常采用位片式微處理器、16/32位通用微處理器。
二． 存儲(chǔ)器
存儲(chǔ)器是保存系統(tǒng)程序、用戶程序、中間運(yùn)算結(jié)果的器件，據(jù)其在系統(tǒng)中的作用，可將它們分為下列4種：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器、高速暫存存儲(chǔ)器。
1． 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器
系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放PLC的監(jiān)控程序，可分為：系統(tǒng)管理程序、命令解釋程序、故障檢測(cè)、診斷程序、通信程序。系統(tǒng)程序由PLC廠家設(shè)計(jì)，并固化在ROM / PROM / EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不必對(duì)它作細(xì)致的了解，更不能改變它。
2． 用戶程序存儲(chǔ)器
用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放用戶編制的控制程序。PLC術(shù)語(yǔ)中講的存儲(chǔ)器容量及型式就是指的用戶程序存儲(chǔ)器。常用的用戶存儲(chǔ)器型式有：EPROM、E2ROM、帶掉電保護(hù)的RAM等。
EPROM作程序存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)是：寫入程序不會(huì)因停電而丟失，但其成本較高，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
1） 調(diào)試時(shí)仍要用RAM作程序存儲(chǔ)器，而且最好用帶電容/電池后備的RAM，這樣用戶實(shí)質(zhì)上是購(gòu)了兩套用戶程序存儲(chǔ)器。
2） 對(duì)許多PLC而言，往往還要另外配套購(gòu)置專用的EPROM寫入裝置和擦除裝置。
E2PROM是非易失性的且可電擦除的存儲(chǔ)器，它兼有ROM的非易失性和RAM隨機(jī)存取之優(yōu)點(diǎn)，它的寫入或擦除不需特殊裝置，用它作用戶程序存儲(chǔ)器，在程序調(diào)試階段，可用編程器直接修改程序，程序確定下來(lái)投入運(yùn)行后。這是它的優(yōu)越之處，不足的是，它的寫入時(shí)間較長(zhǎng)(約為ms 級(jí))，但對(duì)手工輸入或修改程序而言，這點(diǎn)是不成問(wèn)題的。
一般而言，用戶的控制程序必須經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試和修改才能確定下來(lái)，據(jù)此特點(diǎn)，在控制程序沒(méi)確定以前，常先采用帶掉電保護(hù)的RAM作用戶程序存儲(chǔ)器，待程序確定后，再由廠家提供的EPROM寫入器將程序固化到EPROM中，并將該EPROM插入PLC中運(yùn)行。EPROM插入PLC后，PLC則運(yùn)行EPROM中的用戶程序，若沒(méi)EPROM插入，PLC則運(yùn)行RAM區(qū)中的用戶程序。許多用戶用掉電保護(hù)的RAM作用戶程序存儲(chǔ)器，因?yàn)樗攘韮煞N價(jià)格便宜，一旦電源停電，靠后備電池/電容可以保存RAM中的程序數(shù)年 / 數(shù)十天，只要做到停電時(shí)間不超過(guò)這期限即可。這點(diǎn)對(duì)于一般的工礦企業(yè)而言是容易做到的。
例如：OMRON公司的C200H-MR431/831是全電池后備RAM存儲(chǔ)器，C200H-MR431 / 831是電容后備RAM存儲(chǔ)器，它們?cè)?5℃的壞境下，可以保存程序的時(shí)間分別是2~3年、20天。
3． 數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器 (I/O映像存儲(chǔ)器)
數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)器用來(lái)存放開關(guān)量I/O狀態(tài)表，定時(shí)器、計(jì)算器的預(yù)置值表，模擬量I/O數(shù)值等。
4． 高速暫存儲(chǔ)器
高速暫存儲(chǔ)器主要存放運(yùn)算的中間結(jié)果，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、故障診斷的標(biāo)志位等。其中，3、4兩類存儲(chǔ)器，常用RAM，這其中部分或全部有后備電源。
三． I/O部分
PLC的I/O部分，因用戶的需求不同有各種不同的組合方式，通常以模塊的形式供應(yīng)，一般可分為：
① 開關(guān)量I/O模塊 ② 模擬量I/O模塊
③ 數(shù)字量I/O模塊（包括TTL電平I/0模塊、撥碼開關(guān)輸入模塊、
LED/LCD/CRT顯示控制模塊、打印機(jī)控制模塊）
④ 高速計(jì)數(shù)模塊 ⑤ 精確定時(shí)模塊
⑥ 快速響應(yīng)模塊 ⑦ 中斷控制模塊
⑧ PID模塊 ⑨ 位置控制模塊
⑩ 軸向定位模塊 ⑾ 通信模塊。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號(hào)
