上海騰樺電氣設(shè)備有限公司

1.CPU運算和控制中心
起“心臟”作用。
縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認可的用戶編譯程序。
橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動器。
組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。
2． 存儲器
具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。
系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。
用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。
3．輸入/輸出接口
（1）輸入接口：
光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。
發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。
光電三級管：在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。
輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。
（2）輸出接口
PLC的繼電器輸出接口電路
工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作。
（3）還有特別用來輸入/輸出模擬電流信號和高速脈沖信號的特殊結(jié)構(gòu)，例如：模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、高速計數(shù)模塊等。
4．編程器
編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便，我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口，與計算機相連，然后敲擊鍵盤，通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序。
PLC的基本工作原理
PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式
1．每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。
2．輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。
3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。
4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。
5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓摹?/span>
6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。


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在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更方便地了解PLC，本文對PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識作一簡介，以期對各位網(wǎng)友有所幫助。
   一、PLC的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，*采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是*代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。
個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。
PLC的定義有許多種。電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。
上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展較快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗*力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。
   二、PLC的構(gòu)成
     從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
   三、CPU的構(gòu)成
CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)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(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC*的組成單元。
     在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。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。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
   四、I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。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)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
     開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：
     開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
     模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
     除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
     按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或機架槽數(shù)限制。
   五、電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。
   六、底板或機架
     大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。
   七、PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備
1、編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護*的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。
2、人機界面：較簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。
3、輸入輸出設(shè)備：用于*性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
   八、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)
     依靠*的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。
PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。
PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用。
     對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。





PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能 
 一．系統(tǒng)組成。 
 二．各部分的作用。 
 1． CPU運算和控制中心 
 起“心臟”作用。 
 縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認可的用戶編譯程序。 
 橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動器。 
 組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。 
 2． 存儲器 
 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 
 分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。 
 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 
 用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。 
 3．輸入/輸出接口 
 （1）輸入接口： 
 光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。 
 發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。 
 光電三級管：在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。 
 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。 
 （2）輸出接口 
 PLC的繼電器輸出接口電路 
 工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作。 
 三種類型： 
 繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載 西門子6ED1056-1DA00-0BA0規(guī)格型號大全
 晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負載 
 晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負載 
 4．編程器 
 編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序。 
 第二節(jié) PLC的基本工作原理 
 一．PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 
 1．每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 
 2．輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 
 3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 
 4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 
 5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù) 
 6．由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。 
 二．PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別 
 1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 
 前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。 西門子6ED1056-1DA00-0BA0規(guī)格型號大全
 前者用“軟件”，后者用“硬件”。 
 2．PLC與微機區(qū)別 
 前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷” 
 PLC 編程方式 
 PLC較突出的優(yōu)點采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。 
 PLC編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。 
 梯形圖語言特點： 
 1．每個梯形圖由多個梯級組成。 
 2．梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級的邏輯運算結(jié)果為“1”時，有假想的電流通過。 
 3．繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可以出現(xiàn)無數(shù)次。 
 4．每一梯級的運算結(jié)果，立即被后面的梯級所利用。 
 5．輸入繼電器受外部信號控制。只出現(xiàn)觸點，不出現(xiàn)線圈。 
 第四節(jié) 主要技術(shù)性能 
 用戶程序存儲容量：是衡量可存儲用戶應(yīng)用程序多少的指標(biāo)。通常以字或K字為單位。16位二進制數(shù)為一個字，每1024個字為1K字。PLC以字為單位存儲指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占1個字。定時/計數(shù)，移位指令占2個字。數(shù)據(jù)操作指令占2~4個字。 
 每五節(jié) PLC的分類 
 按結(jié)構(gòu)分類： 
 1． 整體式：是把PLC各組成部分安裝在一起或少數(shù)幾塊印刷電路板上，并連同電源一起裝在機殼內(nèi)形成一個單一的整體，稱之為主機或基本單元、小型、超小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。 
 模塊式：是把PLC各基本組成做成獨立的模塊。中型、大型PLC采用這種方式。便于維修。