可編程邏輯控制器（PLC）已經(jīng)在工業(yè)制造領(lǐng)域占據(jù)了相當(dāng)大的份額，如果這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，我們就會(huì)失職。因此，我們?cè)谶@個(gè)新的EC＆M部門的基礎(chǔ)上展示了一系列基于PLC的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋了固態(tài)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)。在本系列PLC基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，我們將介紹PLC硬件模塊; 軟件功能; 目前的申請(qǐng); 安裝參數(shù); 測(cè)試和故障排除; 和硬件/軟件維護(hù)。

什么是PLC？

美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)（NEMA）將PLC定義為“數(shù)字操作電子設(shè)備，通過(guò)實(shí)現(xiàn)特定功能，如邏輯，排序，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)，通過(guò)數(shù)字控制，使用可編程存儲(chǔ)器進(jìn)行內(nèi)部存儲(chǔ)指令或模擬I / O模塊各種類型的機(jī)器或過(guò)程。“

一家PLC制造商將其定義為“固態(tài)工業(yè)控制設(shè)備，它接收來(lái)自用戶提供的受控設(shè)備（如傳感器和開關(guān)）的信號(hào)，以存儲(chǔ)在用戶存儲(chǔ)器中的基于梯形圖的應(yīng)用程序進(jìn)度確定的精確模式實(shí)現(xiàn)它們，以及提供控制過(guò)程或用戶提供的設(shè)備的輸出，例如繼電器或電機(jī)啟動(dòng)器。“

基本上，它是一種固態(tài)可編程電氣/電子接口，可以非?？斓乃俣炔倏v，執(zhí)行和/或監(jiān)控過(guò)程或通信系統(tǒng)的狀態(tài)。它基于整個(gè)基于微處理器的系統(tǒng)中包含的可編程數(shù)據(jù)運(yùn)行。

PLC能夠接收（輸入）和傳輸（輸出）各種類型的電氣和電子信號(hào)，并且?guī)缀蹩梢钥刂坪捅O(jiān)控任何類型的機(jī)械和/或電氣系統(tǒng)。因此，它在與計(jì)算機(jī)，機(jī)器和許多其他外圍系統(tǒng)或設(shè)備的接口方面具有極大的靈活性。

它通常以梯形邏輯編程，設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境。

它看起來(lái)像什么？

PLC有各種尺寸。通常，PLC占用的空間或大小與用戶系統(tǒng)和輸入/輸出要求以及所選制造商的設(shè)計(jì)/封裝能力直接相關(guān)。

PLC的底盤可以是開放式或封閉式。各個(gè)模塊插入機(jī)箱的背板。

電子元件安裝在包含在模塊內(nèi)的印刷電路板（PCB）上。

它從哪里來(lái)的？

第一臺(tái)PLC于20世紀(jì)60年代末推出，是可編程控制器或PC的產(chǎn)物（不要與用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的符號(hào)混淆）。自60年代初以來(lái)，個(gè)人電腦一直圍繞著這個(gè)行業(yè)。

需要更好，更快的控制繼電器，以適應(yīng)更小的空間以及對(duì)程序不靈活性的挫敗感（硬接線繼電器，步進(jìn)開關(guān)和鼓編程器）催生了PC。

盡管PC和PLC在語(yǔ)音上已經(jīng)互換，但它們之間的區(qū)別在于PC專用于控制固定程序中的功能，在某種意義上類似于過(guò)去的能力有限的問(wèn)題。另一方面，PLC僅需要重寫其軟件邏輯以滿足被控制系統(tǒng)的任何新要求。因此，PLC可以適應(yīng)許多過(guò)程的變化或監(jiān)控應(yīng)用程序要求。

PLC如何工作？

要了解PLC的工作原理，我們必須了解其中央處理單元（CPU）的掃描順序。所有PLC的方法基本相同。但是，由于特殊硬件模塊已添加到系統(tǒng)中，因此需要額外的掃描周期。

這是一個(gè)涉及每個(gè)PLC的簡(jiǎn)單掃描過(guò)程。首先，梯形邏輯軟件程序掃描I / O硬件模塊，如下所示。

上電時(shí)，處理器掃描輸入模塊并將數(shù)據(jù)內(nèi)容傳輸?shù)捷斎氲膱D像表或寄存器。來(lái)自輸出圖像表的數(shù)據(jù)被傳送到輸出模塊。

接下來(lái)，掃描軟件程序，檢查每個(gè)語(yǔ)句以查看是否滿足條件。如果滿足條件，則處理器將數(shù)字位“1”寫入輸出圖像表，并且外圍設(shè)備將被激勵(lì)。如果不滿足條件，則處理器將“0”寫入輸出圖像表，并且外圍設(shè)備（使用“正邏輯”）保持?jǐn)嚯姟?/p>

PLC連接多種類型的外部電氣和電子信號(hào)。這些信號(hào)可以是AC或DC電流或電壓。通常，它們的范圍為4至20毫安（mA）或0至120VAC，以及0至48VDC。這些信號(hào)稱為I / O（輸入/輸出）點(diǎn)。它們的總稱為PLC的I / O能力。從電子的角度來(lái)看，這個(gè)數(shù)字取決于PLC的CPU能夠在指定的時(shí)間內(nèi)查看或掃描多少點(diǎn)。這種性能特征稱為掃描時(shí)間。但是，從用戶的實(shí)際角度來(lái)看，所需的I / O模塊數(shù)量以及每個(gè)I / O模塊上包含的I / O點(diǎn)數(shù)將推動(dòng)系統(tǒng)的I / O能力。

在PLC系統(tǒng)中具有足夠的I / O功能非常重要。最好不要少，以便在將來(lái)需要更多的I / O點(diǎn)時(shí)，將現(xiàn)有的備用I / O點(diǎn)寫入軟件更容易（因?yàn)橛布呀?jīng)存在）。擁有備用I / O點(diǎn)對(duì)操作系統(tǒng)沒(méi)有任何影響; 可以對(duì)軟件進(jìn)行編程以忽略它們，這些點(diǎn)對(duì)PLC的掃描時(shí)間的影響可以忽略不計(jì)。

PLC的軟件程序

軟件程序是PLC的核心，由程序員編寫，程序員使用元素，功能和指令來(lái)設(shè)計(jì)PLC要控制或監(jiān)視的系統(tǒng)。這些元件放置在繼電器梯形邏輯（RLL）中的單獨(dú)編號(hào)的梯級(jí)上。軟件的RLL由CPU模塊或控制器模塊中的處理器執(zhí)行（相同的模塊，不同的名稱）。

有許多類型的PLC軟件設(shè)計(jì)包可用。一個(gè)經(jīng)常選擇的軟件包是RLL格式，包括觸點(diǎn)，線圈，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，寄存器，數(shù)字比較塊和其他類型的特殊數(shù)據(jù)處理功能。使用這些元素，程序員設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。然后將外部設(shè)備和組件連接到與程序員軟件梯形邏輯相同的系統(tǒng)中。然而，并非所有的軟件元素都具有硬連線的物理對(duì)應(yīng)物。

當(dāng)PLC的處理器通過(guò)軟件程序（梯級(jí)）掃描（自上而下）時(shí)，執(zhí)行RLL的每個(gè)梯級(jí)。然后，軟件鏡像的硬連線設(shè)備變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。因此，軟件是控制設(shè)備，并為程序員或技術(shù)人員提供了從系統(tǒng)操作“強(qiáng)制狀態(tài)”或“阻止設(shè)備”的靈活性。例如，可以使線圈或觸點(diǎn)直接從軟件操作（獨(dú)立于控制柜對(duì)源或現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的硬連線）?；蛘?，可以使設(shè)備看起來(lái)不可見（從系統(tǒng)的操作中移除），即使它是電硬連線和物理到位的。

各個(gè)PLC部分

所有PLC的共同點(diǎn)是四個(gè)部分，每個(gè)部分可以細(xì)分為更小但同樣重要的部分。這些主要部分包括電源部分，它為PLC和I / O基本模塊提供工作直流電源，并包括備用電池; 程序軟件部分; CPU模塊，包含處理器并保存內(nèi)存; 和I / O部分，它控制外圍設(shè)備并包含輸入和輸出模塊。

電源部分。電源（PS）部分從外部120VAC或240VAC電源（線電壓）獲得其輸入電源，該電源通常通過(guò)控制繼電器和PS外部的濾波器進(jìn)行熔斷和饋電。此外，PS還有自己的集成交流輸入保險(xiǎn)絲。

然后，該線電壓逐步降壓，整流，濾波，調(diào)節(jié)，電壓和電流保護(hù)以及狀態(tài)監(jiān)控，狀態(tài)指示以幾個(gè)LED（發(fā)光二極管）的形式顯示在PS的正面。PS可以具有用于保護(hù)存儲(chǔ)器或選擇特定編程模式的鍵開關(guān)。

PS的輸出為PLC的各種模塊（通常具有20A或50A的總電流容量）以及用于存儲(chǔ)器備份的集成鋰電池提供低DC電壓。如果PS發(fā)生故障或其輸入線電壓降至特定值以下，則存儲(chǔ)器內(nèi)容將不會(huì)從故障前的狀態(tài)改變。

PS輸出為PLC中的每個(gè)模塊供電; 但是，它不向PLC的外圍I / O設(shè)備提供直流電壓。

CPU模塊。“CPU”，“控制器”或“處理器”是不同制造商用來(lái)表示執(zhí)行基本相同功能的相同模塊的所有術(shù)語(yǔ)。CPU模塊可以分為兩部分：處理器部分和存儲(chǔ)部分。

處理器部分做出PLC所需的決定，以便它可以操作并與其他模塊通信。它沿著串行或并行數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信。I / O基本接口模塊或單獨(dú)的板載接口I / O電路提供與處理器通信所需的信號(hào)調(diào)節(jié)。處理器部分還執(zhí)行程序員的RLL軟件程序。

存儲(chǔ)器部分（可電子地）將可檢索的數(shù)字信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器的三個(gè)專用位置中。處理器例行掃描這些存儲(chǔ)器位置。存儲(chǔ)器將接收（“寫入”模式）數(shù)字信息或由處理器訪問(wèn)（“讀取”模式）數(shù)字信息。這種讀/寫（R / W）功能提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)改變程序。

存儲(chǔ)器包含幾種類型信息的數(shù)據(jù)。通常，數(shù)據(jù)表或圖像寄存器以及軟件程序RLL位于CPU模塊的存儲(chǔ)器中。程序消息可以或可以不與其他存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)一起駐留。

某些制造商使用備用電池來(lái)保護(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)容在電源或內(nèi)存模塊出現(xiàn)故障時(shí)丟失。還有一些使用各種集成電路（IC）存儲(chǔ)器技術(shù)和設(shè)計(jì)方案，其將在不使用備用電池的情況下保護(hù)存儲(chǔ)器內(nèi)容。

CPU模塊的典型存儲(chǔ)器部分具有96,000（96K）字節(jié)的存儲(chǔ)器大小。此大小告訴我們內(nèi)存中可用的存儲(chǔ)位置。當(dāng)需要更大的內(nèi)存大小時(shí)，可以在PLC系統(tǒng)中添加額外的內(nèi)存模塊。隨著I / O模塊數(shù)量的增加或軟件程序變大，這些擴(kuò)展模塊將添加到PLC系統(tǒng)中。完成此操作后，內(nèi)存大小可以高達(dá)1,024,000（1024K）字節(jié)。

制造商將以“字節(jié)”或“字”表示存儲(chǔ)器大小。一個(gè)字節(jié)是8位，一位是二進(jìn)制代碼中的最小位。它是邏輯“1”或邏輯“0”。一個(gè)字的長(zhǎng)度等于兩個(gè)字節(jié)或16位。并非所有制造商都使用16位字，因此請(qǐng)注意您的PLC制造商已將其定義為其存儲(chǔ)器字位大小。

軟件項(xiàng)目。PLC不僅需要電子元件操作，還需要軟件程序。PLC編程器不僅限于以一種格式編寫軟件。有許多類型可供選擇，每種類型都可以更容易地將一個(gè)應(yīng)用程序放在另一個(gè)應(yīng)用程序之上。典型的是先前討論的RLL類型。其他S / W程序包括“C”，狀態(tài)語(yǔ)言和SFC（順序功能圖表）。

無(wú)論選擇哪種軟件，它都將由PLC的CPU模塊執(zhí)行。軟件可以在處理器處于在線狀態(tài)（PLC實(shí)際運(yùn)行時(shí)）或處于離線狀態(tài)（由此S / W執(zhí)行不影響I / O基板的當(dāng)前操作）的情況下編寫和執(zhí)行。

在RLL軟件程序中，我們發(fā)現(xiàn)了幾種類型的編程元素和函數(shù)來(lái)控制PLC（存儲(chǔ)器和寄存器）以及外部（現(xiàn)場(chǎng)）器件內(nèi)部的過(guò)程。下面列出了一些更常見的元素，功能和說(shuō)明：

*觸點(diǎn)（可以是正常打開或關(guān)閉;在監(jiān)視器上突出顯示它們是活動(dòng)的）。

*線圈（可以是正常的或鎖定的;突出顯示意味著它們通電）。

*定時(shí)器（線圈可以在指定的延遲時(shí)間內(nèi)為ON或OFF）。

*計(jì)數(shù)器（可以向上或向下遞增計(jì)數(shù)）。

*位移位寄存器（激活時(shí)可將數(shù)據(jù)移位一位）。

*單次觸發(fā)（意味著在一個(gè)掃描時(shí)間內(nèi)有效;對(duì)脈沖定時(shí)器有用）。

*鼓（可以根據(jù)時(shí)間或事件排序）。

*數(shù)據(jù)操作指令（啟用移動(dòng)，比較數(shù)字值）。

*算術(shù)指令（啟用數(shù)字值的加法，減法，乘法和除法）。

外圍設(shè)備

PLC及其I / O基座的外圍設(shè)備可以是從主機(jī)和控制臺(tái)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元或場(chǎng)限位開關(guān)的任何設(shè)備。用于編程的打印機(jī)和工業(yè)終端也是外圍設(shè)備。

外圍設(shè)備可以生成或接收AC或DC電壓和電流以及數(shù)字脈沖序列或快速長(zhǎng)度（脈沖寬度）的單脈沖。

這些外部操作設(shè)備有時(shí)具有苛刻和/或快速的信號(hào)特性，必須能夠與PLC的敏感微處理器連接。各種類型的I / O模塊（使用適當(dāng)?shù)钠帘坞娎|）可用于完成此項(xiàng)工作。

輸入模塊

輸入模塊有兩個(gè)功能：接收外部信號(hào)和該輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示。換句話說(shuō)，它接收外圍傳感單元的信號(hào)并為該信號(hào)的狀態(tài)提供信號(hào)調(diào)節(jié)，終止，隔離和/或指示。

輸入模塊的輸入是離散或模擬形式。如果輸入是ON-OFF類型，例如使用按鈕或限位開關(guān)，則該信號(hào)被認(rèn)為是離散的。另一方面，如果輸入變化，例如溫度，壓力或水平，則信號(hào)本質(zhì)上是模擬的。

向描述外部條件的輸入模塊發(fā)送信號(hào)的外圍設(shè)備可以是開關(guān)（限制，接近，壓力或溫度），按鈕或邏輯，二進(jìn)制編碼十進(jìn)制（BCD）或模數(shù)（A / D）電路。掃描這些輸入信號(hào)點(diǎn)，并通過(guò)每個(gè)PLC和I / O基座內(nèi)的接口模塊或電路傳送它們的狀態(tài)。下面列出了一些典型類型的輸入模塊。

*直流電壓（110,220,14,24,48,15-30V）或電流（4-20 mA）。

*交流電壓（110,240,24,48V）或電流（4-20 mA）。

* TTL（晶體管晶體管邏輯）輸入（3-15VDC）。

*模擬輸入（12位）。

*字輸入（16位/并行）。

*熱電偶輸入。

*電阻溫度檢測(cè)器。

*高電流繼電器。

*低電流繼電器。

*鎖存輸入（24VDC / 110VAC）。

*隔離輸入（24VDC / 85-132VAC）。

*智能輸入（包含微處理器）。

*定位輸入。

* PID（比例，intregal，微分）輸入。

*高速脈沖。

輸出模塊

輸出模塊傳輸離散或模擬信號(hào)以激活各種設(shè)備，例如液壓執(zhí)行器，螺線管，電機(jī)啟動(dòng)器，并顯示所連接輸出點(diǎn)的狀態(tài)（通過(guò)使用LED）。信號(hào)調(diào)理，終止和隔離也是輸出模塊功能的一部分。處理器以與輸入模塊相同的方式處理輸出模塊。

目前可用的一些典型輸出模塊包括：

*直流電壓（24,48,110V）或電流（4-20 mA）。

*交流電壓（110,240v）或電流（4-20 mA）。

*隔離（24VDC）。

*模擬輸出（12位）。

*字輸出（16位/并行）。

*智能輸出。

* ASCII輸出。

*雙通訊端口。

專業(yè)術(shù)語(yǔ)知識(shí)：

A / D：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字的設(shè)備或模塊。

地址：PLC存儲(chǔ)器中用于存儲(chǔ)信息的編號(hào)位置（存儲(chǔ)編號(hào)）。

模擬輸入：變化信號(hào)提供過(guò)程將信息改變?yōu)槟M輸入模塊。

模擬輸出：變化的信號(hào)傳輸過(guò)程改變來(lái)自模擬輸出模塊的信息。

波特率：發(fā)送或接收的每秒比特?cái)?shù); 還有設(shè)備可接受的數(shù)字傳輸速度。

BCD：二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制。一種用于將0到9（基數(shù)10）編號(hào)系統(tǒng)表示為二進(jìn)制（基數(shù)2）等價(jià)的方法。

位：?jiǎn)蝹€(gè)二進(jìn)制數(shù)字。

字節(jié)：八位。

中央處理單元（CPU）：解釋，決定和執(zhí)行指令的集成電路（IC）。

D / A：將數(shù)字字轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的設(shè)備或模塊

電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）：與EPROM相同，但可以電擦除。

可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）：用戶可以多次擦除和加載新數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，但在應(yīng)用程序中使用時(shí)，它可用作ROM。EPROM在電力損失期間不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。它們是納米易失性存儲(chǔ)器。

映像寄存器/映像表：為I / O位狀態(tài)保留的專用存儲(chǔ)單元。

輸入模塊：處理來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字或模擬信號(hào)。

I / O點(diǎn)：連接輸入和輸出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的I / O模塊上的終端點(diǎn)。

毫秒：千分之一秒（1/1000秒，0.001秒）。

調(diào)制解調(diào)器：調(diào)制解調(diào)器是調(diào)制器/解調(diào)器的首字母縮寫。這是一種調(diào)制（混合）和解調(diào)（分離）信號(hào)的設(shè)備。

操作員界面：允許系統(tǒng)操作員訪問(wèn)PLC和I / O基本條件的設(shè)備。

輸出模塊：控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

并行數(shù)據(jù)：發(fā)送或接收字節(jié)或字的數(shù)據(jù)，其所有位同時(shí)存在。

程序：完成任務(wù)的一個(gè)或多個(gè)指令或語(yǔ)句。

編程設(shè)備：用于告訴PLC應(yīng)該做什么以及何時(shí)應(yīng)該完成的設(shè)備。

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）：一種存儲(chǔ)器，可以在任何地址訪問(wèn)數(shù)據(jù)，而無(wú)需讀取多個(gè)順序地址。可以從存儲(chǔ)位置讀取和寫入數(shù)據(jù)。RAM具有易失性存儲(chǔ)器，這意味著斷電會(huì)導(dǎo)致RAM中的內(nèi)容丟失。

只讀存儲(chǔ)器（ROM）：可以讀取數(shù)據(jù)但不能寫入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。ROM通常用于防止程序或數(shù)據(jù)因用戶干預(yù)而被破壞。

軟件：控制流程的一個(gè)或多個(gè)程序。