基于可編程控制器的自動控制

方園

摘要：PLC是利用微機(jī)技術(shù)再結(jié)合繼電器常規(guī)控制概念而產(chǎn)生的，從某一方面將，PLC就可以當(dāng)做是計算機(jī)系統(tǒng)，它與一般的計算機(jī)相比，他有特備的輸入，輸出接口用來連接工業(yè)過程，它有專門的編程語音去滿足控制要求，由于自身強(qiáng)大的特性，使其具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，且其信息傳輸較為穩(wěn)定。所以PLC適于在生產(chǎn)車間應(yīng)用的監(jiān)控微機(jī)，其主要由硬件與軟件兩大系統(tǒng)構(gòu)成，和一般微型計算機(jī)系統(tǒng)相似。

關(guān)鍵詞：PLC；可編程控制器；自動控制；分析

1可編程序控制器的硬件系統(tǒng)

其硬件系統(tǒng)包含有以下幾部分：主機(jī)系統(tǒng)、輸入，輸出拓展環(huán)節(jié)及其外部裝備。

1.1主機(jī)系統(tǒng)

（1）微處理器單元（central Processing Unit，CPU）。PLC的核心是CPU，CPU有微處理器和控制接口電路組成。在PLC中，微處理器的作用是對運算進(jìn)行控制，它也是運算控制中心，它能夠進(jìn)行邏輯運算并對控制系統(tǒng)的內(nèi)部工作起到協(xié)調(diào)作用。它完全是執(zhí)行系統(tǒng)程序所發(fā)出的指令。

（2）存儲器。在PLC中，存儲器是用來存放數(shù)據(jù)、用戶程序和運行數(shù)據(jù)。它分為只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存取存儲器（RAM）兩種。其中只讀存儲器（ROM）是只能讀不能儲存，而隨機(jī)存取存儲器（RAM）卻可以隨時取出和存儲。

（3）輸入/輸出模塊單元。處于PLC系統(tǒng)中，該模塊單元的功能即是運用模塊接口通過接連線路已實現(xiàn)相關(guān)工業(yè)設(shè)施與生產(chǎn)狀況的監(jiān)控與監(jiān)測。經(jīng)該模塊輸入接口，將所收集的信息進(jìn)行處理，并將處理的結(jié)果信息經(jīng)輸出接口傳出以實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運作。信息經(jīng)輸入模塊接口傳人到PLC系統(tǒng)中，經(jīng)系統(tǒng)處理后獲得設(shè)備運作的相關(guān)參數(shù)；再經(jīng)輸出接口將獲得參數(shù)傳出，并開始對生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以實現(xiàn)相關(guān)功能。在PLC中。儲存有各類參數(shù)的子系統(tǒng)。其存在是為了保障PLC較強(qiáng)的適應(yīng)性。

（4）I/O擴(kuò)展接口。其功能是為了拓寬PLC中的數(shù)據(jù)輸入與輸出數(shù)量與類別的設(shè)備，該接口可以實現(xiàn)多種類輸入，輸出單元和PLC之間的連接，此外其本身的存在串、并接口，進(jìn)一步拓展了連接輸出模式。

（5）外設(shè)I/O接口。在PLC系統(tǒng)中，其主要功能是人機(jī)指令、機(jī)機(jī)指令相互聯(lián)系的媒介。其主要實現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)施之間的聯(lián)系，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)與其他PLC系統(tǒng)的連接。其接口型號通常是RS232C或RS422A。其連接方式通常是串行，該接口的作用在于實現(xiàn)數(shù)據(jù)變換、信息的辨別、驗證數(shù)據(jù)信息是否準(zhǔn)確、及其信息平臺變換等。對于型號較小的PLC中，該接口采取并行方式，可以與專業(yè)的編碼器相連。

（6）電源。其功能是實現(xiàn)系統(tǒng)動力源。具體的作用是實現(xiàn)外部高壓電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部所需要的適配電源，其開關(guān)電源與外部電源相連接。該單元還包含斷電保護(hù)與備用電源，保障系統(tǒng)在突然斷電后系統(tǒng)的主要部分單元還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存的相關(guān)功能，例如RAM數(shù)據(jù)存儲功能。PLC系統(tǒng)中，電源采用的模式均是開關(guān)模式。其優(yōu)點如下：可以適應(yīng)多種外部電源環(huán)境、質(zhì)輕體小、較快實現(xiàn)系統(tǒng)運作、避免干擾性能較好。

1.2輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)屬于PLC的輸入與輸出的拓展結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作人員在需求系統(tǒng)不能達(dá)到時。可以通過該環(huán)節(jié)來處理。該環(huán)節(jié)常與PLC的輸入/輸出系統(tǒng)連接，其主要存在的種類有兩種，簡單與智能兩類。簡單類的輸入/輸出拓展過程沒有CPU。對外處理的方式主要靠主機(jī)指令來進(jìn)行調(diào)配，主要基于主機(jī)的軟件系統(tǒng)的執(zhí)行。一般裝在靠近主機(jī)處，并經(jīng)并行接口與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，通常這種簡單類型多被小型的PLC系統(tǒng)采用。智能型拓展接口其內(nèi)部常存在有CPU，其功能是實現(xiàn)工作現(xiàn)場的信息的輸入與輸出的監(jiān)管。不需要將信息傳遞給主機(jī)。一般采用串行方式和主機(jī)進(jìn)行信息的傳遞，能與主機(jī)分開裝置，常用于大型的PLC中。

1.3外部設(shè)備

（1）編程器。其功能是實現(xiàn)對PLC程序的編寫與調(diào)節(jié)。是實現(xiàn)人機(jī)對話的窗口。經(jīng)過該裝置能將外部所需的信息編入到系統(tǒng)的RAM當(dāng)中，或針對RAM當(dāng)中的原有程序的進(jìn)行改編。經(jīng)該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對PLC系統(tǒng)的運行的監(jiān)控與追蹤，可以較為方便實現(xiàn)程序的編寫與調(diào)節(jié)。

此外能實現(xiàn)編輯器功能方式，即是運用微機(jī)與PLC相關(guān)的生產(chǎn)者供給的程序相配合實現(xiàn)編輯器的功能，像這種編輯方式已經(jīng)成為PLC未來的發(fā)展方式。目前。很多PLC生產(chǎn)廠家一般不再提供編輯器，只是提供有關(guān)微機(jī)編寫的程序，并與相關(guān)的通信連接裝置。

（2）彩色圖形顯示器。一般大中型的PLC系統(tǒng)轉(zhuǎn)配了彩色圖形顯示器。其功能是用于呈現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬圖、現(xiàn)場監(jiān)控參數(shù)、生產(chǎn)動態(tài)參數(shù)及其預(yù)警相關(guān)參數(shù)等過程中數(shù)據(jù)，全面掌控現(xiàn)場動態(tài)。

（3）打印機(jī)。屬于系統(tǒng)外部裝置，其作用是用于動態(tài)參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、及其預(yù)警參數(shù)等錄取。

PLC系統(tǒng)?？梢匝b備有相關(guān)外部設(shè)備，主要為系統(tǒng)輸入輸出做輔助，例如配備相應(yīng)的存儲設(shè)備用于存儲信息。

2可編程序控制器的軟件系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)不僅包含有硬件設(shè)備，還有相關(guān)程序作以輔助，二者相互聯(lián)系，一起構(gòu)建PLC系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)程序包含有兩部分，系統(tǒng)內(nèi)部程序與應(yīng)用程序。

2.1系統(tǒng)程序

其主要由PLC生產(chǎn)廠家編寫，其存儲與PROM或EPROM內(nèi)，裝與PLC中，一般產(chǎn)品出售時，其隨之附上給需求者。PLC系統(tǒng)程序主要包含有以下幾部分：管理程序、應(yīng)用相關(guān)指令程序與相關(guān)單元調(diào)節(jié)版塊等。

2.2用戶程序

基于應(yīng)用實際情況監(jiān)控需求由使用者編寫用于進(jìn)行現(xiàn)場控制的程序。用戶程序包含有以下幾類：開關(guān)監(jiān)控軟件、假想量運作軟件、閉環(huán)監(jiān)控軟件與運作控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件等。

3可編程序控制器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)

3.1可編程序控制器的工作原理

適應(yīng)于生產(chǎn)監(jiān)管的專用系統(tǒng)的微機(jī)，其運行的原理與微機(jī)監(jiān)管程序運行原理大致一樣。

PLC的工作模式是屬于周期性循環(huán)模式，中央處理器不斷重復(fù)應(yīng)用軟件與任務(wù)的重復(fù)性工作，這樣的過程叫做掃描。CPU根據(jù)運行軟件進(jìn)行運作就是CPU的連續(xù)重復(fù)掃描的過程，不斷地重復(fù)性的集中進(jìn)行采樣與輸出的模式來實現(xiàn)的。一個工作周期被劃分為幾部來實現(xiàn)：

3.2輸入采樣掃描階段

這屬于集中過程其中之一，處于這樣的過程中，PLC根據(jù)相應(yīng)的次序進(jìn)行逐一收集將全部的輸入信息進(jìn)行集中，不管輸入端是否有數(shù)據(jù)傳入，CPU都會按照次序?qū)⒚總€輸入端上信息進(jìn)行讀取，并寄存于映像儲存器上。在目前的工作周期中。應(yīng)用軟件選用的信息狀態(tài)都是通過映像儲存器獲取的，此時外面的信息是否改變都不會影響此時工作的運行，及時信息發(fā)生改變也是在下一個工作過程中出現(xiàn)改變，雖然每個數(shù)據(jù)傳輸都出現(xiàn)次序，由于PLC工作周期較為短暫，這個現(xiàn)象基本可以不計，因此所收集的輸入信息幾乎是同一時間傳到的。

3.3執(zhí)行用戶程序掃描階段

該階段主要是工作階段的另一個信息集中中心，在該階段時，中央處理器工作應(yīng)用軟件是根據(jù)一定的次序開展的。假如軟件的呈現(xiàn)模式是梯形圖，那么掃描順序就是先上后下、從左至右，當(dāng)信號被輸入之后在掃描過程中不會被立即讀取，掃描過程中的信息均是從輸入映像寄存器中去讀取。但是還有另一種情況，當(dāng)其他數(shù)據(jù)輸入時，能夠從PLC的相關(guān)單元映像寄存器獲取，應(yīng)用軟件被執(zhí)行時，元件映像寄存器首先獲得每一次運算所得的中間結(jié)果，對輸出繼電器進(jìn)行掃描時，其掃描結(jié)果要先寫入輸出映像寄存器也再去驅(qū)動外部負(fù)載。這個過程中，可以許可數(shù)字量I/O與沒有建立數(shù)字過濾的模擬量I/O二者指令進(jìn)行運作，在工作期限內(nèi)每個部分都可以對于間斷的信息做出反應(yīng)。

在該階段中，輸入映像寄存器常常是不改變的。與其不同的是。其他單元相關(guān)內(nèi)容隨時都在改變。并伴隨著軟件的運行而改變。

3.4輸出刷新掃描階段

該階段屬于信息集中輸出區(qū)，中央處理器對于PLC中所有的應(yīng)用軟件進(jìn)行掃描。當(dāng)該過程結(jié)束以后，可以將單元映像寄存器當(dāng)中的各輸出繼電器的狀態(tài)同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經(jīng)輸出端子去驅(qū)動各輸出繼電器所帶的負(fù)載。

每個工作周期的最后一個環(huán)節(jié)即是輸出刷新，當(dāng)該環(huán)節(jié)結(jié)束之后，中央處理器將會進(jìn)行下一個工作周期，這個過程不斷重復(fù)，即是PLC工作狀態(tài)。

4可編程序控制器的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）輸入/輸出點數(shù)

描述的PLC大小的重要參數(shù)就是PLC的輸入，輸出點數(shù)，這個點數(shù)是外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。

（2）存儲容量

PLC中存在的存儲器有三個部分組成：用來儲存系統(tǒng)內(nèi)部程序的存儲器；面向用戶的存儲器用來儲存用戶輸入的程序；數(shù)據(jù)存儲器。通常。用戶程序存儲器的容量加上數(shù)據(jù)存儲器容量就是PLC存儲容量通，它代表系統(tǒng)提供給用戶的可用資源的大小，是衡量系統(tǒng)性能的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）掃描速度

PLC的掃描方式是循環(huán)掃描，每進(jìn)行1次掃描，所經(jīng)歷的掃描時間叫做掃描周期。掃描速度跟有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型都有關(guān)系。PLC的運行受PLC中CPU的類型直接影響。

（4）指令系統(tǒng)

指令系統(tǒng)匯聚了PLC中全部的指令。PLC的編程指令和軟件功能是掛鉤的。指令越多。功能就越強(qiáng)，然而想掌握它也是相當(dāng)不易的。用戶在選擇可編程控制器時，一定要從實際出發(fā)，選擇滿足要求可編程控制器。

（5）通信功能

通信分兩種情況。一種是PLC內(nèi)部的通信。另一種是PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信涉及的內(nèi)容較多。例如通信模塊和接口、通信協(xié)議和指令等。衡量PLC產(chǎn)品的好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)是PLC的組網(wǎng)和通信能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2010（01）

[2]周恩濤可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]機(jī)械工業(yè)出版社.

[3]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.