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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(jìn)行順序動作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)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(jī)(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)。
上世紀(jì)80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展快的時期,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(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,PLC逐漸進(jìn)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(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、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。
2 PLC的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu),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(jī)架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
3 CPU的構(gòu)成
CPU是PLC的核心,起中樞的作用,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(jìn)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。

除了以上所述的部件和設(shè)備外,PLC還有許多外部設(shè)備,如EPROM寫入器、外存儲器、人/機(jī)接口裝置等。
EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失,經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存到EPROM中。
PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存儲器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲器作成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序,這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口,實現(xiàn)與內(nèi)存儲器之間相互傳送用戶程序。
人/機(jī)接口裝置是用來實現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話。簡單、普遍的人/機(jī)接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報警器等器件構(gòu)成。對于PLC系統(tǒng),還可采用半智能型CRT人/機(jī)接口裝置和智能型終端人/機(jī)接口裝置。半智能型CRT人/機(jī)接口裝置可長期安裝在控制臺上,通過通信接口接收來自PLC的信息并在CRT上顯示出來;而智能型終端人/機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲器,能夠與操作人員快速交換信息,并通過通信接口與PLC相連,也可作為立的節(jié)點接入PLC網(wǎng)絡(luò)。

在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能,指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作,歸納起來主要有以下幾個方面:
1) 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。
2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等
3) 通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。
4) 從存儲器逐條讀取用戶程序,經(jīng)過解釋后執(zhí)行。
5) 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果,更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容,通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。
2.存儲器
存儲器主要有兩種:一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲器RAM,另一種是只讀存儲器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中,存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)程序是由PLC 的制造廠家編寫的,和PLC的硬件組成有關(guān),完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能,提供PLC運行的平臺。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能,而且在PLC使用過程中不會變動,所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中,用戶不能訪問和修改。
用戶程序是隨PLC的控制對象而定的,由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改,用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中,用鋰電池作為后備電源,以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞,當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常,不需要改變,可將其固化在只讀存儲器EPROM中?,F(xiàn)在有許LC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。
工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中,以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中,設(shè)有存放輸入輸出繼電器、繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū),這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運行情況而確定的。根據(jù)需要,部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài),這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。

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