[討論]有誰對(duì)關(guān)于PLC的編程知識(shí)感興趣嗎？(編程知識(shí)連載)

鶯 · 發(fā)表于 2006-11-3 23:32:34

有沒有人對(duì)PLC的編程基礎(chǔ)知識(shí)感興趣？如果有本版塊將會(huì)推出一些基礎(chǔ)知識(shí)供大家學(xué)習(xí)及交流！<br><br>現(xiàn)在的大多數(shù)設(shè)備都朝自動(dòng)化、智能化方向改進(jìn)、應(yīng)用，這些都離不開主控處理器的開發(fā)應(yīng)用，PLC可編程序控制器的系統(tǒng)原理是我們學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。<br><br>

[[i] 本帖最后由鶯于 2007-3-17 08:57 編輯 [/i]]

山中的漫游人 · 發(fā)表于 2006-11-4 11:09:02

同意

謝 · 發(fā)表于 2006-11-4 16:24:14

歡迎鶯版發(fā)表。

鶯 · 發(fā)表于 2007-3-16 00:50:52

可編程控制器程序設(shè)計(jì)語言:
在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能，例如，代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報(bào)表的報(bào)印和其他基本程序設(shè)計(jì)語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。
根據(jù)可編程器應(yīng)用范圍，程序設(shè)計(jì)語言可以組合使用，常用的程序設(shè)計(jì)語言是：
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言
布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言（語句表）
功能表圖程序設(shè)計(jì)語言
功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言
結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言
梯形圖與結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言
布爾助記符與功能表圖程序設(shè)計(jì)語言
布爾助記符與結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言
１、梯形圖（Ladder Diagram）程序設(shè)計(jì)語言
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。
梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：
（１）與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；
（２）與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)；
（３）與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待；
（４）與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。
２、布爾助記符（Boolean Mnemonic）程序設(shè)計(jì)語言
布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言與計(jì)算機(jī)中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。
布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn)：
（１）采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于撐握的特點(diǎn)；
（２）在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點(diǎn)，可在無計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；
（３）與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語言基本類同。
３、功能表圖（Sepuential Function Chart）程序設(shè)計(jì)語言
功能表圖程序設(shè)計(jì)語言是用功能表圖來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用功能表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個(gè)子系統(tǒng)，從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于設(shè)計(jì)人員和操作人員設(shè)計(jì)思想的溝通，便于程序的分工設(shè)計(jì)和檢查調(diào)試。功能表圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：
（１）以功能為主線，條理清楚，便于對(duì)程序操作的理解和溝通；
（２）對(duì)大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)時(shí)間和調(diào)試時(shí)間；
（３）常用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合；
（４）只有在活動(dòng)步的命令和操作被執(zhí)行，對(duì)活動(dòng)步后的轉(zhuǎn)換進(jìn)行掃描，因此，整個(gè)程序的掃描時(shí)間較其他程序編制的程序掃描時(shí)間要大大縮短。
功能表圖來源于佩特利（Petri）網(wǎng)，由于它具有圖形表達(dá)方式，能較簡(jiǎn)單和清楚地描述并發(fā)系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的所有現(xiàn)象，并能對(duì)系統(tǒng)中存有的象死鎖、不安全等反常現(xiàn)象進(jìn)行分析和建模，在模型的基礎(chǔ)上能直接編程，所以，得到了文泛的應(yīng)用。近幾年推出的可編程控制器和小型集散控制系統(tǒng)中也已提供了采用功能表圖描述語言進(jìn)行編程的軟件。關(guān)于佩特利（Petri）網(wǎng)的一些基本概念，我在以后有機(jī)會(huì)時(shí)再介紹給各位，以有助于對(duì)功能表圖的進(jìn)一步理解。
４、功能模塊圖（Function Block）程序設(shè)計(jì)語言
功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言是采用功能模塊來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。它有若干個(gè)輸入端和輸出端，通過軟連接的方式，分別連接到所需的其它端子，完成所需的控制運(yùn)算或控制功能。功能模塊可以分為不同的類型，在同一種類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而使功能或應(yīng)用范圍有所差別，例如，輸入端的數(shù)量、輸入信號(hào)的類型等的不同使它的使用范圍不同。由于采用軟連接的方式進(jìn)行功能模塊之間及功能模塊與外部端子的連接，因此控制方案的更改、信號(hào)連接的替換等操作可以很方便實(shí)現(xiàn)。功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：
（１）以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易；
（２）功能模塊是用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計(jì)人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性；
（３）對(duì)控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)錄的系統(tǒng)，由于控制功能的關(guān)系可以較清楚地表達(dá)出來，因此，編程和組態(tài)時(shí)間可以縮短，調(diào)試時(shí)間也能減少；
（４）由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，對(duì)功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此，這種設(shè)計(jì)語言在大中型可編程控制器和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。
５、結(jié)構(gòu)化語句（Structured Text）描述程序設(shè)計(jì)語言
結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言是用結(jié)構(gòu)化的描述語句來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。它是一種類似于高級(jí)語言的程序設(shè)計(jì)語言。在大中型的可編程序控制器系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言來描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。它也被用于集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)。
結(jié)構(gòu)化語句描述程序設(shè)計(jì)語言采用計(jì)算機(jī)的描述語句來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)制造廠商采用的語句描述程序設(shè)計(jì)語言與ＢＡＳＩＣ語言、ＰＡＳＣＡＬ語言或Ｃ語言等高級(jí)語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達(dá)方法及語句的種類等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言具有下列特點(diǎn)：
（１）采用高級(jí)語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；
（２）需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)編程人員的技能要求較高，普通電氣人員無法完成。
（３）直觀性和易操作性等性能較差；
（４）常被用于采用功能模塊等其他語言較難實(shí)現(xiàn)的一些控制功能的實(shí)施。
部分可編程序控制器的制造廠商為用戶提供了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它與助記符程序設(shè)計(jì)語言相似，對(duì)程序的步數(shù)有一定的限制，同時(shí)，提供了與可編程序控制器間的接口或通信連接程序的編制方式，為用戶的應(yīng)用程序提供了擴(kuò)展余地。

[ 本帖最后由鶯于 2007-3-16 00:55 編輯 ]

鶯 · 發(fā)表于 2007-3-25 01:55:08

PLC的I/O系統(tǒng)

PLC的硬件結(jié)構(gòu)主要分單元式和模塊式兩種。前者將PLC的主要部分(包括I/O系統(tǒng)和電源等)全部安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。后者將PLC的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據(jù)需要將所選用的模塊插入PLC機(jī)架上的槽內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)PLC系統(tǒng)。
不論采取哪一種硬件結(jié)構(gòu)，都必須確立用于連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)與PLC的I/O映象區(qū)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即給每一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)以明確的地址確立這種對(duì)應(yīng)關(guān)系所采用得方式稱為I/O尋址方式。
I/O尋址方式有以下三種：
1.固定的I/O尋址方式
這種I/O尋址方式是由PLC制造廠家在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)PLC時(shí)確定的，它的每一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)都有一個(gè)明確的固定不變的地址。一般來說，單元式的PLC采用這種I/O尋址方式。
2.開關(guān)設(shè)定的I/O尋址方式
這種I/O尋址方式是由用戶通過對(duì)機(jī)架和模塊上的開關(guān)位置的設(shè)定來確定的。
3.用軟件來設(shè)定的I/O尋址方式
這種I/O尋址方式是有用戶通過軟件來編制I/O地址分配表來確定的。

PLC的幾種流派
1969年美國的DEC公司研制成功了世界第一臺(tái)PLC。1971年日本從美國引進(jìn)了PLC技術(shù)加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一臺(tái)PLC。從70年代初開始，不到三十年時(shí)間里，PLC生產(chǎn)發(fā)展成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在世界上生產(chǎn)PLC及其網(wǎng)絡(luò)的廠家有二百多家，生產(chǎn)大約有400多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品。其中在美國注冊(cè)的廠超過100家，生產(chǎn)大約二百個(gè)品種；日本有60~70家PLC廠商，也生產(chǎn)200多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品；在歐洲注冊(cè)的也有幾十家，生產(chǎn)幾十個(gè)品種的PLC產(chǎn)品。
PLC產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量及用量在所有工業(yè)控制裝置中居首位，市場(chǎng)對(duì)其需求仍在穩(wěn)步上升。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代以來，全世界PLC年銷售額以達(dá)百億美元而且一直保持15%的年增長(zhǎng)的勢(shì)頭。面對(duì)二百多PLC廠家，400多個(gè)品種的PLC產(chǎn)品，另人目不暇接、眼花繚亂。這無疑會(huì)給廣大的PLC用戶在選擇、開發(fā)、使用及學(xué)習(xí)PLC時(shí)造成許多困難。
學(xué)通一種PLC，是否能舉一反三，一通百通呢？如果說對(duì)于單純的邏輯控制還有一點(diǎn)可能的話，那么隨著PLC功能的發(fā)展，要想一通百通幾乎是完全不可能了。熟悉西門子S5系列PLC的人都知道，他是采用結(jié)構(gòu)化編程的方法，盡管他也設(shè)有梯形圖、邏輯圖等多種其他編程語言，單少許復(fù)雜一點(diǎn)的問題就必須采用語句表，通過STEP5語言，調(diào)用各種功能來實(shí)現(xiàn)。然而美國A-B公司的PLC-5系列可編程控制器則與西門子S5系列PLC相去甚遠(yuǎn)，A-B的PLC-5根本就沒有語句表，他所有的程序都要依靠梯形圖編制，因而A-B的梯形圖與西門子的梯形圖在形式、功能及用法上相差很大。
日本的微型小型PLC產(chǎn)品是非常有特色的，他對(duì)梯形圖、語句表并重，而且配置了包括功能指令在內(nèi)的功能很強(qiáng)的指令系統(tǒng)。用戶常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)應(yīng)用問題，選用日本的小型PLC產(chǎn)品就能解決，而用歐美產(chǎn)品常要選用中型乃至大型PLC才行。這主要是歐美小型PLC產(chǎn)品指令系統(tǒng)太弱所制。
隨著PLC功能的發(fā)展，企圖學(xué)通一種就一通百通顯然是不可能的，那么是否要對(duì)每種PLC都學(xué)習(xí)呢？這樣做既不現(xiàn)實(shí)，也沒有必要。追溯PLC的發(fā)展歷史可以看到，世界上200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品大體可以按地域分成三個(gè)流派：一個(gè)流派是美國產(chǎn)品，一個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，還有一個(gè)流派是日本產(chǎn)品。同一地區(qū)的產(chǎn)品相互借鑒的比較多，相互影響比較大，技術(shù)參透比較深，面臨的主要市場(chǎng)相同，擁護(hù)要求接近，這一切就使得同一地域的PLC產(chǎn)品表現(xiàn)出比較多的相似性。
美國PLC技術(shù)的形成與歐洲PLC技術(shù)的形成是在相互隔離的情況下，獨(dú)自研究開發(fā)獲得的，因此美國的PLC產(chǎn)品與歐洲的PLC產(chǎn)品常表現(xiàn)出來明顯的差異性。日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的，因此日本的產(chǎn)品對(duì)美國的產(chǎn)品有一定的繼承性。單日本把自己主推產(chǎn)品定位在小型PLC上，因面臨的主要市場(chǎng)在亞洲，因此他對(duì)美國的PLC技術(shù)既有繼承，更多的是發(fā)展。在小型PLC方面，他已是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，日本產(chǎn)品在世界小型PLC市場(chǎng)上占70%的份額。
按照把PLC產(chǎn)品劃分成三種流派的思路，從每一流派中選澤最有代表性的幾家廠商，再結(jié)合他們的產(chǎn)品在我國的用量來決定本書內(nèi)容的取材。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年引進(jìn)的PLC產(chǎn)品價(jià)值在5500萬美元左右，其中美國產(chǎn)品約2000萬美元，歐洲產(chǎn)品約2500萬美元，日本產(chǎn)品約1000萬美元。歐美產(chǎn)品以大中型PLC為主基本上是德國西門子公司與美國A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本產(chǎn)品，其中OMRON公司占首位，而松下電工是后起之秀，大有后來居上之勢(shì)。
按地域劃分PLC產(chǎn)品流派的做法并不很科學(xué)，單他有一定的使用價(jià)值，同一流派PLC產(chǎn)品表現(xiàn)較多的相似性，不同流派PLC產(chǎn)品表現(xiàn)出的明顯差異性，這啟示我們介紹每一流派中最有代表性的產(chǎn)品，以后與到其他品種時(shí)，就比較容易舉一反三，觸類旁通。

PLC的硬件結(jié)構(gòu)
PLC一般由四大部分組成：CPU、存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)以及其它可選部件。前三大部分是PLC完成各種控制任務(wù)所必需的，一般稱為PLC的基本組成部分。其它可選部件包括編程器、外存儲(chǔ)器、仿真I/O、通訊接口、擴(kuò)展接口以及測(cè)試設(shè)備等，主要用于系統(tǒng)的編程組態(tài)、程序存儲(chǔ)、通訊聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)測(cè)試等。
一、CPU
CPU是PLC的核心部件。應(yīng)該注意的是：在PLC中，CPU的概念與普通微型計(jì)算機(jī)的CPU有很大的不同。在PLC中，CPU指的不是一塊集成電路，而是一個(gè)模板，其上不僅包括CPU芯片，還有RAM和ROM或者EPROM。而且，在中大型PLC中，CPU模板中一般有兩塊CPU芯片，一片用作字處理器（主處理器），用于字節(jié)指令的處理，并實(shí)現(xiàn)各種控制作用；另一片用作字處理器（輔助處理器），用于實(shí)現(xiàn)位訊息的高速處理。
二、數(shù)字I/O接口
用作CPU模板與外部開關(guān)量訊號(hào)之間的接口。它完成諸如電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及對(duì)外提供一定的驅(qū)動(dòng)能力等工作。數(shù)字I/O訊號(hào)常來自按鈕、開關(guān)和繼電器觸點(diǎn)等實(shí)際開關(guān)量，以及其它外設(shè)或受控對(duì)象送來的數(shù)字量。
三、模擬I/O接口
其輸入部分主要完成阻抗匹配、訊號(hào)放大、訊號(hào)濾波、I/V變換、V/F變換或者A/D變換等工作，以便將來自受控對(duì)象的仿真量轉(zhuǎn)換成PLC能夠處理的數(shù)字量。其輸出部分主要實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些場(chǎng)合下，仿真訊號(hào)也需要與現(xiàn)場(chǎng)電氣隔離。但仿真訊號(hào)的隔離比數(shù)字訊號(hào)要復(fù)雜得多。用于數(shù)字訊號(hào)的光電隔離因線性度較差而不能用來隔離仿真訊號(hào)，因此仿真訊號(hào)常常采用成本較高的隔離放大器來實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
四、特殊功能模板
特殊功能模板一般都自帶CPU和系統(tǒng)軟件，與PLC CPU模板并行工作，并通過PLC系統(tǒng)總線與CPU模板接口。常見的特殊功能模板包括：高速計(jì)數(shù)板（能滿足100KHz以上的計(jì)數(shù)或定時(shí)要求）、具有快速PID調(diào)節(jié)器的死循環(huán)控制模板、通訊模板等。
五、電源
PLC中的電源一般有三類：
1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)放使用；
2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；
3、鋰電池及其充電電源。
考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。
目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將 PLC分為三大類：
小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無模擬量）；
中型機(jī)：256 ~ 2048點(diǎn)（64 ~ 128路模擬量）；
大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 ~ 512路模擬量）。
具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

[ 本帖最后由鶯于 2007-3-25 02:01 編輯 ]