[討論]有誰對關于PLC的編程知識感興趣嗎？(編程知識連載)

鶯

有沒有人對PLC的編程基礎知識感興趣？如果有本版塊將會推出一些基礎知識供大家學習及交流！<br><br>現在的大多數設備都朝自動化、智能化方向改進、應用，這些都離不開主控處理器的開發應用，PLC可編程序控制器的系統原理是我們學習的基礎。<br><br>

[[i] 本帖最后由 鶯 于 2007-3-17 08:57 編輯 [/i]]

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鶯

可編程控制器程序設計語言:
在可編程控制器中有多種程序設計語言,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構化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言，它可根據需要去執行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數據的操縱，報表的報印和其他基本程序設計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用，在集散控制系統的編程和組態時也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設計和應用人員所喜愛。
根據可編程器應用范圍，程序設計語言可以組合使用，常用的程序設計語言是：
梯形圖程序設計語言
布爾助記符程序設計語言（語句表）
功能表圖程序設計語言
功能模塊圖程序設計語言
結構化語句描述程序設計語言
梯形圖與結構化語句描述程序設計語言
布爾助記符與功能表圖程序設計語言
布爾助記符與結構化語句描述程序設計語言
１、梯形圖（Ladder Diagram）程序設計語言
梯形圖程序設計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設計語言。采用梯形圖程序設計語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設計語言采用因果關系來描述事件發生的條件和結果。每個梯級是一個因果關系。在梯級中，描述事件發生的條件表示在左面，事件發生的結果表示在后面。
梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統的描述。在工業過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術發展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。
梯形圖程序設計語言的特點是：
（１）與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；
（２）與原有繼電器邏輯控制技術相一致，對電氣技術人員來說，易于撐握和學習；
（３）與原有的繼電器邏輯控制技術的不同點是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應用時，需與原有繼電器邏輯控制技術的有關概念區別對待；
（４）與布爾助記符程序設計語言有一一對應關系，便于相互的轉換和程序的檢查。
２、布爾助記符（Boolean Mnemonic）程序設計語言
布爾助記符程序設計語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設計語言。布爾助記符程序設計語言與計算機中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。
布爾助記符程序設計語言具有下列特點：
（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；
（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，可在無計算機的場合進行編程設計；
（３）與梯形圖有一一對應關系。其特點與梯形圖語言基本類同。
３、功能表圖（Sepuential Function Chart）程序設計語言
功能表圖程序設計語言是用功能表圖來描述程序的一種程序設計語言。它是近年來發展起來的一種程序設計語言。采用功能表圖的描述，控制系統被分為若干個子系統，從功能入手，使系統的操作具有明確的含義，便于設計人員和操作人員設計思想的溝通，便于程序的分工設計和檢查調試。功能表圖程序設計語言的特點是：
（１）以功能為主線，條理清楚，便于對程序操作的理解和溝通；
（２）對大型的程序，可分工設計，采用較為靈活的程序結構，可節省程序設計時間和調試時間；
（３）常用于系統的規模校大，程序關系較復雜的場合；
（４）只有在活動步的命令和操作被執行，對活動步后的轉換進行掃描，因此，整個程序的掃描時間較其他程序編制的程序掃描時間要大大縮短。
功能表圖來源于佩特利（Petri）網，由于它具有圖形表達方式，能較簡單和清楚地描述并發系統和復雜系統的所有現象，并能對系統中存有的象死鎖、不安全等反常現象進行分析和建模，在模型的基礎上能直接編程，所以，得到了文泛的應用。近幾年推出的可編程控制器和小型集散控制系統中也已提供了采用功能表圖描述語言進行編程的軟件。關于佩特利（Petri）網的一些基本概念，我在以后有機會時再介紹給各位，以有助于對功能表圖的進一步理解。
４、功能模塊圖（Function Block）程序設計語言
功能模塊圖程序設計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，也可能因功能參數的不同而使功能或應用范圍有所差別，例如，輸入端的數量、輸入信號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、信號連接的替換等操作可以很方便實現。功能模塊圖程序設計語言的特點是：
（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計人員的編程和組態，有較好的易操作性；
（３）對控制規模較大、控制關系較復錄的系統，由于控制功能的關系可以較清楚地表達出來，因此，編程和組態時間可以縮短，調試時間也能減少；
（４）由于每種功能模塊需要占用一定的程序內存，對功能模塊的執行需要一定的執行時間，因此，這種設計語言在大中型可編程控制器和集散控制系統的編程和組態中才被采用。
５、結構化語句（Structured Text）描述程序設計語言
結構化語句描述程序設計語言是用結構化的描述語句來描述程序的一種程序設計語言。它是一種類似于高級語言的程序設計語言。在大中型的可編程序控制器系統中，常采用結構化語句描述程序設計語言來描述控制系統中各個變量的關系。它也被用于集散控制系統的編程和組態。
結構化語句描述程序設計語言采用計算機的描述語句來描述系統中各種變量之間的各種運算關系，完成所需的功能或操作。大多數制造廠商采用的語句描述程序設計語言與ＢＡＳＩＣ語言、ＰＡＳＣＡＬ語言或Ｃ語言等高級語言相類似，但為了應用方便，在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。
結構化程序設計語言具有下列特點：
（１）采用高級語言進行編程，可以完成較復雜的控制運算；
（２）需要有一定的計算機高級程序設計語言的知識和編程技巧，對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現的一些控制功能的實施。
部分可編程序控制器的制造廠商為用戶提供了簡單的結構化程序設計語言，它與助記符程序設計語言相似，對程序的步數有一定的限制，同時，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，為用戶的應用程序提供了擴展余地。

[ 本帖最后由 鶯 于 2007-3-16 00:55 編輯 ]

鶯

PLC的I/O系統

      PLC的硬件結構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系統和電源等)全部安裝在一個機箱內。后者將PLC的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據需要將所選用的模塊插入PLC機架上的槽內，構成一個PLC系統。
   不論采取哪一種硬件結構，都必須確立用于連接工業現場的各個輸入/輸出點與PLC的I/O映象區之間的對應關系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應關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制造廠家在設計、生產PLC時確定的，它的每一個輸入/輸出點都有一個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.開關設定的I/O尋址方式
   這種I/O尋址方式是由用戶通過對機架和模塊上的開關位置的設定來確定的。
   3.用軟件來設定的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PLC。1971年日本從美國引進了PLC技術加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一臺PLC。從70年代初開始，不到三十年時間里，PLC生產發展成了一個巨大的產業，據不完全統計，現在世界上生產PLC及其網絡的廠家有二百多家，生產大約有400多個品種的PLC產品。其中在美國注冊的廠超過100家，生產大約二百個品種；日本有60~70家PLC廠商，也生產200多個品種的PLC產品；在歐洲注冊的也有幾十家，生產幾十個品種的PLC產品。
   PLC產品的產量、銷量及用量在所有工業控制裝置中居首位，市場對其需求仍在穩步上升。進入二十世紀九十年代以來，全世界PLC年銷售額以達百億美元而且一直保持15%的年增長的勢頭。面對二百多PLC廠家，400多個品種的PLC產品，另人目不暇接、眼花繚亂。這無疑會給廣大的PLC用戶在選擇、開發、使用及學習PLC時造成許多困難。
   學通一種PLC，是否能舉一反三，一通百通呢？如果說對于單純的邏輯控制還有一點可能的話，那么隨著PLC功能的發展，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，他是采用結構化編程的方法，盡管他也設有梯形圖、邏輯圖等多種其他編程語言，單少許復雜一點的問題就必須采用語句表，通過STEP5語言，調用各種功能來實現。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，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產品是非常有特色的，他對梯形圖、語句表并重，而且配置了包括功能指令在內的功能很強的指令系統。用戶常常會發現，同一個應用問題，選用日本的小型PLC產品就能解決，而用歐美產品常要選用中型乃至大型PLC才行。這主要是歐美小型PLC產品指令系統太弱所制。
   隨著PLC功能的發展，企圖學通一種就一通百通顯然是不可能的，那么是否要對每種PLC都學習呢？這樣做既不現實，也沒有必要。追溯PLC的發展歷史可以看到，世界上200多家PLC廠商，400多品種的PLC產品大體可以按地域分成三個流派：一個流派是美國產品，一個流派是歐洲產品，還有一個流派是日本產品。同一地區的產品相互借鑒的比較多，相互影響比較大，技術參透比較深，面臨的主要市場相同，擁護要求接近，這一切就使得同一地域的PLC產品表現出比較多的相似性。
   美國PLC技術的形成與歐洲PLC技術的形成是在相互隔離的情況下，獨自研究開發獲得的，因此美國的PLC產品與歐洲的PLC產品常表現出來明顯的差異性。日本的PLC技術是由美國引進的，因此日本的產品對美國的產品有一定的繼承性。單日本把自己主推產品定位在小型PLC上，因面臨的主要市場在亞洲，因此他對美國的PLC技術既有繼承，更多的是發展。在小型PLC方面，他已是青出于藍而勝于藍，日本產品在世界小型PLC市場上占70%的份額。
   按照把PLC產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，再結合他們的產品在我國的用量來決定本書內容的取材。據不完全統計，我國每年引進的PLC產品價值在5500萬美元左右，其中美國產品約2000萬美元，歐洲產品約2500萬美元，日本產品約1000萬美元。歐美產品以大中型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。
   按地域劃分PLC產品流派的做法并不很科學，單他有一定的使用價值，同一流派PLC產品表現較多的相似性，不同流派PLC產品表現出的明顯差異性，這啟示我們介紹每一流派中最有代表性的產品，以后與到其他品種時，就比較容易舉一反三，觸類旁通。

PLC的硬件結構
   PLC一般由四大部分組成：CPU、存儲器、I/O系統以及其它可選部件。前三大部分是PLC完成各種控制任務所必需的，一般稱為PLC的基本組成部分。其它可選部件包括編程器、外存儲器、仿真I/O、通訊接口、擴展接口以及測試設備等，主要用于系統的編程組態、程序存儲、通訊聯網、系統擴展和系統測試等。
一、CPU
   CPU是PLC的核心部件。應該注意的是：在PLC中，CPU的概念與普通微型計算機的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），用于字節指令的處理，并實現各種控制作用；另一片用作字處理器（輔助處理器），用于實現位訊息的高速處理。
二、數字I/O接口
   用作CPU模板與外部開關量訊號之間的接口。它完成諸如電平轉換、電氣隔離、串/并型數據轉換以及對外提供一定的驅動能力等工作。數字I/O訊號常來自按鈕、開關和繼電器觸點等實際開關量，以及其它外設或受控對象送來的數字量。
三、模擬I/O接口
   其輸入部分主要完成阻抗匹配、訊號放大、訊號濾波、I/V變換、V/F變換或者A/D變換等工作，以便將來自受控對象的仿真量轉換成PLC能夠處理的數字量。其輸出部分主要實現阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些場合下，仿真訊號也需要與現場電氣隔離。但仿真訊號的隔離比數字訊號要復雜得多。用于數字訊號的光電隔離因線性度較差而不能用來隔離仿真訊號，因此仿真訊號常常采用成本較高的隔離放大器來實現電氣隔離。
四、特殊功能模板
   特殊功能模板一般都自帶CPU和系統軟件，與PLC CPU模板并行工作，并通過PLC系統總線與CPU模板接口。常見的特殊功能模板包括：高速計數板（能滿足100KHz以上的計數或定時要求）、具有快速PID調節器的死循環控制模板、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的發展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現。通常根據其I/O點的數量將  PLC分為三大類：
   小型機：256點以下（無模擬量）；
   中型機：256 ~ 2048點（64 ~ 128路模擬量）；
   大型機：2048點以上（128 ~ 512路模擬量）。
   具體實現時，通常采用模板式結構，以便用戶根據實際應用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設備使用；而一些大型機一般在電源、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 ]

鶯

PLC的工作原理
    最初研制生產的PLC主要用于代替傳統的由繼電器接觸器構成的控制裝置......



[ 本帖最后由 鶯 于 2007-3-27 02:57 編輯 ]

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