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可編程邏輯控制器（PLC）已經(jīng)在工業(yè)制造領(lǐng)域占據(jù)了相當大的份額，如果這項技術(shù)沒有得到應有的重視，我們就會失職。因此，我們在這個新的EC＆M部門的基礎上展示了一系列基于PLC的基礎知識，涵蓋了固態(tài)工業(yè)自動化技術(shù)。在本系列PLC基礎知識的基礎上，我們將介紹PLC硬件模塊; 軟件功能; 目前的申請; 安裝參數(shù); 測試和故障排除; 和硬件/軟件維護。
什么是PLC？
美國國家電氣制造商協(xié)會（NEMA）將PLC定義為“數(shù)字操作電子設備，通過實現(xiàn)特定功能，如邏輯，排序，定時，計數(shù)和算術(shù)，通過數(shù)字控制，使用可編程存儲器進行內(nèi)部存儲指令或模擬I / O模塊各種類型的機器或過程。“
一家PLC制造商將其定義為“固態(tài)工業(yè)控制設備，它接收來自用戶提供的受控設備（如傳感器和開關(guān)）的信號，以存儲在用戶存儲器中的基于梯形圖的應用程序進度確定的精確模式實現(xiàn)它們，以及提供控制過程或用戶提供的設備的輸出，例如繼電器或電機啟動器。“
基本上，它是一種固態(tài)可編程電氣/電子接口，可以非常快的速度操縱，執(zhí)行和/或監(jiān)控過程或通信系統(tǒng)的狀態(tài)。它基于整個基于微處理器的系統(tǒng)中包含的可編程數(shù)據(jù)運行。
PLC能夠接收（輸入）和傳輸（輸出）各種類型的電氣和電子信號，并且?guī)缀蹩梢钥刂坪捅O(jiān)控任何類型的機械和/或電氣系統(tǒng)。因此，它在與計算機，機器和許多其他外圍系統(tǒng)或設備的接口方面具有極大的靈活性。
它通常以梯形邏輯編程，設計用于工業(yè)環(huán)境。
它看起來像什么？
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計/封裝能力直接相關(guān)。
PLC的底盤可以是開放式或封閉式。各個模塊插入機箱的背板。
電子元件安裝在包含在模塊內(nèi)的印刷電路板（PCB）上。
它從哪里來的？
第一臺PLC于20世紀60年代末推出，是可編程控制器或PC的產(chǎn)物（不要與用于個人計算機的符號混淆）。自60年代初以來，個人電腦一直圍繞著這個行業(yè)。
需要更好，更快的控制繼電器，以適應更小的空間以及對程序不靈活性的挫敗感（硬接線繼電器，步進開關(guān)和鼓編程器）催生了PC。
盡管PC和PLC在語音上已經(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去的能力有限的問題。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可以適應許多過程的變化或監(jiān)控應用程序要求。
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。
上電時，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。來自輸出圖像表的數(shù)據(jù)被傳送到輸出模塊。
接下來，掃描軟件程序，檢查每個語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，并且外圍設備將被激勵。如果不滿足條件，則處理器將“0”寫入輸出圖像表，并且外圍設備（使用“正邏輯”）保持斷電。
PLC連接多種類型的外部電氣和電子信號。這些信號可以是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。這些信號稱為I / O（輸入/輸出）點。它們的總稱為PLC的I / O能力。從電子的角度來看，這個數(shù)字取決于PLC的CPU能夠在指定的時間內(nèi)查看或掃描多少點。這種性能特征稱為掃描時間。但是，從用戶的實際角度來看，所需的I / O模塊數(shù)量以及每個I / O模塊上包含的I / O點數(shù)將推動系統(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，以便在將來需要更多的I / O點時，將現(xiàn)有的備用I / O點寫入軟件更容易（因為硬件已經(jīng)存在）。擁有備用I / O點對操作系統(tǒng)沒有任何影響; 可以對軟件進行編程以忽略它們，這些點對PLC的掃描時間的影響可以忽略不計。
軟件程序是PLC的核心，由程序員編寫，程序員使用元素，功能和指令來設計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）中的單獨編號的梯級上。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軟件設計包可用。一個經(jīng)常選擇的軟件包是RLL格式，包括觸點，線圈，定時器，計數(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，程序員設計控制系統(tǒng)。然后將外部設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應物。
當PLC的處理器通過軟件程序（梯級）掃描（自上而下）時，執(zhí)行RLL的每個梯級。然后，軟件鏡像的硬連線設備變?yōu)榛顒訝顟B(tài)。因此，軟件是控制設備，并為程序員或技術(shù)人員提供了從系統(tǒng)操作“強制狀態(tài)”或“阻止設備”的靈活性。例如，可以使線圈或觸點直接從軟件操作（獨立于控制柜對源或現(xiàn)場輸入設備的硬連線）。或者，可以使設備看起來不可見（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PLC部分
所有PLC的共同點是四個部分，每個部分可以細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，該電源通常通過控制繼電器和PS外部的濾波器進行熔斷和饋電。此外，PS還有自己的集成交流輸入保險絲。
然后，該線電壓逐步降壓，整流，濾波，調(diào)節(jié)，電壓和電流保護以及狀態(tài)監(jiān)控，狀態(tài)指示以幾個LED（發(fā)光二極管）的形式顯示在PS的正面。PS可以具有用于保護存儲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，則存儲器內(nèi)容將不會從故障前的狀態(tài)改變。
PS輸出為PLC中的每個模塊供電; 但是，它不向PLC的外圍I / O設備提供直流電壓。
CPU模塊。“CPU”，“控制器”或“處理器”是不同制造商用來表示執(zhí)行基本相同功能的相同模塊的所有術(shù)語。CPU模塊可以分為兩部分：處理器部分和存儲部分。
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)總線進行通信。I / O基本接口模塊或單獨的板載接口I / O電路提供與處理器通信所需的信號調(diào)節(jié)。處理器部分還執(zhí)行程序員的RLL軟件程序。
存儲器部分（可電子地）將可檢索的數(shù)字信息存儲在存儲器的三個專用位置中。處理器例行掃描這些存儲器位置。存儲器將接收（“寫入”模式）數(shù)字信息或由處理器訪問（“讀取”模式）數(shù)字信息。這種讀/寫（R / W）功能提供了一種簡單的方法來改變程序。
存儲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模塊的存儲器中。程序消息可以或可以不與其他存儲器數(shù)據(jù)一起駐留。
某些制造商使用備用電池來保護存儲器內(nèi)容在電源或內(nèi)存模塊出現(xiàn)故障時丟失。還有一些使用各種集成電路（IC）存儲器技術(shù)和設計方案，其將在不使用備用電池的情況下保護存儲器內(nèi)容。
CPU模塊的典型存儲器部分具有96,000（96K）字節(jié)的存儲器大小。此大小告訴我們內(nèi)存中可用的存儲位置。當需要更大的內(nèi)存大小時，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1,024,000（1024K）字節(jié)。
制造商將以“字節(jié)”或“字”表示存儲器大小。一個字節(jié)是8位，一位是二進制代碼中的最小位。它是邏輯“1”或邏輯“0”。一個字的長度等于兩個字節(jié)或16位。并非所有制造商都使用16位字，因此請注意您的PLC制造商已將其定義為其存儲器字位大小。
軟件項目。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應用程序放在另一個應用程序之上。典型的是先前討論的RLL類型。其他S / W程序包括“C”，狀態(tài)語言和SFC（順序功能圖表）。
無論選擇哪種軟件，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實際運行時）或處于離線狀態(tài)（由此S / W執(zhí)行不影響I / O基板的當前操作）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)來控制PLC（存儲器和寄存器）以及外部（現(xiàn)場）器件內(nèi)部的過程。下面列出了一些更常見的元素，功能和說明：
*觸點（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）。
*定時器（線圈可以在指定的延遲時間內(nèi)為ON或OFF）。
*計數(shù)器（可以向上或向下遞增計數(shù)）。
*位移位寄存器（激活時可將數(shù)據(jù)移位一位）。
*單次觸發(fā)（意味著在一個掃描時間內(nèi)有效;對脈沖定時器有用）。
*鼓（可以根據(jù)時間或事件排序）。
*數(shù)據(jù)操作指令（啟用移動，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）。
外圍設備
PLC及其I / O基座的外圍設備可以是從主機和控制臺到電機驅(qū)動單元或場限位開關(guān)的任何設備。用于編程的打印機和工業(yè)終端也是外圍設備。
外圍設備可以生成或接收AC或DC電壓和電流以及數(shù)字脈沖序列或快速長度（脈沖寬度）的單脈沖。
這些外部操作設備有時具有苛刻和/或快速的信號特性，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?shù)钠帘坞娎|）可用于完成此項工作。
輸入模塊
輸入模塊有兩個功能：接收外部信號和該輸入點的狀態(tài)顯示。換句話說，它接收外圍傳感單元的信號并為該信號的狀態(tài)提供信號調(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)，則該信號被認為是離散的。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)送信號的外圍設備可以是開關(guān)（限制，接近，壓力或溫度），按鈕或邏輯，二進制編碼十進制（BCD）或模數(shù)（A / D）電路。掃描這些輸入信號點，并通過每個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以激活各種設備，例如液壓執(zhí)行器，螺線管，電機啟動器，并顯示所連接輸出點的狀態(tài)（通過使用LED）。信號調(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)語知識：
A / D：將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字字的設備或模塊。
地址：PLC存儲器中用于存儲信息的編號位置（存儲編號）。
模擬輸入：變化信號提供過程將信息改變?yōu)槟M輸入模塊。
模擬輸出：變化的信號傳輸過程改變來自模擬輸出模塊的信息。
波特率：發(fā)送或接收的每秒比特數(shù); 還有設備可接受的數(shù)字傳輸速度。
BCD：二進制編碼的十進制。一種用于將0到9（基數(shù)10）編號系統(tǒng)表示為二進制（基數(shù)2）等價的方法。
位：單個二進制數(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)換為模擬信號的設備或模塊
電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）：與EPROM相同，但可以電擦除。
可擦除可編程只讀存儲器（EPROM）：用戶可以多次擦除和加載新數(shù)據(jù)的存儲器，但在應用程序中使用時，它可用作ROM。EPROM在電力損失期間不會丟失數(shù)據(jù)。它們是納米易失性存儲器。
映像寄存器/映像表：為I / O位狀態(tài)保留的專用存儲單元。
輸入模塊：處理來自現(xiàn)場設備的數(shù)字或模擬信號。
I / O點：連接輸入和輸出現(xiàn)場設備的I / O模塊上的終端點。
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）信號的設備。
操作員界面：允許系統(tǒng)操作員訪問PLC和I / O基本條件的設備。
輸出模塊：控制現(xiàn)場設備。
并行數(shù)據(jù)：發(fā)送或接收字節(jié)或字的數(shù)據(jù)，其所有位同時存在。
程序：完成任務的一個或多個指令或語句。
編程設備：用于告訴PLC應該做什么以及何時應該完成的設備。
隨機存取存儲器（RAM）：一種存儲器，可以在任何地址訪問數(shù)據(jù)，而無需讀取多個順序地址。可以從存儲位置讀取和寫入數(shù)據(jù)。RAM具有易失性存儲器，這意味著斷電會導致RAM中的內(nèi)容丟失。
只讀存儲器（ROM）：可以讀取數(shù)據(jù)但不能寫入數(shù)據(jù)的存儲器。ROM通常用于防止程序或數(shù)據(jù)因用戶干預而被破壞。
軟件：控制流程的一個或多個程序。