一、PLC的概念

1、可編程序控制器簡稱PLC，是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編制程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程�？删幊绦蚩刂破飨到y(tǒng)也稱為“軟接線”程序控制系統(tǒng)，由硬件、軟件組成。

2、各種型號的PLC功能雖不盡相同，但一般都具有條件控制、計(jì)時控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理、通信和聯(lián)網(wǎng)以及對控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

3、PLC克服了繼電器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點(diǎn)。它集三電(電控、電儀、電傳)于一體，性價比高，可靠性高。

二、PLC的組成

1、PLC的硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似，其主機(jī)由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口、電源、通信接口等幾大部分組成。PLC的核心元件是中央處理器，小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器。

2、PLC的輸入模塊一般使用光電耦合器來隔離內(nèi)部電路和外部電路，以減少外部干擾。

3、一般而言，PLC的AC輸入電源電壓范圍為220~380V。

4、PLC的輸出方式有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種。輸出方式為繼電器輸出時，適用于交流和直流負(fù)載。

三、PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、PLC一般能為外部傳感器提供24V直流電源。

2、PLC輸出點(diǎn)中，繼電器一個點(diǎn)的最大輸出電流是2A。

3、PLC的系統(tǒng)程序包括管理程序、供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和用戶指令解釋程序。

4、三菱PLC機(jī)的輸入繼電器、輸出繼電器編程元件號均采用八進(jìn)制數(shù)，定時器、計(jì)數(shù)器、特殊輔助繼電器、通用輔助繼電器編程元件號均采用十進(jìn)制數(shù)。

5、PLC中的軟元件均由電子電路和存儲器構(gòu)成�，F(xiàn)在許多PLC直接采用EEPROM或閃速(Flash)ROM 作為用戶存儲器。

四、PLC的工作方式

1、PLC有兩種基本工作狀態(tài)，即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)和停止(STOP)狀態(tài)。PLC在STOP 狀態(tài)下一般進(jìn)行程序的編制、修改和下載；PLC在RUN行狀態(tài)下執(zhí)行程序。

2、PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存放于用戶程序存儲器中的程序，按指令步序號(或地址號)做周期性循環(huán)掃描，在無中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC 的工作原理概括起來是：集中輸入，集中輸出，采用周期性循環(huán)掃描的工作方式。

3、PLC的一個掃描周期可分為內(nèi)部處理階段、通信服務(wù)階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。

1）輸入采樣階段

PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先以掃描方式將所有輸入端的通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電平的高低狀態(tài)(1或0)并存入輸入鎖存器，然后將其寫入各自對應(yīng)的輸入映像寄存器，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。

需要注意的是只有采樣時輸入映像寄存器中的內(nèi)容才與輸入信號一致，而其他時間范圍內(nèi)輸入信號的變化是不會影響輸入映像寄存器中的內(nèi)容的，輸入信號的變化狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。

2）程序執(zhí)行階段

PLC按順序從首地址開始的程序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映像寄存器，但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口。

3）輸出刷新階段

輸出刷新階段又稱為輸出處理階段。在此階段，當(dāng)程序執(zhí)行到 END指令，即在執(zhí)行完用戶所有程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器，并通過一定的驅(qū)動裝置(繼電器、晶體管或晶閘管)驅(qū)動相應(yīng)的輸出設(shè)備工作。

五、FX系列PLC的輸入、輸出接口單元

1、I/O接口電路

I/O接口電路通常也稱為I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控對象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時PLC通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對象，以達(dá)到控制的目的。

由于外圍輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平,所以I/O接口應(yīng)能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，能夠?qū)⒐ぷ鳡顩r直觀地顯示出來，以便于維護(hù)。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口以供用戶選用。I/O接口(模塊)的主要類型有：開關(guān)量(數(shù)字量)輸入、開關(guān)量輸出和模擬量輸入、模擬量輸出等。其中模擬量I/0模塊屬于三菱公司生產(chǎn)的 PLC 的特殊功能模塊。如不特別說明，I/O接口是指開關(guān)量I/O接口。

2、開關(guān)量輸入、輸出接口

常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交、直流輸入接口。開關(guān)量輸出接口按其輸出功率開關(guān)器件分為三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出電路可驅(qū)動交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時間長，動作頻率低。晶體管輸出電路可驅(qū)動直流負(fù)載，響應(yīng)速度快，動作頻率高。晶閘管輸出電路只能用于驅(qū)動交流負(fù)載，響應(yīng)速度快。

開關(guān)量輸入接口電路的主要技術(shù)參數(shù)是輸入電流；輸出接口電路的主要技術(shù)參數(shù)有響應(yīng)時間、輸出電流、開路漏電流。

六、FX系列PLC的系統(tǒng)配置

1、FX系列PLC的硬件部分包括單片機(jī)、電源、通信接口、編程器、輸入輸出接口電路；軟件部分由系統(tǒng)程序和用戶程序構(gòu)成。PLC中的單片機(jī)包含了中央處理器、隨機(jī)存儲器、只讀存儲器、串行接口、時鐘等，是PLC 的指揮系統(tǒng)。

2、PLC提供給用戶使用的每個輸入繼電器、輸出繼電器、計(jì)數(shù)器、定時器及每個存儲單元都稱為元件,由于這些元件都可用程序(即軟件)來指定，故又稱軟元件。軟元件包括：輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、狀態(tài)繼電器、定時器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器、嵌套指針和常數(shù)。

1）輔助繼電器分為通用繼電器、失電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。特殊輔助繼電器有只能利用觸點(diǎn)的特殊輔助繼電器和只能利用線圈的特殊輔助繼電器。

2）定時器相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器，F(xiàn)X系列PLC定時器的分辨率有1 ms、10 ms、100 ms 等幾種。

七、PLC的工作原理

1、PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但由于它在硬件上有一些接口器件，在軟件上有專用的監(jiān)控軟件，所以其外形又不像計(jì)算機(jī)，操作使用方法、編程語言甚至工作原理都與計(jì)算機(jī)有所不同。另一方面，PLC作為繼電控制盤的替代物，它的核心是單片機(jī)，與繼電器控制邏輯的工作原理又有很大區(qū)別。PLC通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。PLC的系統(tǒng)程序永久保存在PLC中，用戶不能改變。影響PLC掃描周期長短的因素是用戶程序長短、CPU執(zhí)行指令的速度。當(dāng)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時，可通過 PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

2、由于PLC電源的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此，PLC對電源的基本要求如下：

1）能有效控制、消除電網(wǎng)電源帶來的各種噪聲；

2）不會因電源發(fā)生故障而導(dǎo)致其他部分產(chǎn)生故障；

3）能在較寬的電壓波動范圍內(nèi)保持輸出電壓穩(wěn)定；

4）電源本身的功耗應(yīng)盡可能低,以降整機(jī)的溫升；

5）內(nèi)部電源及PLC向外提供的電源與外部電源間應(yīng)完全隔離；

6）有較強(qiáng)的自動護(hù)功能。

3、大部分 PLC 采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。對數(shù)據(jù)存儲器，常采用鋰電池作斷電保護(hù)后備電源，鋰電池的工作壽命約為5年。

八、PLC的編程語言

1、PIC的編程語言有梯形圖、指令表、邏輯功能圖、結(jié)構(gòu)文本、BASIC語言等。常用的有梯形圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本。生產(chǎn)廠家都把梯形圖作為第一用戶編程語言。

2、梯形圖是一種圖形化的編程語言，沿用電氣控制中的觸點(diǎn)、線圈等術(shù)語，具有形象、直觀、易學(xué)、實(shí)用的特點(diǎn)，不過較復(fù)雜的控制系統(tǒng)用梯形圖設(shè)計(jì)時存在如下問題：設(shè)計(jì)方法難掌握且設(shè)計(jì)周期長；裝置投入運(yùn)行后維護(hù)、修改困難。使用順序功能圖可以有效地解決上述問題。

3、PIC的指令是一種與微型計(jì)算機(jī)的匯編語言指令類似的助記符表達(dá)式�；局噶钫Z句的基本格式包括地址、助記符、操作元件。助記符常由2~4個英文字母組成，表示操作功能。指令表是用若干個容易記憶的符號來代表PLC的某種操作功能。

九、PLC的編程方法

1、在梯形圖中，應(yīng)適當(dāng)安排軟元件的順序，以減少程序所占的步數(shù)，串聯(lián)觸點(diǎn)數(shù)多的支路應(yīng)安排在上面，并聯(lián)觸點(diǎn)數(shù)多的支路應(yīng)安排在左邊。

2、PLC輸入繼電器的線圈是由對應(yīng)輸入點(diǎn)的輸入信號驅(qū)動的。

3、在編寫程序時通常利用特殊輔助繼電器，如利用時鐘脈沖特殊輔助繼電器產(chǎn)生的時鐘脈沖輸出；利用觸點(diǎn)利用型特殊輔助繼電器在PLC運(yùn)行開始瞬間接通一個掃描周期。

4、PLC中軟元件的觸點(diǎn)數(shù)量不受限制。

十、PLC的基本指令

1、ANB.ORB指令

在梯形圖中，可能會出現(xiàn)電路塊與電路塊串聯(lián)或者電路塊與電路塊并聯(lián)的情況，這時就要使用ANB指令或ORB指令。ANB指令稱為“電路塊與指令”，其功能是使電路塊與電路塊串聯(lián)。ORB指令稱為“電路塊或指令”，其功能是使電路塊與電路塊并聯(lián)。ANB指令和ORB指令是獨(dú)立指令，沒有操作元件。

將每個電路塊看成一個分支電路，每個分支電路的第一個觸點(diǎn)就是分支起點(diǎn)，這時規(guī)定要使用LD指令或LDI指令。也就是寫每個電路塊的指令語句表時，如果第一個觸點(diǎn)是常開觸點(diǎn)，要用LD指令，不管這個觸點(diǎn)是否接左母線；如果第一個觸點(diǎn)是常閉觸點(diǎn)，要用 LDI指令。

2、OUT指令

OUT指令可于驅(qū)動輸出繼電器、通用輔助繼電器、計(jì)數(shù)器。

3、MPS、MRD、MPP 指令

在FX系列PLC中均設(shè)置有存儲運(yùn)算中間結(jié)果的存儲器，稱為堆棧存儲器。這個堆棧存儲器將觸點(diǎn)之間的邏輯運(yùn)算結(jié)果存儲后，可以用指令將這個結(jié)果讀出，再參與其他觸點(diǎn)之間的邏輯運(yùn)算。與堆棧存儲器對應(yīng)的指令有MPS、MRD、MPP指令。

1）MPS進(jìn)棧指令

其功能為將該時刻的運(yùn)算結(jié)果壓入堆棧存儲器的最上層，堆棧存儲器原來存儲的數(shù)據(jù)依次向下自動移一層。

2）MRD讀棧指令

其功能為將堆棧存儲器中最上層的數(shù)據(jù)讀出。執(zhí)行MRD指令后,堆棧存儲器中的數(shù)據(jù)不發(fā)生任何變化。

3）MPP出棧指令

其功能為將堆棧存儲器中最上層的數(shù)據(jù)取出，堆棧存儲器原來存儲的數(shù)據(jù)依次向上自動移一層。

4）編程時，進(jìn)棧MPS指令與出棧MPP指令必須成對出現(xiàn)使用，且連續(xù)使用次數(shù)不能超過11次。MRD指令可根據(jù)實(shí)際情況決定是否使用。MPS、MRD、MPP指令只對堆棧存儲器的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，因此默認(rèn)操作元件為堆棧存儲器，在使用時無須指定操作元件。 在MPS、MRD、MPP指令之后若有單個常開(或常閉)觸點(diǎn)串聯(lián)，應(yīng)使用AND(或ANI)指令；在MPS、MRD、MPP指令之后若無觸點(diǎn)串聯(lián)，直接驅(qū)動線圈，則應(yīng)使用 OUT指令。

十一、PLC接線注意事項(xiàng)

1、PLC在工作前必須正確地接入系統(tǒng)，與PLC連接的主要有 PLC的電源線、輸入/輸出器件的接線、通信線和接地線。

2、PLC交流電源線應(yīng)單獨(dú)從機(jī)頂進(jìn)入控制柜,不能與模擬信號線、直流信號線推在一起走線，以減少對其他控制電路的干擾。

3、PLC的電源接在輸入端口中的L端子和N端子之間，接線時為防止發(fā)生短路故障，應(yīng)選用250V、1A的熔斷器。為防止因負(fù)載短路而造成輸出短路，應(yīng)在PLC外部輸出電路安裝熔斷器。在PLC電源配線施工中，輸出模塊的電源配線必須采用分組式接線。

4、PLC有三種輸出方式，若PLC采用晶體管輸出,不能接單相電動機(jī)、三相電動機(jī)、交流負(fù)載。

5、若PLC輸出端接感性負(fù)載,需根據(jù)負(fù)載的不同情況接入相應(yīng)的保護(hù)電路。在交流感性負(fù)載兩端應(yīng)并接RC串聯(lián)電路。

6、FX系列PLC輸入接口一般采用匯點(diǎn)式接線，輸出接口一般采用分組式接線。輸入端可以接主令電器、熱繼電器的觸點(diǎn)等，輸出端可以接交流接觸器線圈、電磁閥等。

7、PLC的I/O連接與控制線應(yīng)分開布線并保持一定距離。如果不得不在同一槽中布線，應(yīng)使用屏蔽線。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線，傳送開關(guān)量與模量信號的線路最好分開敷設(shè)，傳送模擬量的信號可采用屏蔽線，其屏蔽層應(yīng)在模擬量模塊一端接地。

8、PLC輸入/輸出回路接線

1）根據(jù)負(fù)載性質(zhì)并結(jié)合輸出點(diǎn)的要求，確定負(fù)載電源的種類及電壓等級，能用交流的不選直流。

2）正確確定負(fù)載電源容量。應(yīng)考慮接觸器、電磁閥等負(fù)載同時工作等因素，不宜簡單地采取總?cè)萘砍艘韵禂?shù)的辦法估算。尤其是在大型系統(tǒng)中，若容量不滿足要求，容易引起電壓損失過大，影響負(fù)載正常工作。

3）負(fù)載電源即便是交流220V，也不宜直接取自電網(wǎng)，應(yīng)采取屏蔽隔離措施。而且同一系統(tǒng)的基本單元、擴(kuò)展單元的電源與其輸出電源應(yīng)取自同一相。

4）PLC多采用正邏輯輸入，要求接近開關(guān)動作時輸出24V高電平。另外，凡是作為 PLC輸入元件的開關(guān)、傳感器，無論其容量是否允許，不允許再接其他負(fù)載，必須保證每個輸入通道是獨(dú)立的，以防止干擾或損壞PLC的內(nèi)部輸入電路。

十二、PLC使用注意事項(xiàng)

1、PLC不要安裝在高溫、結(jié)露、雨淋的場所，也不宜安裝在多灰塵、油煙、電磁干擾、腐蝕性氣體和可燃性氣體的場所，更不要安裝在易發(fā)生振動或沖擊強(qiáng)烈的地方。如果環(huán)境惡劣，應(yīng)采取相應(yīng)的通風(fēng)、防塵、防振措施，必要時可將其安裝在控制室。PLC的工作環(huán)境溫度范圍為0~55℃，相對濕度應(yīng)在85%以下(無結(jié)霜)。

2、PLC不能與高壓電器、大功率晶閘管裝置、高頻電焊機(jī)安裝在一起，控制柜應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源和動力線。

3、當(dāng)PLC后備電池異常時,必須在一周內(nèi)更換電池，更換時間不要超過5min，另外還要做好程序的備份。

4、良好的接地是保證PLC安全可靠運(yùn)行的重要措施。PLC系統(tǒng)接地的基本原則是單點(diǎn)接地。

5、PLC控制系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置緊急停止線路，提供最高的安全保障，緊急停止應(yīng)不受PLC控制。