可編程控制器基本原理及應用

基本性能
    可編程控制器的基本性能可用如下六條予以概括：
1工作速度
    工作速度是指PLC的CPU執行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應速度。工作速度是PLC工作的基礎。速度高了，才可能通過(guò)運行程序實(shí)現控制，才可能不斷擴大控制規模，才可能發(fā)揮PLC的多種多樣的作用。
PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的條數也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執行的時(shí)間也不同。但各種PLC總有一些基本指令，而且各種的PLC都有這些基本指令，故常以執行一條基本指令的時(shí)間來(lái)衡量這個(gè)速度。這個(gè)時(shí)間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點(diǎn)微秒級。并隨著(zhù)微處理器技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)時(shí)間還在縮短。
執行時(shí)間短可加快PLC對一般輸入信號的響應速度。從討論PLC的工作原理知，從對PLC加入輸入信號，到PLC產(chǎn)生輸出，的情況也要延遲一個(gè)PLC運行程序的周期。因為PLC監測到輸入信號，經(jīng)運行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對輸入信號的響應。不理想時(shí)，還要多延長(cháng)一個(gè)周期。當輸入信號送入PLC時(shí)，PLC的輸入刷新正好結束，就是這種情況。這時(shí)，要多等待一個(gè)周期，PLC的輸入映射區才能接受到這個(gè)新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個(gè)延遲雖可以接受，但對急需響應的輸入信號，就不能接受了。對急需處理的輸人信號延遲多長(cháng)時(shí)間PLC能予以響應，要另作要求。
為了處理急需響應的輸入信號，PLC有種種措施。不同的PLC措施也不*相同，提高響應速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時(shí)刷新，即中斷程序運行后，有關(guān)的輸出點(diǎn)立即刷新，而不等到整個(gè)程序運行結束后再刷新。
這個(gè)效果可從兩個(gè)方面來(lái)衡量：一是能否對幾個(gè)輸入信號作快速響應；二是快速響應的速度有多快。多數PLC都可對一個(gè)或多個(gè)輸入點(diǎn)作快速響應，快速響應時(shí)間僅幾個(gè)毫秒。性能高的、大型的PLC響應點(diǎn)數更多。
工作速度關(guān)系到PLC對輸入信號的響應速度，是PLC對系統控制是否及時(shí)的前提?？刂撇患皶r(shí)，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響應的系統。這就是把工作速度作為PLC*指標的原因。
2控制規模
    控制規模代表PLC控制能力，看其能對多少輸入、輸出點(diǎn)及對多少路模擬進(jìn)行控制。
控制規模與速度有關(guān)。因為規模大了，用戶(hù)程序也長(cháng)，執行指令的速度不快，勢必延長(cháng)PLC循環(huán)的時(shí)間，也必然會(huì )延長(cháng)PLC對輸入信號的響應。為了避免這個(gè)情況，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。
控制規模還與內存區的大小有關(guān)。規模大，用戶(hù)程序長(cháng)，要求有更大的用戶(hù)存儲區。同時(shí)點(diǎn)數多，系統的存儲器輸入、輸出的信號區（輸入輸出繼電器區或稱(chēng)輸入、輸出映射區）也大。這個(gè)區大，相應地內部器件（解釋見(jiàn)后）也要增多，這些都要求有更大的系統存儲區。
控制規模還與輸入、輸出電路數有關(guān)。如控制規模為1024點(diǎn)，那就得有1024條I/O電路。這些電路集成于I/O模塊中，而每個(gè)模塊有多少路的I/O點(diǎn)總是有數的。所以，規模大，所使用的模塊也多。
控制規模還與PLC指令系統有關(guān)。規模大的PLC指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點(diǎn)數多的系統進(jìn)行控制的需要。
控制規模是對PLC其它性能指標起著(zhù)制約作用的指標；也是PLC劃分為微、小、中、大和特大型
3組成模塊
    PLC的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模塊組成當作所有PLC的結構性能。
這個(gè)性能含義是指某型號PLC具有多少種模塊，各種模塊都有什么規格，并各具什么特點(diǎn)。
一般講，規模大的PLC，檔次高的PLC模塊的種類(lèi)也多，規格也多，反映它的特點(diǎn)的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型PLC、檔次低的PLC模塊種類(lèi)也少，規格也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。
組成PLC的模塊是PLC的硬件基礎，只有弄清所選用的PLC都具有那些模塊及其特點(diǎn)，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的PLC，以滿(mǎn)足控制系統對PLC的要求。
常見(jiàn)的PLC模塊有：
CPU模塊，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、規模都由它的性能來(lái)體現。
電源模塊，它為PLC運行提供內部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。
I/O模塊，它集成了I/O電路，并依點(diǎn)數及電路類(lèi)型劃分為不同規格的模塊。
內存模塊，它主要存儲用戶(hù)程序，有的還為系統提供輔加的工作內存。在結構上內存模塊都是附加于CPU模塊之中。
底板、機架模塊，它為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的提供總線(xiàn)。若干底板間的有的用接口模塊，有的用總線(xiàn)接口。不同廠(chǎng)家或同一廠(chǎng)家但不同類(lèi)型的PLC都不大相同。
箱體式的小型PLC的主箱體就是把上述幾種模塊集成在一個(gè)箱體內的，并依可能提供I/O點(diǎn)數的多少，劃分為不同的規格。
箱體式的PLC還有I/O擴展箱體，它不含CPU，僅有電源及I/O單元的功能。擴展箱體也依I/O點(diǎn)數的多少劃分有不同的規格。
除上述模塊，PLC還有特殊的或稱(chēng)智能或稱(chēng)功能模塊。如A/D（模入）模塊、D/A（模出）模塊、高速計數模塊、位控模塊、溫度模塊等等。這些模塊有自己的CPU，可對信號作預處理或后處理，以簡(jiǎn)化PLC的CPU對復雜的程控制量的控制。智能模塊的種類(lèi)、特性也大不相同，性能好的PLC，這些模塊種類(lèi)多，性能也好。
通訊模塊，它接人PLC后，可使PLC與計算機，或PLC與PLC進(jìn)行通訊，有的還可實(shí)現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網(wǎng)絡(luò )。通訊模塊代表PLC的組網(wǎng)能力，代表著(zhù)當今PLC性能的重要方面。
掌握PLC性能，一定要了解它的模塊，并通過(guò)了解模塊的性能，去弄清楚PLC的性能。
除了模塊，PLC還有外部設備。
盡管用PLC實(shí)現對系統的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對PLC編程，要監控PLC及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶(hù)程序、打印數據等，就得使用PLC的外部設備。故一種PLC的性能如何，與這種PLC所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關(guān)。
PLC的外部設備有四大類(lèi)：
編程設備：簡(jiǎn)單的為簡(jiǎn)易編程器，多只接受助記將編程，個(gè)別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的EX型可編程控制器）。復雜一點(diǎn)的有圖形編程器，可用梯形圖語(yǔ)編程。有的還有的計算機，可用其它語(yǔ)編程。編程器除了用于編程，還可對系統作一些設定，以確定PLC控制方式，或工作方式。編程器還可監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，以進(jìn)行PLC用戶(hù)程序的調試。
監控設備：小的有數據監視器，可監視數據；大的還可能有圖形監視器，可通過(guò)畫(huà)面監視數據。除了不能改變PLC的用戶(hù)程序，編程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面。性能好的PLC，這種外部設備已越來(lái)越豐富。
存儲設備：它用于*性地存儲用戶(hù)數據，使用戶(hù)程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤(pán)或只讀存儲器。而為實(shí)現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或ROM寫(xiě)入器，以及相應的接口部件。各種PLC大體都有這方面的配套設施。
輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與PLC進(jìn)行人機對話(huà)。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監控器雖也可對PLC輸入信息，從PLC輸出信息，但輸入輸出設備實(shí)現人機對話(huà)更方便，可在現場(chǎng)條件下實(shí)現，并便于使用。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，這種設備將更加豐富。
外部設備已發(fā)展成為PLC系統的不可分割的一個(gè)部分。它的情況，當然是選用PLC必須了解的重要方面，所以也應把它列為PLC性能的重要內容。
4內存容量
    PLC內存有用戶(hù)及系統兩大部分。用戶(hù)內存主要用以存儲用戶(hù)程序，個(gè)別的還將其中的一部分劃為系統所用。系統內存是與CPU配置在一起的。CPU既要具備訪(fǎng)問(wèn)這些內存的能力，還應提供相應的存儲介質(zhì)。
用戶(hù)內存大小與可存儲的用戶(hù)程序量有關(guān)。內存大，可存儲的程序量大，也就可進(jìn)行更為復雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內存容量總是在不斷增大著(zhù)。大型PLC的內存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統內存對于用戶(hù)，主要體現在PLC能提供多少內部器件。不同的內部器件占據系統內存的不同區域。在物理上并無(wú)這些器件，僅僅為RAM。但通過(guò)運行程序進(jìn)行使用時(shí)，給使用者提供的卻實(shí)實(shí)在在有這些器件。
內存器件種類(lèi)越多，數量越多，越便于PLC進(jìn)行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表
PLC性能的重要指標。
PLC內部器件有：
I/O繼電器，或稱(chēng)映射區。它與PLC所能控制的I/O點(diǎn)數及模擬量的路數直接相關(guān)。
內部繼電器數，有的稱(chēng)為標志位數，代表著(zhù)PLC的內部繼電器數。它與I/O繼電器區相著(zhù)，有時(shí)與后者相進(jìn)行處理。內部繼電器多，便于PLC建立復雜的時(shí)序關(guān)系，以實(shí)現多種多樣的控制要求。一般講，內部繼電器數比I/O繼電器要多得多。
有的內部繼電器還可丟電保持，即它的狀態(tài)（ON或OFF）、PLC丟電后，靠?jì)炔侩姵厝杂枰员３?。再上電后可繼續丟電前的狀態(tài)。保持繼電器可增強PLC控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復運行，更顯得有用。
定時(shí)器，可進(jìn)行定時(shí)控制。定時(shí)值可任意設定。定時(shí)器有多少，設定范圍有多大，設定值的分辨率又是多少，這些都代表定時(shí)器件的性能。
計數器，可進(jìn)行計數，到達某設定計數值可發(fā)送相應信號?？蛇M(jìn)行什么樣的計數，計數范圍多大，怎么設定，有多少計數器，則是PLC計數器性能的代表指標。
數據存儲區，用以存儲工作數據。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是PLC進(jìn)行模擬量控制，或記錄數據所*的。這個(gè)存儲區的大小代表PLC的性能也是越大越好。趨勢也是越來(lái)越大。小型機也如此。如日本OMRON公司的CQM1機，其DM區就有6k字。而過(guò)去同是小型機的C60P的DM區才64個(gè)字。大型機的DM可達10K以至幾十K。
此外還有其它一些內部器件，了解某PLC性能時(shí)，也都必須掌握它。
內部器件也是PLC指令的操作數，不弄清楚是無(wú)法編程的。
5指令系統
    PLC有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么編程，沒(méi)有程序，PLC又怎么工作？
PLC的指令越來(lái)越多，越來(lái)越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見(jiàn)增多。
PLC的指令繁多，但主要的有這么幾種類(lèi)型：
基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實(shí)現邏輯控制。這類(lèi)指令不管什么樣的PLC都總是有的。
數據處理指令，用于處理數據，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。
數據運算指令，用于進(jìn)數據的運算，如十、一、X、/等，可進(jìn)行整形數計算，有的還可浮點(diǎn)數運算；也可進(jìn)行邏輯量運算，等等。
流程控制指令，用以控制程序運行流程。PLC的用戶(hù)程序一般是從零地址的指令開(kāi)始執行，按順序推進(jìn)。但遇到流程控制指令也可作相應改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡(jiǎn)練，并便于調試與閱讀。
狀態(tài)監控指令，用以監視及記錄PLC及其控制系統的工作狀態(tài)，對提高PLC控制系統的工作可靠性大有幫助。
當然，并不是所有的PLC都有上述那么多類(lèi)的指令，也不是有的PLC僅有上述幾類(lèi)指令。以上只是指出幾個(gè)例子，說(shuō)明要從哪幾個(gè)方面了解PLC指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響PLC的性能。
除了指令，為進(jìn)行通訊，PLC還有相應的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了PLC的性能。
6支持軟件
    為了便于編制PLC程序，多數PLC廠(chǎng)家都開(kāi)發(fā)有關(guān)計算機支持軟件。
從本質(zhì)上講，PLC所能識別的只是機器語(yǔ)言。它之所以能使用一些助記符語(yǔ)言、梯形圖語(yǔ)言、流程圖語(yǔ)言，以至語(yǔ)言，全靠為使用這些語(yǔ)言而開(kāi)發(fā)的種種軟件。
助記符語(yǔ)言是zui基本也是zui簡(jiǎn)單的PLC語(yǔ)言。它類(lèi)似計算機的匯編語(yǔ)言，PLC的指令系統就是用這種語(yǔ)言表達的。這種語(yǔ)言?xún)H使用文字符號，所使用的編程工具簡(jiǎn)單，用簡(jiǎn)易編程器即可。所以，多數PLC都配備有這種語(yǔ)言。
梯形圖語(yǔ)言是圖形語(yǔ)言，它用類(lèi)似于繼電器電路圖的符號表達PLC實(shí)現控制的邏輯關(guān)系。這種語(yǔ)言與符號語(yǔ)言有對應關(guān)系，很容易互相轉換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的PLC都開(kāi)發(fā)有這種語(yǔ)言。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫(huà)面的編程器，才能使用它。多數是在計算機對PLC編程時(shí)，才使用這種語(yǔ)言。
流程圖語(yǔ)言，它也是圖形語(yǔ)言，不過(guò)所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語(yǔ)言與符號語(yǔ)言也有一一對應關(guān)系，只是它對應的符號語(yǔ)言與梯形圖的對應不一樣。熟悉計算機而又未從事過(guò)一般電氣工作的人員，樂(lè )于用這種語(yǔ)言對PLC編程。日本OMRON公司開(kāi)發(fā)的F系列機就是使用這種語(yǔ)言。
梯形圖與流程圖混合語(yǔ)言。這種語(yǔ)言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使PLC程序結構化。它用流程圖把PLC程序劃分成若干結構塊，并規范塊間的邏輯。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關(guān)系。這種混合語(yǔ)言有不同的實(shí)現方法，而且多用于大型的PLC的編程
語(yǔ)言，PLC編程也可以使用語(yǔ)言，如BASIC、C語(yǔ)言等?？梢栽贒OS，也可在WINDOWS平臺上運行。關(guān)鍵在于要把用語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉換成助記符語(yǔ)言，或直接轉換成PLC所能識別的機器語(yǔ)言。從根本上講，只要能實(shí)現這個(gè)轉換的，什么語(yǔ)言都可以。而編寫(xiě)這個(gè)轉換的軟件工作量很大，當然應由有關(guān)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)與提供。當前不少PLC廠(chǎng)家已有提供。如GE－FANAC的PLC就提供有可用C語(yǔ)言編程的軟件。
再前進(jìn)一步，從理論上講使用自然語(yǔ)言編程也是*可能的。只是要下力氣去開(kāi)發(fā)，以及市場(chǎng)有這個(gè)需要。
支持軟件不僅編制PLC程序需要，監控PLC運行，特別是監視PLC所控制的系統的工作狀況也需要。所以，多數支持編程的軟件，也具有監視PLC工作的功能。
此外，也有于監控PLC工作的軟件，它多與PLC的監視終端連用。
有的PLC廠(chǎng)家或第三方廠(chǎng)家還開(kāi)發(fā)了使用PLC的組態(tài)軟件，用以實(shí)現計算機對PLC控制系統監控，以及與PLC交換數據。
PLC的用戶(hù)也可基于DOS或WINDOWS平臺開(kāi)發(fā)用于PLC控制系統的應用軟件，以提高PLC系統自動(dòng)化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。
總之，為了用好PLC，PLC的支持軟件越來(lái)越豐富，性能也越來(lái)越好，其界面也越來(lái)越友好，也因此，它的情況如何，已成為評判PLC性能的指標之一。