基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)一、本文概述隨著工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的重要組成部分，正日益受到廣泛關(guān)注。本文旨在深入研究基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，探討其實(shí)現(xiàn)原理、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用前景。文章首先介紹了集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本概念和發(fā)展現(xiàn)狀，然后重點(diǎn)分析了基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和性能。文章對基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，以期為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級提供有益參考。在研究方法上，本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，通過對現(xiàn)有集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，提取其關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)原理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，本文設(shè)計(jì)了多組對比實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能優(yōu)勢。本文的主要貢獻(xiàn)在于：一是對基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了全面深入的研究，揭示了其實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)特點(diǎn)；二是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和性能，為實(shí)際應(yīng)用提供了有力支持；三是對集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級提供了有益參考。本文的研究成果對于推動(dòng)集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義，有望為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級提供有力支持。二、集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種將中央集中管理和局部分散控制相結(jié)合的先進(jìn)測控系統(tǒng)架構(gòu)。它旨在通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各個(gè)分散的測控節(jié)點(diǎn)連接起來，形成一個(gè)分布式的測控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸、處理和控制。集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有高度的靈活性、可擴(kuò)展性和可靠性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測、能源管理等領(lǐng)域。集散型測控網(wǎng)絡(luò)的核心在于其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了網(wǎng)絡(luò)的布局和連接方式，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括星型、環(huán)型、總線型和樹型等。而通信協(xié)議則負(fù)責(zé)規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸格式、時(shí)序和規(guī)則，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和同步。在集散型測控網(wǎng)絡(luò)中，可編程控制器扮演著關(guān)鍵的角色?？删幊炭刂破魇且环N具有可編程功能的數(shù)字控制設(shè)備，可以通過編程實(shí)現(xiàn)各種控制邏輯和功能。在集散型測控網(wǎng)絡(luò)中，可編程控制器作為分散控制的核心，負(fù)責(zé)接收來自上級節(jié)點(diǎn)的指令，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳給上級節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析。集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要依托先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)保證了網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性，為實(shí)時(shí)測控提供了可靠的基礎(chǔ)。而數(shù)據(jù)處理技術(shù)則負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取出有用的信息，為決策提供支持。集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種高效、可靠、靈活的測控系統(tǒng)架構(gòu)，通過可編程控制器的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備的集中管理和分散控制，為工業(yè)自動(dòng)化和智能化發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。三、可編程控制器及其在集散型測控網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可編程控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)。在集散型測控網(wǎng)絡(luò)中，可編程控制器發(fā)揮著核心作用。集散型測控網(wǎng)絡(luò)是一種分布式的控制系統(tǒng)，它將中央控制室的集中管理和現(xiàn)場設(shè)備的分散控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的高效、靈活和可靠的監(jiān)控。PLC作為集散型測控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)接收來自中央控制室的指令，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，并將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋給中央控制室。數(shù)據(jù)采集與處理：PLC能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場設(shè)備的各種數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量等，并進(jìn)行處理和分析，為中央控制室提供決策支持。邏輯控制：PLC通過編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制功能，如順序控制、定時(shí)控制等，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行精確的控制。通信與聯(lián)網(wǎng)：PLC具有強(qiáng)大的通信功能，可以通過各種通信協(xié)議與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息共享，實(shí)現(xiàn)集散型測控網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。故障診斷與報(bào)警：PLC能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常情況，能夠立即發(fā)出報(bào)警并采取相應(yīng)的處理措施，確保生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定?？删幊炭刂破髟诩⑿蜏y控網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的功能和性能也在不斷提升，為集散型測控網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。四、基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程控制的核心。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將中央控制室的集中監(jiān)控與現(xiàn)場設(shè)備的分散控制相結(jié)合，有效提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。而基于可編程控制器（PLC）的集散型測控網(wǎng)絡(luò)，則進(jìn)一步提升了這一技術(shù)的實(shí)用性和擴(kuò)展性。在基于PLC的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究中，我們首先對PLC的性能特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析。PLC以其強(qiáng)大的邏輯控制功能、靈活的編程能力以及優(yōu)秀的抗干擾能力，成為集散型測控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過對PLC的編程語言和通信協(xié)議的研究，我們實(shí)現(xiàn)了PLC與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，從而構(gòu)建了一個(gè)穩(wěn)定、高效的測控網(wǎng)絡(luò)。在研究過程中，我們還對集散型測控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。通過對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理的布局和配置，我們提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，降低了數(shù)據(jù)延遲。同時(shí)，我們還針對網(wǎng)絡(luò)中的通信協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，使得數(shù)據(jù)在傳輸過程中更加穩(wěn)定、可靠。在集散型測控網(wǎng)絡(luò)的安全性研究方面，我們也取得了一定的成果。我們通過對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，有效防止了數(shù)據(jù)泄露和非法訪問。我們還建立了完善的安全監(jiān)測機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理網(wǎng)絡(luò)中的安全隱患。基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究是一項(xiàng)復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)性的工作。通過我們的努力，我們已經(jīng)取得了一系列的研究成果，為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。未來，我們將繼續(xù)深入研究這一領(lǐng)域，推動(dòng)集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。五、基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)結(jié)合了現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性過程。可編程控制器（PLC）作為集散型測控網(wǎng)絡(luò)的核心部件，其性能的穩(wěn)定性和功能的豐富性對整個(gè)測控網(wǎng)絡(luò)起著決定性的作用。在實(shí)現(xiàn)過程中，我們首先需要根據(jù)實(shí)際測控需求，選擇適合的PLC型號和配置。這包括輸入輸出模塊的選擇、通信協(xié)議的選擇以及控制程序的設(shè)計(jì)等。同時(shí)，我們還需要考慮PLC與其他測控設(shè)備之間的兼容性和通信問題，以確保整個(gè)測控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。在硬件連接方面，我們需要設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括主從站結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)或星型結(jié)構(gòu)等，以滿足不同的測控需求。同時(shí)，還需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和調(diào)試，確保網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。在軟件編程方面，我們需要根據(jù)測控任務(wù)的要求，編寫PLC的控制程序。這包括數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)裙δ艿膶?shí)現(xiàn)。同時(shí)，我們還需要考慮控制程序的優(yōu)化和調(diào)試問題，以提高測控網(wǎng)絡(luò)的性能和穩(wěn)定性。在實(shí)現(xiàn)過程中，我們還需要注意一些關(guān)鍵技術(shù)問題。例如，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的選擇和優(yōu)化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?、控制程序的調(diào)試和優(yōu)化等。這些問題都需要我們進(jìn)行深入的研究和探討，以確?；诳删幊炭刂破鞯募⑿蜏y控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成功實(shí)現(xiàn)?；诳删幊炭刂破鞯募⑿蜏y控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜而細(xì)致的過程。它需要我們綜合運(yùn)用現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多方面的知識(shí)和技術(shù)，才能最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定、高效、可靠的測控網(wǎng)絡(luò)。六、結(jié)論與展望本文深入研究了基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，詳細(xì)探討了其原理、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用。通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，我們成功構(gòu)建了一套高效、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的集散型測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在實(shí)際工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多個(gè)測控點(diǎn)的集中管理和分散控制，提高了測控的精度和效率，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)成本。同時(shí)，可編程控制器的引入使得系統(tǒng)更加靈活和可定制，能夠適應(yīng)不同工業(yè)場景的需求。隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。未來，我們將繼續(xù)深入研究該技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新，探索更加高效、智能的測控方案。一方面，我們將關(guān)注可編程控制器的性能提升和功能擴(kuò)展，以滿足更復(fù)雜、更精細(xì)的測控需求。另一方面，我們將研究如何將集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等，以實(shí)現(xiàn)更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化的工業(yè)測控。我們還將關(guān)注該技術(shù)在節(jié)能環(huán)保、安全生產(chǎn)等方面的應(yīng)用，為推動(dòng)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。參考資料：可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破?ProgrammableLogicController，PLC)，一種具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存與執(zhí)行。可編程控制器由CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。早期的可編程邏輯控制器只有邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，后來隨著不斷地發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡單的計(jì)算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制、時(shí)序控制、模擬控制、多機(jī)通信等各類功能，名稱也改為可編程控制器(ProgrammableController)，但是由于它的簡寫PC與個(gè)人電腦(PersonalComputer)的簡寫相沖突，加上習(xí)慣的原因，人們還是經(jīng)常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，并仍使用PLC這一縮寫。工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺(tái)緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS，或者現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產(chǎn)廠商很多，如西門子、施耐德、三菱、臺(tái)達(dá)等，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廠商都會(huì)有其PLC產(chǎn)品提供。美國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的發(fā)展促進(jìn)了PLC的產(chǎn)生，20世紀(jì)60年代，美國通用汽車公司在對工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。1969年，美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺(tái)可編程控制器(PDP-14)，在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著；1971年，日本研制出第一臺(tái)可編程控制器(DCS-8)；1973年，德國研制出第一臺(tái)可編程控制器；1974年，中國開始研制可編程控制器：1977年，中國在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。最初的目的是替代機(jī)械開關(guān)裝置(繼電模塊)。然而，自從1968年以來，PLC的功能逐漸代替了繼電器控制板，現(xiàn)代PLC具有更多的功能。其用途從單一過程控制延伸到整個(gè)制造系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC的處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易?？删幊踢壿嬁刂破鲗?shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本組成如圖1所示，基本構(gòu)成詳細(xì)描述如下：電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。中央處理器由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲(chǔ)器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實(shí)現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀存儲(chǔ)器(ROM)中，用戶不能訪問。輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口，是信號進(jìn)入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。PLC除上述幾部分外，根據(jù)機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通信。常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、盒式磁帶錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等。整體式PLC是將電源CPU、輸入/輸出接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。模塊式PLC是將PLC各組成部分分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。將整體式PLC和模塊式PLC的特點(diǎn)結(jié)合起來，即構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC的CPU、電源、輸入/輸出接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行連接的，并且各模塊可以一層層地疊裝起來。這樣系統(tǒng)不但可以靈活配置，還可以做得體積小巧。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程映像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程映像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。②PLC的工作過程是循環(huán)掃描的過程，循環(huán)掃描時(shí)間的長短取決于指令執(zhí)行速度、用戶程序的長度等因素。③輸出對輸入的影響有滯后現(xiàn)象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當(dāng)采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個(gè)采樣周期才能被接收，因此這個(gè)滯后時(shí)間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短。影響滯后時(shí)間的因素還有輸入濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間等。⑤輸出鎖存器的內(nèi)容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。(1)可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計(jì)算機(jī)，因而集成度高，再加上相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。(2)編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數(shù)量比微型機(jī)指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，就可進(jìn)行編程。(3)組態(tài)靈活。由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模，因此，可適用于任何控制系統(tǒng)。(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優(yōu)點(diǎn)之一，是針對不同的現(xiàn)場信號(如直流或交流、開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應(yīng)的模板可與工業(yè)現(xiàn)場的器件(如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等)直接連接，并通過總線與CPU主板連接。(5)安裝方便。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC的安裝既不需要專用機(jī)房，也不需要嚴(yán)格的屏蔽措施。使用時(shí)只需把檢測器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接，便可正常工作。(6)運(yùn)行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執(zhí)行的，因而不論其可靠性還是運(yùn)行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機(jī)大量采用，大大增強(qiáng)了PLC的能力，并且使PLC與微型機(jī)控制系統(tǒng)之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。在制造工業(yè)中存在大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作和按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。PLC廠家在原來CPU模板上提逐漸增加了各種通訊接口，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，使PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場的根本原因。PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有母板，數(shù)字I/O模板，模擬I/O模板，還有特殊的定位模板，條形碼識(shí)別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在母板上擴(kuò)展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量。PLC在實(shí)現(xiàn)各種數(shù)量的I/O控制的同時(shí)，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，使得它可以控制各種能接收這些信號的伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，變頻電機(jī)等，加上觸摸屏的人機(jī)界面支持，PLC可以滿足用戶在過程控制中任何層次上的需求。在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。簡單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算?？刂乒δ馨≒ID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂?，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺(tái)同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；2）1臺(tái)可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；3）可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4）專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線）通信處理器。離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷?？删幊踢壿嬁刂破鞯脑\斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間?？删幊踢壿嬁刂破鞑捎脪呙璺绞焦ぷ鳌膶?shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)?？删幊踢壿嬁刂破鹘狱c(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約2～4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于2ms/K?？删幊踢壿嬁刂破靼唇Y(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型可編程邏輯控制器的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。開關(guān)量主要指開入量和開出量，是指一個(gè)裝置所帶的輔助點(diǎn)，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(diǎn)（變壓器超溫后變位）、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助點(diǎn)（閥門開關(guān)后變位），接觸器所帶的輔助點(diǎn)（接觸器動(dòng)作后變位）、熱繼電器（熱繼電器動(dòng)作后變位），這些點(diǎn)一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點(diǎn)，也叫PLC或綜保裝置的開入量。在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。例如：用電子電路記錄從自動(dòng)生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時(shí)，每送出一個(gè)零件便給電子電路一個(gè)信號，使之記1，而平時(shí)沒有零件送出時(shí)加給電子電路的信號是0，所在為記數(shù)?？梢?，零件數(shù)目這個(gè)信號無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個(gè)數(shù)字信號。最小的數(shù)量單位就是1個(gè)。在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。例如：熱電偶在工作時(shí)輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因?yàn)樵谌魏吻闆r下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個(gè)電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個(gè)取值都是具體的物理意義，即表示一個(gè)相應(yīng)的溫度。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號先進(jìn)行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電平，形成階梯狀信號，然后進(jìn)行低通濾波。根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償，由數(shù)字信號便可恢復(fù)為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。一般實(shí)現(xiàn)時(shí)，不是直接依據(jù)這些原理，因?yàn)榧怃J的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實(shí)現(xiàn)的，所以在真實(shí)的系統(tǒng)中只能近似完成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器，使得階梯狀信號中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同，對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇，相應(yīng)的功能要求，響應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：2)機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。3)機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)。開關(guān)量的開環(huán)控制是PLC的最基本控制功能。PLC的指令系統(tǒng)具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，很容易實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序(步進(jìn))等各種邏輯控制方式。大部分PLC就是用來取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)。對于模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要有開關(guān)量的輸入輸出外，還要有模擬量的輸入輸出點(diǎn)，以便采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出實(shí)現(xiàn)對溫度、流量、壓力、位移、速度等參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)與控制。目前的PLC不但大型、中型機(jī)具有這種功能外，還有些小型機(jī)也具有這種功能?？刂葡到y(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖伺服裝置(如步進(jìn)電動(dòng)機(jī))時(shí)，可利用PLC實(shí)現(xiàn)接收和輸出高速脈沖的功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制，較為先進(jìn)的PLC還專門開發(fā)了數(shù)字控制模塊，可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)功能，近來又推出了新型運(yùn)動(dòng)單元模塊，還能提供數(shù)字量控制技術(shù)的編程語言，使PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)字量控制更加簡單。由于PLC主要用于現(xiàn)場控制，所以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)是十分必要的功能，在此基礎(chǔ)上將PLC與上位計(jì)算機(jī)或觸摸屏相連接，既可以觀察這些數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，又能及時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有的PLC具有數(shù)據(jù)記錄單元，可以用一般個(gè)人電腦的存儲(chǔ)卡插入到該單元中保存采集到的數(shù)據(jù)。PLC的另一個(gè)特點(diǎn)是自檢信號多．利用這個(gè)特點(diǎn)，PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自診斷式監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本文將圍繞可編程控制器在集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，旨在提高測控網(wǎng)絡(luò)的智能化水平和穩(wěn)定性，為相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供有效的技術(shù)支撐。在集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，傳感器、儀表、控制器等設(shè)備是不可或缺的部分。傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測各種物理量，如溫度、壓力、液位等，并將其轉(zhuǎn)化為電信號；儀表則對電信號進(jìn)行放大、處理和顯示；控制器則是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收傳感器信號、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出控制指令，以實(shí)現(xiàn)對被控對象的精確控制?；诳删幊炭刂破鞯募⑿蜏y控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)。在硬件方面，我們選用具有高速數(shù)據(jù)處理能力的可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對傳感器信號的實(shí)時(shí)采集、處理和控制。同時(shí)，為了方便現(xiàn)場操作人員對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，我們還設(shè)計(jì)了友好的人機(jī)界面，使操作人員可以通過觸摸屏或者上位機(jī)軟件對系統(tǒng)進(jìn)行操作和監(jiān)控。在軟件方面，我們采用模塊化的編程方式，將測控網(wǎng)絡(luò)的各種功能劃分為不同的模塊。每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的功能和輸入輸出接口，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的組合和配置。我們還開發(fā)了一套通用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以保證不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信穩(wěn)定可靠。通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：可編程控制器具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠根據(jù)不同需求進(jìn)行定制化的開發(fā)；該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器、儀表和控制器的完美融合，從而提高整個(gè)測控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和智能化水平；由于可編程控制器的自診斷功能強(qiáng)大，可以快速定位并排除故障，大大減少了維護(hù)成本。基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。未來，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。隨著智能化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷融合，基于可編程控制器的集散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。我們相信，在不久的將來，該技術(shù)必將在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用?？删幊踢壿嬁刂破魇欠N專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)，一種具有微處理器的用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲(chǔ)存與執(zhí)行?？删幊炭刂破饔蒀PU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。早期的可編程邏輯控制器只有邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，后來隨著不斷地發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡單的計(jì)算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制、時(shí)序控制、模擬控制、多機(jī)通信等各類功能，名稱也改為可編程控制器(ProgrammableController)，但是由于它的簡寫PC與個(gè)人電腦(PersonalComputer)的簡寫相沖突，加上習(xí)慣的原因，人們還是經(jīng)常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，并仍使用PLC這一縮寫。工業(yè)上使用的可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)或接近于一臺(tái)緊湊型電腦的主機(jī)，其在擴(kuò)展性和可靠性方面的優(yōu)勢使其被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)控制領(lǐng)域。不管是在計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng)還是集中分散式控制系統(tǒng)DCS，或者現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產(chǎn)廠商很多，如西門子、施耐德、三菱、臺(tái)達(dá)等，幾乎涉及工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的廠商都會(huì)有其PLC產(chǎn)品提供。美國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的發(fā)展促進(jìn)了PLC的產(chǎn)生，20世紀(jì)60年代，美國通用汽車公司在對工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。1969年，美國數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺(tái)可編程控制器(PDP-14)，在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著；1971年，日本研制出第一臺(tái)可編程控制器(DCS-8)；1973年，德國研制出第一臺(tái)可編程控制器；1974年，中國開始研制可編程控制器：1977年，中國在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。最初的目的是替代機(jī)械開關(guān)裝置(繼電模塊)。然而，自從1968年以來，PLC的功能逐漸代替了繼電器控制板，現(xiàn)代PLC具有更多的功能。其用途從單一過程控制延伸到整個(gè)制造系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC的處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易?？删幊踢壿嬁刂破鲗?shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本組成如圖1所示，基本構(gòu)成詳細(xì)描述如下：電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。中央處理器由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲(chǔ)器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運(yùn)行用戶程序，進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算，控制整個(gè)系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實(shí)現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀存儲(chǔ)器(ROM)中，用戶不能訪問。輸入單元是PLC與被控設(shè)備相連的輸入接口，是信號進(jìn)入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。輸出單元也是PLC與被控設(shè)備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設(shè)備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。PLC除上述幾部分外，根據(jù)機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通信。常用的外部設(shè)備有編程器、打印機(jī)、盒式磁帶錄音機(jī)、計(jì)算機(jī)等。整體式PLC是將電源CPU、輸入/輸出接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。模塊式PLC是將PLC各組成部分分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。將整體式PLC和模塊式PLC的特點(diǎn)結(jié)合起來，即構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC的CPU、電源、輸入/輸出接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行連接的，并且各模塊可以一層層地疊裝起來。這樣系統(tǒng)不但可以靈活配置，還可以做得體積小巧。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程映像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程映像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。②PLC的工作過程是循環(huán)掃描的過程，循環(huán)掃描時(shí)間的長短取決于指令執(zhí)行速度、用戶程序的長度等因素。③輸出對輸入的影響有滯后現(xiàn)象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當(dāng)采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個(gè)采樣周期才能被接收，因此這個(gè)滯后時(shí)間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短。影響滯后時(shí)間的因素還有輸入濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間等。⑤輸出鎖存器的內(nèi)容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。(1)可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計(jì)算機(jī)，因而集成度高，再加上相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。(2)編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數(shù)量比微型機(jī)指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，就可進(jìn)行編程。(3)組態(tài)靈活。由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模，因此，可適用于任何控制系統(tǒng)。(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優(yōu)點(diǎn)之一，是針對不同的現(xiàn)場信號(如直流或交流、開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應(yīng)的模板可與工業(yè)現(xiàn)場的器件(如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等)直接連接，并通過總線與CPU主板連接。(5)安裝方便。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC的安裝既不需要專用機(jī)房，也不需要嚴(yán)格的屏蔽措施。使用時(shí)只需把檢測器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接，便可正常工作。(6)運(yùn)行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執(zhí)行的，因而不論其可靠性還是運(yùn)行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機(jī)大量采用，大大增強(qiáng)了PLC的能力，并且使PLC與微型機(jī)控制系統(tǒng)之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。在制造工業(yè)中存在大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作和按照時(shí)序動(dòng)作;另外還有與順序、時(shí)序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。PLC廠家在原來CPU模板上提逐漸增加了各種通訊接口，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，使PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場的根本原因。PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有母板，數(shù)字I/O模板，模擬I/O模板，還有特殊的定位模板，條形碼識(shí)別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在母板上擴(kuò)展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量。PLC在實(shí)現(xiàn)各種數(shù)量的I/O控制的同時(shí)，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，使得它可以控制各種能接收這些信號的伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，變頻電機(jī)等，加上觸摸屏的人機(jī)界面支持，PLC可以滿足用戶在過程控制中任何層次上的需求。在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。簡單可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算?？刂乒δ馨≒ID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺(tái)同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；2）1臺(tái)可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；3）可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4）專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線）通信處理器。離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷?？删幊踢壿嬁刂破鞯脑\斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間?？删幊踢壿嬁刂破鞑捎脪呙璺绞焦ぷ?。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)?？删幊踢壿嬁刂破鹘狱c(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約2～4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時(shí)間不大于2ms/K?？删幊踢壿嬁刂破靼唇Y(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型可編程邏輯控制器的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。開關(guān)量主要指開入量和開出量，是指一個(gè)裝置所帶的輔助點(diǎn)，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(diǎn)（變壓器超溫后變位）、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助點(diǎn)（閥門開關(guān)后變位），接觸器所帶的輔助點(diǎn)（接觸器動(dòng)作后變位）、熱繼電器（熱繼電器動(dòng)作后變位），這些點(diǎn)一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點(diǎn)，也叫PLC或綜保裝置的開入量。在時(shí)間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。例如：用電子電路記錄從自動(dòng)生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時(shí)，每送出一個(gè)零件便給電子電路一個(gè)信號，使之記1，而平時(shí)沒有零件送出時(shí)加給電子電路的信號是0，所在為記數(shù)?？梢?，零件數(shù)目這個(gè)信號無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個(gè)數(shù)字信號。最小的數(shù)量單位就是1個(gè)。在時(shí)間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。例如：熱電偶在工作時(shí)輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因?yàn)樵谌魏吻闆r下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號無論在時(shí)間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個(gè)電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個(gè)取值都是具體的物理意義，即表示一個(gè)相應(yīng)的溫度。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號先進(jìn)行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電平，形成階梯狀信號，然后進(jìn)行低通濾波。根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜（即Sa函數(shù)）的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補(bǔ)償，由數(shù)字信號便可恢復(fù)為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。一般實(shí)現(xiàn)時(shí)，不是直接依據(jù)這些原理，因?yàn)榧怃J的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波（Sa函數(shù)和理想低通）可以合并（級聯(lián)），并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實(shí)現(xiàn)的，所以在真實(shí)的系統(tǒng)中只能近似完成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、采樣保持和編碼的過程。模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器，使得階梯狀信號中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同，對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、