[讨论]有谁对关于PLC的编程知识感兴趣吗？(编程知识连载)

莺

有没有人对PLC的编程基础知识感兴趣？如果有本版块将会推出一些基础知识供大家学习及交流！<br><br>现在的大多数设备都朝自动化、智能化方向改进、应用，这些都离不开主控处理器的开发应用，PLC可编程序控制器的系统原理是我们学习的基础。<br><br>

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

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莺

可编程控制器程序设计语言:
在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。
根据可编程器应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言是：
梯形图程序设计语言
布尔助记符程序设计语言（语句表）
功能表图程序设计语言
功能模块图程序设计语言
结构化语句描述程序设计语言
梯形图与结构化语句描述程序设计语言
布尔助记符与功能表图程序设计语言
布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言
１、梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言
梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。
梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。
梯形图程序设计语言的特点是：
（１）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；
（２）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；
（３）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；
（４）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。
２、布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言
布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。
布尔助记符程序设计语言具有下列特点：
（１）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；
（２）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；
（３）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。
３、功能表图（Sepuential Function Chart）程序设计语言
功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是：
（１）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；
（２）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；
（３）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；
（４）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。
功能表图来源于佩特利（Petri）网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。近几年推出的可编程控制器和小型集散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。关于佩特利（Petri）网的一些基本概念，我在以后有机会时再介绍给各位，以有助于对功能表图的进一步理解。
４、功能模块图（Function Block）程序设计语言
功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是：
（１）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易；
（２）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；
（３）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少；
（４）由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。
５、结构化语句（Structured Text）描述程序设计语言
结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。
结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与ＢＡＳＩＣ语言、ＰＡＳＣＡＬ语言或Ｃ语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。
结构化程序设计语言具有下列特点：
（１）采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；
（２）需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。
（３）直观性和易操作性等性能较差；
（４）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。
部分可编程序控制器的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与可编程序控制器间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。

[ 本帖最后由 莺 于 2007-3-16 00:55 编辑 ]

莺

PLC的I/O系统

      PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC的主要部分(包括I/O系统和电源等)全部安装在一个机箱内。后者将PLC的主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC机架上的槽内，构成一个PLC系统。
   不论采取哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC的I/O映象区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为I/O寻址方式。
   I/O寻址方式有以下三种：
   1.固定的I/O寻址方式
   这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的PLC采用这种I/O寻址方式。
   2.开关设定的I/O寻址方式
   这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。
   3.用软件来设定的I/O寻址方式
   这种I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的。

PLC的几种流派
   1969年美国的DEC公司研制成功了世界第一台PLC。1971年日本从美国引进了PLC技术加以消化，由日本公司研制成功了日本的第一台PLC。从70年代初开始，不到三十年时间里，PLC生产发展成了一个巨大的产业，据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有二百多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。其中在美国注册的厂超过100家，生产大约二百个品种；日本有60~70家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；在欧洲注册的也有几十家，生产几十个品种的PLC产品。
   PLC产品的产量、销量及用量在所有工业控制装置中居首位，市场对其需求仍在稳步上升。进入二十世纪九十年代以来，全世界PLC年销售额以达百亿美元而且一直保持15%的年增长的势头。面对二百多PLC厂家，400多个品种的PLC产品，另人目不暇接、眼花缭乱。这无疑会给广大的PLC用户在选择、开发、使用及学习PLC时造成许多困难。
   学通一种PLC，是否能举一反三，一通百通呢？如果说对于单纯的逻辑控制还有一点可能的话，那么随着PLC功能的发展，要想一通百通几乎是完全不可能了。熟悉西门子S5系列PLC的人都知道，他是采用结构化编程的方法，尽管他也设有梯形图、逻辑图等多种其他编程语言，单少许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过STEP5语言，调用各种功能来实现。然而美国A-B公司的PLC-5系列可编程控制器则与西门子S5系列PLC相去甚远，A-B的PLC-5根本就没有语句表，他所有的程序都要依靠梯形图编制，因而A-B的梯形图与西门子的梯形图在形式、功能及用法上相差很大。
   日本的微型小型PLC产品是非常有特色的，他对梯形图、语句表并重，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统。用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型PLC产品就能解决，而用欧美产品常要选用中型乃至大型PLC才行。这主要是欧美小型PLC产品指令系统太弱所制。
   随着PLC功能的发展，企图学通一种就一通百通显然是不可能的，那么是否要对每种PLC都学习呢？这样做既不现实，也没有必要。追溯PLC的发展历史可以看到，世界上200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品大体可以按地域分成三个流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，还有一个流派是日本产品。同一地区的产品相互借鉴的比较多，相互影响比较大，技术参透比较深，面临的主要市场相同，拥护要求接近，这一切就使得同一地域的PLC产品表现出比较多的相似性。
   美国PLC技术的形成与欧洲PLC技术的形成是在相互隔离的情况下，独自研究开发获得的，因此美国的PLC产品与欧洲的PLC产品常表现出来明显的差异性。日本的PLC技术是由美国引进的，因此日本的产品对美国的产品有一定的继承性。单日本把自己主推产品定位在小型PLC上，因面临的主要市场在亚洲，因此他对美国的PLC技术既有继承，更多的是发展。在小型PLC方面，他已是青出于蓝而胜于蓝，日本产品在世界小型PLC市场上占70%的份额。
   按照把PLC产品划分成三种流派的思路，从每一流派中选泽最有代表性的几家厂商，再结合他们的产品在我国的用量来决定本书内容的取材。据不完全统计，我国每年引进的PLC产品价值在5500万美元左右，其中美国产品约2000万美元，欧洲产品约2500万美元，日本产品约1000万美元。欧美产品以大中型PLC为主基本上是德国西门子公司与美国A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本产品，其中OMRON公司占首位，而松下电工是后起之秀，大有后来居上之势。
   按地域划分PLC产品流派的做法并不很科学，单他有一定的使用价值，同一流派PLC产品表现较多的相似性，不同流派PLC产品表现出的明显差异性，这启示我们介绍每一流派中最有代表性的产品，以后与到其他品种时，就比较容易举一反三，触类旁通。

PLC的硬件结构
   PLC一般由四大部分组成：CPU、存储器、I/O系统以及其它可选部件。前三大部分是PLC完成各种控制任务所必需的，一般称为PLC的基本组成部分。其它可选部件包括编程器、外存储器、仿真I/O、通讯接口、扩展接口以及测试设备等，主要用于系统的编程组态、程序存储、通讯联网、系统扩展和系统测试等。
一、CPU
   CPU是PLC的核心部件。应该注意的是：在PLC中，CPU的概念与普通微型计算机的CPU有很大的不同。在PLC中，CPU指的不是一块集成电路，而是一个模板，其上不仅包括CPU芯片，还有RAM和ROM或者EPROM。而且，在中大型PLC中，CPU模板中一般有两块CPU芯片，一片用作字处理器（主处理器），用于字节指令的处理，并实现各种控制作用；另一片用作字处理器（辅助处理器），用于实现位讯息的高速处理。
二、数字I/O接口
   用作CPU模板与外部开关量讯号之间的接口。它完成诸如电平转换、电气隔离、串/并型数据转换以及对外提供一定的驱动能力等工作。数字I/O讯号常来自按钮、开关和继电器触点等实际开关量，以及其它外设或受控对象送来的数字量。
三、模拟I/O接口
   其输入部分主要完成阻抗匹配、讯号放大、讯号滤波、I/V变换、V/F变换或者A/D变换等工作，以便将来自受控对象的仿真量转换成PLC能够处理的数字量。其输出部分主要实现阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些场合下，仿真讯号也需要与现场电气隔离。但仿真讯号的隔离比数字讯号要复杂得多。用于数字讯号的光电隔离因线性度较差而不能用来隔离仿真讯号，因此仿真讯号常常采用成本较高的隔离放大器来实现电气隔离。
四、特殊功能模板
   特殊功能模板一般都自带CPU和系统软件，与PLC CPU模板并行工作，并通过PLC系统总线与CPU模板接口。常见的特殊功能模板包括：高速计数板（能满足100KHz以上的计数或定时要求）、具有快速PID调节器的死循环控制模板、通讯模板等。
五、电源
   PLC中的电源一般有三类：
   1、+5V、±15V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用；
   2、供输出接口使用的高压大电流的功率电源；
   3、锂电池及其充电电源。
   考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。
   目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量将  PLC分为三大类：
   小型机：256点以下（无模拟量）；
   中型机：256 ~ 2048点（64 ~ 128路模拟量）；
   大型机：2048点以上（128 ~ 512路模拟量）。
   具体实现时，通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者CPU，甚至两者都作了热备份。

[ 本帖最后由 莺 于 2007-3-25 02:01 编辑 ]

莺

PLC的工作原理
    最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置......



[ 本帖最后由 莺 于 2007-3-27 02:57 编辑 ]

liu0752

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