PLC简介

附录B英文文献翻译 PLC简介 可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 ①可靠性高，抗干扰能力强； ②编程直观、简单； ③适应性好； ④功能完善，接口功能强。 可编程逻辑控制器（ PLC ）的计算模块是由理查德.e.莫雷在1968年发明的，现在已广泛应用于工业中的制造系统，运输系统，化工过程控制，以及许多其他领域。PLC使用软连线逻辑或所谓的梯形图取代硬接线逻辑，采用编程语言和可视化的模拟硬接线逻辑设计，这样使的系统的配置时间从以前的6个月减少到了6天。 虽然现在基于PC的控制系统已经开始进入工业控制领域，但是基于PLC的控制系统凭借其高性能，低廉的价格，优越的可靠性以及适应恶劣环境的能力，仍占领工业控制系统的大片领域。此外，一项关于PLC市场的研究报告中指出，当时的PLC硬件市场价值已超过8亿美元，并且亿年销售增长量15万美元的速度快速发展。PLC的发明者理查德.e.莫雷当时已经预言，尽管硬件价格在不断地下降，但是客观地估计PLC产业的市场价值将达到50亿美元。 虽然现在PLC已经被广泛地应用于工业领域，但是PLC控制系统的发展仍然处于不断摸索阶段。就好像软件工程一样，PLC的软件设计目前也面临着类似于软件危机一样的两难境地。莫雷用自己的一句话非常形象地说明了这个危机：“如果把一个软件项目比作一个楼房的话，那么一只啄木鸟就可以毁掉它。”尤其严重的问题是，只有不断地在实际中遇到问题，才能有效地限制程序中的错误和维护原有的梯形图程序的成本。虽然PLC的硬件成本在不断地下降，但是如何有效地减少梯形图执行的扫描时间仍然是一个问题。一般来说，PLC的生产制造的发簪速度是落后于其他领域的。例如VLSI（超大规模集成电路）的设计，就可以依靠计算机辅助设计工具，高效率地进行。但是现有的软件工程设计方法，却不一定适用于PLC的软件设计领域，因为PLC的编程需要同时考虑硬件和软件因素。因此，PLC软件设计中就被加入越来越多的主观成分。在许多工业设计项目中，在整个PLC程序系统的测试和调试人员中，有超过50%的人力是用于控制系统的设计和安装的。此外，面对日益增长的弹性的和可重塑性的需求，当前很多PLC控制系统的设计都不够适合。 PLC的基本概念 PLC周而复始地执行程序中的控制逻辑和读写数据。 FX2N将程序和物理输入输出点联系起来 FX2N的基本操作非常简单： （1）CPU读输入状态 （2）CPU中存储的程序利用输入执行控制逻辑。当程序运行时，CPU刷新有关数据。 （3）CPU将数据写到输出。 FX2N在扫描循环中完成它的任务 FX2N周而复始地执行一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期中，FX2N将执行部分或全部下列操作： (1)读输入：FX2N将物理输入点上的状态复制到输入过程映象寄存器中。 (2)执行逻辑控制程序：FX2N执行程序指令并将数据存储在各种存储区中。 (3)处理通讯请求：FX2N执行通讯任务。 (4)执行CPU自诊断：FX2N检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常。 (5)写输出：在输出过程映象寄存器中存储的数据被复制到物理输出点。 用户程序的执行取决于FX2N是处于停止模式还是运行模式。当FX2N处于运行模式时CPU执行程序；当FX2N处于停止模式时，CPU不执行程序。 读输入 数字量输入： 在每个扫描周期的开始，CPU会读取数字量输入的当前值，并将这些值写入过程映象输入寄存器。 模拟量输入： 除非使能模拟量滤波，否则FX2N在扫描周期中不会刷新模拟量输入值。模拟量滤波会使您得到较稳定的信号。您可以使能每个模拟量输入通道的滤波功能。 当您使能了模拟量输入滤波功能后，FX2N会在每一个扫描周期刷新模拟量、执行滤波功能并且在内部存储滤波值。当程序中访问模拟量输入时使用滤波值。 如果没有使能模拟量输入滤波，则当程序访问模拟量输入时，FX2N都会直接从扩展模块读取模拟值。 在每次扫描期间，模拟量输入都会读取模--数转换器生成的最新值，从而完成刷新。该转换器求取的是均值（sigma-delta），因此通常无需软件滤波。 提示: 模拟量滤波会使您得到较稳定的信号。在模拟量输入信号随时间变化缓慢时使用模拟量输入滤波。如果信号变化很快，不应该选用模拟量滤波。 不要对在模拟量字中传递数字信息或者报警指示的模块使用模拟量输入滤波。对于RTD、TC和ASI主站模块，不能使用模拟量输入滤波。 执行程序 在扫描周期的执行程序阶段，CPU从头至尾执行应用程序。在程序或中断服务中，直接I/O指令允许您对I/O点直接进行存取。 如果在程序中使用了中断，与中断事件相关的中断服务程序作为程序的一部分被存储。中断程序并不作为正常扫描周期的一部分来执行，而是当中断事件发生时才执行（可能在扫描周期的任意点）。 处理通讯请求 在扫描周期的信息处理阶段，CPU处理从通讯端口或智能I/O模块接收到的任何信息。 执行CPU自诊断测试 在扫描周期的CPU自诊阶段，FX2N检测CPU的操作和扩展模块的状态是否正常。 写数字输出 在每个扫描周期的结尾，CPU把存储在输出映象寄存器中的数据写到数字输出点。（模拟量输出直接刷新，与扫描周期无关） 编程的概念、惯例及特点 FX2N周而复始地执行应用程序，控制一个任务或过程。利用GX-Developer可以创建一个用户程序并将它下载到FX2N中。GX-Developer软件中提供了多种工具和特性用于完成和调试应用程序。 设计一个微型PLC系统的指导原则 设计一个微型PLC系统有许多设计方法。以下这些通用的指导原则适用于许多设计项目。当然，您所在公司的规程和您在培训中接受的实践经验是必须遵循的。 分解控制过程或者机器 将您的控制过程或者机器分解成相互独立的部分。分解决定了控制器之间的界限，并将影响功能描述和资源的分配。 创建功能说明 写出过程或者机器每一部分的操作描述。它包括以下内容：I/O点、操作的功能描述、每个执行机构（例如线圈、电机和驱动器等）在动作之前需要满足的状态、操作员接口的描述以及过程或机器与其他部分的接口。 安全电路的设计 识别要求设计硬件安全线路的设备。控制设备在不安全的条件下出现故障，会造成不可预料的启动或者机器操作的变化。在不可预料或者不正确的机器操作会造成人身伤害或严重的财产损失的场合，应该考虑采用独立于FX2N的机电超驰控制来防止不安全的操作。在设计安全电路时，应考虑以下几点： (1)识别有可能不合适或者不可预料操作有可能会造成危害的执行机构。 (2)识别确保操作不发生危害的条件，并决定如何独立于CPU来检测这些条件。 (3)识别上电或断电时，CPU和I/O对过程有何影响，识别错误何时被检测出来。这个信息只能用于常规的和可以预料的异常操作，不能用于保障安全的目的。 (4)设计独立于CPU的手动或机电超驰控制来阻止危险的操作。 (5)向CPU提供独立电路的状态信息，便于程序和操作员界面得到需要的信息。 (6)识别其它与过程安全操作相关的安全要求。 指定操作员站 根据功能描述的要求建立操作员站的配置图。包括如下内容： (1)与过程或者机器有关的每个操作员站的位置总图。 (2)与CPU或扩展模块有关的电气图 创建配置图 根据功能描述的要求建立控制设备的配置图。包括如下内容： (1)和过程或者机器有关的每个CPU的位置图。 (2)CPU和扩展I/O模块的机械布局图（包括控制柜和其它设备）。 (3)每个CPU和扩展模块的电气图（包括设备型号、通讯地址和I/O地址）。 建立符号名表（可选） 如果选择了符号名寻址，需要对绝对地址建立一个符号名表。符号名表不仅包括物理输入／输出信号，还包括程序中用到的其它元件。 程序的基本组件 一个程序块由可执行代码和注释组成。可执行代码由主程序和若干子程序或者中断服务程序组成。可执行代码被编译并下载到FX2N中，而程序注释不会被下载。您可以使用组织组件（主程序、子程序和中断服务程序）来结构化您的控制程序。 主程序 主程序中包括控制应用的指令。FX2N在每一个扫描周期中顺序执行这些指令。 子程序 子程序是应用程序中的可选组件。只有被主程序、中断服务程序或者其它子程序调用时，子程序才会执行。当您希望重复执行某项功能时，子程序是非常有用的。与其在主程序中的不同位置多次使用相同的程序代码，不如将这段程序逻辑写在子程序中，然后在主程序中需要的地方调用。调用子程序有如下优点： (1)用子程序可以减小程序的长度 (2)由于将代码从主程序中移出，因而用子程序可以缩短程序扫描周期。FX2N在每个扫描周期中处理主程序中的代码，不管代码是否执行。而子程序只有在被调用时，FX2N才会处理其代码。在不调用子程序时，FX2N不会处理其代码。 (3)用子程序创建的程序代码是可传递的。您可以在一个子程序中完成一个独立的功能，然后将它复制到另一个应用程序中而无需作重复工作。 中断服务程序