智能人工氣候室PLC可編程控制器簡介

控制方式：可編程邏輯控制繼電器（不接受單片機(jī)）+手機(jī)APP軟件和電腦網(wǎng)頁版軟件遠(yuǎn)程控制。

（1） PLC可編程控制器的定義

PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、技術(shù)和算術(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。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能原則而設(shè)計(jì)。

（2）PLC的硬件結(jié)構(gòu)

PLC 實(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)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。

（3）PLC的工作原理

PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動(dòng)作。

當(dāng)PLC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，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

①輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC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)得單元內(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。

②用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，PLC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。

③輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC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)。

（4）主要功能

①邏輯控制功能

邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是PLC的最基本功能之一。PLC設(shè)置有“與”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等邏輯指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按鈕或其它傳感器）的狀態(tài)，根據(jù)的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、電機(jī)等）。因此，PLC可代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制，完成接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。另外，在PLC中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無限次的使用，邏輯關(guān)系的修改和變更也十分方便。

②定時(shí)控制功能

定時(shí)控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，其功能類似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時(shí)，PLC將根據(jù)用戶用定時(shí)器指令的定時(shí)器對某個(gè)操作進(jìn)行*或延時(shí)控制，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。

③計(jì)數(shù)控制功能

計(jì)數(shù)控制功能是PLC的基本功能之一。PLC為用戶提供了許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器記到某一個(gè)數(shù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號，利用該狀態(tài)信號實(shí)現(xiàn)對某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行修改。程序執(zhí)行時(shí)，PLC將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令的計(jì)數(shù)器對某個(gè)控制信號的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對某個(gè)計(jì)數(shù)過程的計(jì)數(shù)控制。

④步進(jìn)控制功能

PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、計(jì)數(shù)或其他邏輯信號為轉(zhuǎn)步條件的步進(jìn)控制。即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)步條件控制下，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。有些PLC還專門設(shè)置了用于步進(jìn)控制的步進(jìn)指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。

⑤數(shù)據(jù)處理功能

PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還可以和CRT、打印機(jī)相聯(lián)、實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示的打印。

⑥回路控制功能

有些PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，可以方便的完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。

⑦通訊聯(lián)網(wǎng)功能

些PLC采用通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制、多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊等。

⑧監(jiān)控功能

PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器或監(jiān)視器，操作人員對PLC有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。

⑨停電記憶功能

PLC內(nèi)部的部分存儲器所使用的RAM設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲器中信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。PLC電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。

⑩故障診斷功能

PLC可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。PLC的故障自診斷功能大大提高了PLC控制系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性。

（5）可編程控制器特點(diǎn)

①可靠性

可編程控制器采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，可編程序控制器是為了工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了簡化的編程語言，變成出錯(cuò)率大大降低。在可編程控制器的軟件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。

②易操作性

著體現(xiàn)在它的操作方便、編程方便、維護(hù)方便。

③靈活性

編程的靈活性。編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖、和語句表。這種編程的靈活性是繼電器順序控制所不能比擬的，正是由于編程的柔性特點(diǎn)，再柔性制造單元FMC、柔性制造系統(tǒng)FMS、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS和計(jì)算機(jī)集成流程工業(yè)系統(tǒng)CIPS，可編程控制系統(tǒng)成為主要的控制設(shè)備。擴(kuò)展的靈活性。它不僅可通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元來擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)DCS或其他上位機(jī)的通信來擴(kuò)展功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行交換等。

（6）可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時(shí)代己經(jīng)過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展:一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展;另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總的趨勢如下：

• 可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

② CPU處理速度進(jìn)一步加快

• 可編程控制技術(shù)的智能化