1、附录A 译文PLC的自动化制造系统1 绪论控制工程随着时间的演变。过去的人们主要致力于控制方面研究。最近电力已被应用于控制，早期电气控制是基于继电器的。这些继电器使其可以在没有机械开关的情况下被开动和关闭。这是通常使用继电器进行简单的逻辑控制的方法。低成本计算机的发展带来了新的革命，可编程逻辑控制器（PLC）出现于70年代，它已成为制造控制的最常见选择。PLC的功能受到越来越多的工厂欢迎并可能作为主要控制手段再今后的一段时间内。而这其中绝大部分原因是因为PLC它的优点很多。1.1梯形逻辑梯形逻辑编程法是主要的PLC编程方法。正如之前所说，梯形逻辑已发展到模仿继电器逻辑。通过选择简单的梯形逻辑编
2、程法，培训工程师和商人所需要的金钱极大的减少。现代控制系统仍然包括继电器，但这些都是很少的逻辑使用。字母a继电器是一个简单的装置，它使用一个磁场来控制开关，如图图1.1。当电压作用于输入线圈产生的磁场，产生电流领域。拉起磁场的金属开关，再实现它的接触和联系，关闭开关。图1.1 简单的布局和继电器电路图Figure 1.1 simple layout and relay circuit diagram继电器的工作方式，让一个电源开关关闭另一（通常是高电流）电源，同时保持他们孤立。一个简单的例子，控制继电器应用，见图1.2。在这方面，左边第一个接力是通常使得系统关闭，并允许电流流动，直到电压加到输
3、入端甲，第二个中继器通常是开放的，不会允许目前的速度，目前的输入二是流经前两个继电器然后电流流通过在第三继电器线圈，并关闭输出C.此电路的开关会通常应用在制定阶梯逻辑形式。这可以被解释为将C逻辑作用，如果A关闭B合上的话。图1.2一个简单的继电器控制器Figure 1.2 a simple relay controller图1.2中的例子没有显示整个控制系统，只有逻辑。当我们考虑一个PLC有输入，输出，和逻辑。图1.3显示的更全面。这里有两个按钮的输入。我们可以想像激活24V直流在PLC继电器线圈的输入。反过来驱动器是一个输出继电器，开关115伏交流电，结果打开了一盏灯。请注意，在实际情况下P
4、LC的输入继电器，常常又是输出继电器。PLC梯形图逻辑其实一种计算机程序，用户可以输入和更改它。注意，两个输入的推按钮常开，但里面的PLC梯形图逻辑有一个常开触点，和一个常闭触点。在PLC梯形逻辑图不需要匹配输入或输出。许多初学者会被抓住这点试图使阶梯逻辑匹配它的输入类型。图1.3继电器PLC的简图Fig. 1.3 sketch of the relay PLC许多继电器也有多个输出（抛出），这允许输出继电器可以同时输入。图1.4所示的电路是一个例子，它是在电路里称为印章。此电路的电流流过两个电路的分支，通过接触标签A或B的输入端，B只相对乙输出。如果B是关闭的，而A是通电，那么B将打开。如果
5、B打开，然后输入，B将打开。打开后，乙在输出，乙将不会关闭。图1.4电路Figure 1.4 circuit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
6、，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
7、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。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 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
8、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
9、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，
10、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：F
11、X2N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FX
12、2N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
13、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C
14、PU的操作和扩展模块的状态是否正常。1.2编程第一个是PLC的编程，一个基础技术的继电器逻辑接线示意图。虽然这就不需要教电工，技术员和工程师电脑编程 - 但是，这种方法一直是被认可的，这是现在最常见的PLC的编程技术。梯形逻辑的一个例子，图1.5。为了解释这个图，想像左手垂直线方向，我们称之为热铁路。在右边是中立轨道。图中有两个人物，每个梯级有输入（2垂直线）和组合输出（圆圈）。如果输入是打开，或正确的组合可以关闭热流量通过铁路的输入，使得电力输出，最后中立铁路。输入来自于一个传感器，开关，或任何其他类型的传感器。输出会有是一些外围的PLC设备，开启或关闭则是如灯光或马达之类的。在发出指令后，
15、有常开和常闭2种出点。这意味着，如果输入A和B是关闭，然后将输出并激活它。任何其他组合输入值将导致输入被关闭。图1.5一个简单的梯形逻辑图Figure 1.5 a simple ladder logic diagram第二个梯级图1.5更复杂，其中有多种组合的输入，输出Y将开机。在最左边的部分发出声响，流过顶端，如果C和D是关闭的。电流也可以（和同时）流经底部，如果E和F都为真。这将使得大部分响起，然后，如果是G或H输出y的话，我们将在后面的章节解释这些。还有其他的PLC编程方法。最早的一个技术涉及的记忆指令。这些指令由阶梯逻辑图编写，并输入到PLC的编程，通过简单的终端。图1.6是一个记忆法
16、的例子。在这个例子中，读取指令一次一行从上到下的时间。第一行00000的指令LDN（输入负载而不是输入答）这将检查输入到PLC，如果将它关闭记得1 1（或真），如果它会记住一个0（或假）。下一行使用一个（输入负载）语句看看输入。如果输入的是一个0，如果输入记得它是1（注意：这是相反的）。该声明回顾与最后两个数字记住，如果都真正的结果是1，否则结果是0。这一结果现在取代了两个数字，只有一个数字记忆中。这个过程重复行00003和00004，但是，当这些完成现在有三个数字的记忆中。 最古老的数字是从与，较新的数字是从两个工作点处显示的，并且符合00005，结合从最后的结果和指示工作点处，现在有两个数字的记忆中。指令采用现在剩下的两个数字，如果一方是1的结果是1，否则结果是0。这一结果可替代两个数
