任務2　認識可編程控制器

任務布置

·PLC的基本構成及工作原理。

·匯川PLC的種類及性能。

·AutoShop編程軟件的使用。

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它主要將外部的輸入信號，如按鍵、感應器、開關及脈沖等的狀態讀取后，依據這些輸入信號的狀態或數值并根據內部存儲的預先編寫的程序，以微處理器執行邏輯、順序、計時、計數及算術運算，產生相對應的輸出信號，如繼電器的開關、控制機械設備的操作。通過計算機或程序讀寫器可輕易地編輯、修改程序及監控裝置狀態，進行現場程序的維護與試機調整。

任務訓練

1.PLC的基本構成及工作原理

PLC的核心是一臺單板機（即CPU板），在單板機的外圍配置了相應的接口電路（硬件），在單板機中配置了監控程序（軟件）。圖1-12為PLC的基本結構框圖。

（1）中央處理器（CPU）

CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存儲用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

（2）I/O模塊

PLC的對外功能，主要是通過各種I/O模塊與外界聯系的，按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。

（3）電源模塊

有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24 V的工作電源。電源按其輸入類型有：交流電源220V或110V；直流電源24V。

（4）底板或機架

大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊；機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

（5）PLC的外圍設備

外圍設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類：

①編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程，對系統做一些設定，監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。

②監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。

③存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。

④輸入/輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器、輸入模擬量的電位器、打印機等。

（6）PLC的通信聯網

PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。

PLC雖具有微機的許多特點但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉入相應的子程序；無鍵按下則繼續掃描。PLC則采用循環掃描工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，如CPU從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環。這種工作方式是在系統軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發出相應的控制信號。整個過程可分為五個階段：自診斷、通信處理、掃描輸入、執行程序、刷新輸出，其工作過程示意圖如圖1-13所示。

2.匯川PLC的種類及性能

匯川PLC的產品族譜如圖1-14所示。匯川PLC主流產品是H0U-XP（顯控一體化）、H1U-XP（經濟型）和H2U-XP（通用性）。H3U-XP（高性能型）和AM600（中型機）也即將向市場推廣。

（1）H0U-XP系列PLC

H0U-XP系列控制器是具備可編程控制器（PLC）和可編程文本顯示器（TOD）功能的工業用控制器，均給用戶提供了開放的二次編程功能。其中，邏輯編程軟件為AutoShop，文本編程軟件為HTodEditor，兩者均由匯川公司開發及發行。用戶可通過運用相應的編程軟件，實現對H0U的邏輯或文本上的程序控制。其硬件配置功能豐富，集中的開關量輸入/輸出端口、模擬量輸入/輸出端口、可編程通信端口，以及可編程中英文顯示液晶屏界面，功能強大實用，可用于恒壓供水、螺桿空壓機、拉絲機等工業設備上，尤其是與MD320系列變頻器配合工作，使得控制系統更簡潔，功能更強大。H0U-XP系列PLC的型號見表1-1。H0U-XP系列PLC具有三個通信接口，如圖1-15所示。

（2）H1U-XP/H2U-XP系列PLC

H1U-XP/H2U-XP系列PLC是匯川控制技術有限公司研發的高性價比控制產品，指令豐富，高速信號處理能力強，運算速度快，允許的用戶程序容量H2U-XP系列PLC可達24千步（H1U-XP系列PLC可達12千步），且不需外擴存儲設備。H1U-XP/H2U-XP系列PLC的型號分別見表1-2、表1-3?？刂破魈峁┝硕喾N編程語言，用戶可選用梯形圖、指令表、步進梯形圖、SFC順序功能圖等編程方法。指令系統為廣大工程技術人員所熟悉，而匯川公司提供的AutoShop編程環境，更是融合了眾多PLC編程環境的優點，豐富的在線幫助信息，使得編程時無須查找說明資料，方便易用。AutoShop提供了嚴密的用戶程序保密功能，子程序單獨加密功能，方便用戶特有控制工藝的知識產權保護。對高速輸出信號的處理部分，H1U-XP系列PLC標配3路高速輸出，H2U-XP系列PLC部分MT版本具有3路高速輸出功能，MTQ版本則提供了6路高速脈沖輸入、5路高速脈沖輸出功能，處理能力增強。H1U-XP/H2U-XP系列PLC都具有豐富的通信接口，支持多種通信協議，如圖1-16、圖1-17所示。

續表

續表

H1U-XP/H2U-XP系列PLC通信功能應用舉例。

①Modbus主/從協議通信，能直接和支持Modbus的設備進行數據交換。作為主站，既可以指令方式編程，也可以配置方式編程，不用寫指令，可以直接在軟件內選表設置。硬件連接示意圖，如圖1-18所示。

②N∶N網絡協議通信，支持一臺主機與最多七臺從機組網運行，PLC之間可進行數據交換，利用此協議，可實現多臺PLC協同工作，簡化了復雜系統和分布式控制的編程工作。N∶N網絡協議通信具有增強的通信檢驗功能。其硬件連接示意圖，如圖1-19所示。

③1∶1并聯協議通信，實現兩臺PLC之間進行快速數據交換，主、從機配置，可輕松實現高可靠性的1+1冗余備份，如果一臺PLC發生故障，可以無縫切換到另一臺PLC繼續工作，保證設備的可靠運行。硬件連接示意圖，如圖1-20所示。

④CANlink協議通信，提供了CAN通信指令；采用匯川特有的CANlink協議，可實現PLC、變頻器、伺服等產品之間的快速連接，編程簡單；采用CANlink通信配置方式編程，可使得應用系統效率顯著提高。硬件連接示意圖，如圖1-21所示。

⑤PLC程序的異地下載與調試，通過局域網、廣域網、3G/GPRS通信網絡可以對異地PLC進行用戶程序升級、監控調試，還可進行多方聯合調試，解決了工程師到現場才能調試的麻煩。硬件連接示意圖，如圖1-22所示。

（3）AM600系列中型PLC

AM600系列中型PLC在總線運動控制方面的特點如下：

①將EtherCAT總線與運動控制算法相結合；

②最多可連接32個伺服從站；

③同步周期1ms最多可支持五軸同步控制；

④兩伺服從站最長可達100m距離；

⑤支持多軸電子凸輪/電子齒輪聯動；

⑥實軸與虛軸可同時相結合控制；

⑦豐富的運動控制指令可通過五種PLCopen標準語言編程設計；

⑧凸輪表與IEC程序相結合控制編程，可實現變量趨勢跟蹤；

⑨可在上位機設計HMI界面與PLC程序相結合。

AM600系列中型PLC在集散系統應用方面的特點如下：

①支持數字輸入、數字輸出、模擬輸入、模擬輸出、溫度控制模塊；

②每個機架最多可帶16個I/O擴展模塊；

③系統可通過分布式I/O方式擴展機架，最多可擴展125個機架；

④分布式I/O可通過PROFIBUS-DP/CANopen/EtherCAT總線擴展機架；

⑤系統最多可支持32000個數字式I/O；

⑥系統最多可支持16000個模擬通道；

⑦兩機架最遠可達100m。

AM600系列中型PLC通信網絡連接示意圖，如圖1-23所示。

3.AutoShop編程軟件的使用

AutoShop編程軟件為匯川控制技術公司研發的編程后臺軟件，在該軟件環境下，可進行H1U-XP/H2U-XP系列PLC用戶程序的編寫、下載和監控等功能。

（1）編程與用戶程序下載

AutoShop環境提供了梯形圖、步進梯形圖、SFC、指令表等編程語言，用戶可選用自己熟悉的編程語言進行編程，根據PLC應用系統的控制工藝要求，設計程序。編程過程中，可隨時進行編譯，及時檢查和修正編程錯誤。AutoShop編輯界面如圖1-24所示。

在工具欄中從左往右的功能依次為：編譯、全部編譯、運行、停止、下載、上傳、監控、在線修改。

在程序輸入區中編寫梯形圖，程序設計完畢后，在PLC和計算機正常連接，并已通電的情況下，單擊按鈕將程序進行編譯，在信息窗口提示編譯信息和通信信息，如果沒有錯誤即可下載用戶程序，程序下載完畢，將PLC上RUN/STOP撥動開關撥至RUN位置，PLC即可開始運行用戶程序。

在PLC運行用戶程序時，單擊按鈕即可進行運行的停止和運行命令操作；單擊按鈕可在線監控PLC內各種繼電器和寄存器D的狀態和讀數，并在當前編程界面上顯示出來，方便程序調試。

（2）軟件的編程功能

在圖1-25所示的“工程管理”窗格中，提供了一些快捷的編輯功能：

①主程序（MAIN）、子程序（SBR_01）、中斷子程序（INT_01）獨立編寫：可以右擊“程序塊”選擇“插入子程序”和“插入中斷子程序”，如圖1-25所示。

②逐行注釋，極大方便程序閱讀與存檔。

③“符號表”允許給變量定義別名，提高編程效率，減少出錯。

④“交叉引用表”方便程序檢查、分析、閱讀。

⑤所有指令均提供了“指令向導”，編程時無須時刻查閱手冊。

⑥“信息輸出窗口”可提示程序每一個錯誤位置，使得編程查錯變得輕松，如圖1-26所示。

⑦實時監控功能，方便程序調試。

1.通過網站了解匯川PLC的型號、性能、應用。

2.通過官網下載AutoShop編程軟件并安裝。

3.建立一個工程，完成電動機點動及長動控制的梯形圖程序。