可編程控制器的特點
可編程控制器(PLC)是一種數字運算的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，可以在內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業控制系統連成一個整體、易于擴充的原則設計。可編程控制器的外形見圖10-12。
圖10-12 可編程控制器的外形
早期的可編程控制器是為取代繼電器控制線路，采用存儲程序指令方式完成順序控制而設計的，它僅有邏輯運算、定時、計數等順序控制功能，用于開關量控制。現在的可編程控制器不僅能進行邏輯控制，還可以進行數值運算、數據處理，具有分支、中斷、通信及故障自診等功能。
可編程控制器把計算機技術與繼電器控制技術很好地融合在一起，最新的可編程控制器還可以直接把數字控制技術加進去，并可以與監控計算機聯網，因此它的應用幾乎涉及所有的工業企業。
可編程控制器有以下特點。
(1)可靠性高，抗干擾性強。
(2)編程簡單，使用方便。
(3)通用性好，擴展方便，功能完善。
(4)體積小，能耗低。
(5)維修方便，工作量小。
可編程控制器的組成
可編程控制器有許多類型，但其基本組成是相同的，主要由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出(I/O)接口、電源及編程器等組成，見圖10-13。
圖10-13 可編程控制器的組成
1.中央處理器(CPU)
中央處理器(CPU)是可編程控制器的核心，它在生產廠家預先編制的系統程序控制下，通過輸入裝置讀入現場輸入信號并按照用戶程序執行相應的操作，然后根據處理結果通過輸出裝置實現輸出控制。CPU的性能直接影響可編程控制器的性能。
2.存儲器
可編程控制器內的存儲器按用途可分為系統程序存儲器和用戶程序存儲器。系統程序存儲器存放系統程序，該程序已由生產廠家固化，用戶不能訪問和修改;用戶程序存儲器存放用戶程序和數據，用戶程序由用戶根據控制要求進行編寫。
3.輸入/輸出(I/O)接口
輸入/輸出(I/O)接口是可編程控制器和現場I/O設備連接的部分，I/O接口有數字量(開關量)I/O單元、模擬量I/O單元。根據I/O點數可將可編程控制器分為小型、中型、大型3種。小型可編程控制器的I/O點數在256點以下，中型可編程控制器的I/O點數在256～2048點之間，大型可編程控制器的I/O點數在2048點以上。
4.電源
電源部件將交流電源轉換成CPU、存儲器、I/O接口工作所需的直流電源。
5.編程器
編程器是可編程控制器的重要外圍設備，利用編程器能夠進行可編程控制器程序的編寫、調試檢查和監控等操作，還可以通過編程器來調用和顯示可編程控制器的一些內部狀態和系統參數。編程器通過通信端口與CPU聯系，完成人機對話連接。編程器上有編程用的各種功能鍵和顯示器，以及編程、監控轉換開關。編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。
可編程控制器的控制系統組成及其等效電路
圖10-14所示為交流電動機正反轉接觸器控制電氣線路圖。
圖10-14
圖10-14 交流電動機正反轉接觸器控制電氣線路
圖10-14中SB0、SB1、SB2分別是停止按鈕、正轉按鈕、反轉按鈕，KM1、KM2分別是正轉接觸器、反轉接觸器。
圖10-15所示為交流電動機正反轉可編程控制器控制電氣線路圖。圖10-15中的主電路與圖10-14相同，在此未畫出。
圖10-15
圖10-15 交流電動機正反轉可編程控制器控制電氣線路
圖10-15中SB0、SB1、SB2與圖10-14接觸器控制電氣線路中一樣分別是停止按鈕、正轉按鈕、反轉按鈕，KM1、KM2分別是正轉接觸器、反轉接觸器。
可編程控制器控制系統組成及其等效電路見圖10-16。
圖10-16
圖10-16 可編程控制器控制系統組成及其等效電路
由圖10-16可知，可編程控制器控制系統等效電路由輸入部分、內部控制部分、輸出部分3個部分組成。輸入部分是系統的輸入信號，常用的輸入設備有按鈕開關、限位開關等;輸出部分是系統的執行部件，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、電磁閥等;可編程控制器內部控制部分是將輸入信號采入后，根據編程語言(如梯形圖)的組合控制邏輯進行處理，然后產生控制信號輸出驅動輸出設備工作。梯形圖類似于繼電器控制原理圖，見圖10-15(b)，但兩者元件符號(如常開觸點、常閉觸點、線圈等)畫法不同，見圖10-17。
圖10-17
圖10-17 梯形圖和繼電器控制原理圖元件符號
可編程控制器的編程原則
(1)梯形圖的每一邏輯行(梯級)均起始于左母線，然后是中間節點，終止于右母線。各種元件的線圈接于右母線一邊，任何觸點不能放在線圈的右邊與右母線相連，線圈一般也不允許直接與左母線相連。正確的接線見圖10-18。
圖10-18 正確的接線示意圖
(2)編制梯形圖時，盡量做到按“從左到右、自上而下”的順序執行程序，并易于編寫指令語句表。
(3)在梯形圖中應避免將觸點畫在垂直線上，這種橋式梯形圖無法用指令語句編程，應改畫成能夠編程的形式。
(4)繼電器線圈和觸點的使用。同一編號的繼電器線圈在程序中只能使用一次，不能重復使用，否則將引起誤操作，但其常開、常閉觸點可重復多次使用。
(5)不允許幾條并聯支路同時運行。可編程控制器處于運行狀態時，就開始按照梯形圖符號排列的先后順序逐一進行處理，可編程控制器對梯形圖是按掃描方式順序執行，因此不存在幾條并列支路同時動作的情況可編程控制器的由來，所以在設計上可減少有許多約束關系的連鎖電路，從而使程序簡單化。
(6)計時器在使用前要賦值。
(7)外部輸入設備常閉觸點的處理。圖10-19(a)所示為電動機直接啟動控制的繼電接觸器控制電路，其中停止按鈕SB1是常閉觸點。如用可編程控制器來控制，則停止按鈕SB1和啟動按鈕SB2是它的輸入設備。
圖10-19
圖10-19 電動機直接啟動控制的繼電接觸器控制電路
在外部接線時，SB1有兩種接法。
在圖10-19(b)中，SB1仍接成常閉形式，接在控制器輸入繼電器的X1端子上，則在編制梯形圖時，用的是常開觸點X1。因SB1閉合，對應的輸入繼電器接通，這時它的常開觸點X1是閉合的。按下SB1，斷開輸入繼電器時，它才斷開。
在圖10-19(c)中，將SB1接成常開形式，則在梯形圖中用的是常閉觸點X1。因SB1斷開時對應的輸入繼電器斷開，其常閉觸點X1仍然閉合。當按下SB1時，接通輸入繼電器時它才斷開。
在圖10-19(c)的外部接線圖中，輸入端的直流電源E通常是由可編程控制器內部提供的，輸出端的交流電源是外接的。“COM”是兩邊各自的公共端子。
從圖10-19(a)、(c)可以看出，為了使梯形圖和繼電接觸器控制電路一一對應，可編程控制器輸入設備的觸點應盡可能地接成常開形式。此外，熱繼電器FR的觸點只能接成常閉的，通常不作為可編程控制器的輸入信號，接通接觸器線圈。
可編程控制器的編程方法
1.確定I/O點數及其分配
在電動機的正反轉控制電路中(參見后面圖10-22)，停止按鈕SB1、正轉啟動按鈕SB2、反轉啟動按鈕SB33個外部按鈕需接在控制器的3個輸入端子上，可分別分配為X0、X1、X2來接收輸入信號;正轉接觸器KM1線圈、反轉接觸器KM2線圈需接在兩個輸出端子上，可分別分配為Y1和Y2，其需用5個I/O點，見表10-17。
表10-17 I/O點數
外部接線見圖10-20。按下SB2，電動機正轉;按下SB3則反轉。在正轉時如要求反轉，必須先按下SB1。自鎖和互鎖觸點是內部的“軟”觸點可編程控制器的由來，不占用I/O點。
2.編制梯形圖和指令語句表
本例的梯形圖見圖10-21，語句表見表10-18。
圖10-20 外部接線
圖10-21 梯形圖
表10-18 語句表
可編程控制器的常用指令
可編程控制器的指令系統由基本指令和高級指令組成，有160多條，常用的基本指令見表10-19。
表10-19 常用的基本指令
續表
用可編程控制器對電動機進行正反轉控制
某些交流電動機的旋轉方向隨其接線而改變，圖10-22所示為電動機的接觸器正反轉控制電路。采用可編程控制器來控制這類電動機正反轉時，在斷開正向控制觸點到接通反向控制觸點之間要有一段延時，見圖10-23。
圖10-22 電動機的接觸器正反轉控制電路
圖10-23 電動機的可編程控制正反轉電路
IP系列可編程控制器的H端可以接相線或中性線，但兩組之間H端是相互絕緣的。兩個輸入信號X0及X1可控制電動機的正反轉及停止。圖10-24所示為電動機的正反轉PLC程序，它的邏輯關系見表10-20。
圖10-24 電動機的正反轉PLC程序
表10-20 邏輯關系表
用這種方法去控制一臺三相交流電動機時要十分注意Y0和Y1的瞬時接通，否則會使設備損壞。