發表于：2005/7/29 19:44:00
#0樓
自動化之一:
可編程控制器技術討論與未來發展
隨著時代的發展,當今的技術也日趨完善、競爭愈演愈烈;單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業前景,也無法保證更高質量的要求和高新技術企業的形象.
人們在生產實踐中看到,自動化給人們帶來了極大的便利和產品質量上的保證,同時也減輕了人員的勞動強度,減少了人員上的編制.在許多復雜的生產過程中難以實現的目標控制、整體優化、最佳決策等,熟練的操作工、技術人員或專家、管理者卻能夠容易判斷和操作,可以獲得滿意的效果.人工智能的研究目標正是利用計算機來實現、模擬這些智能行為,通過人腦與計算機協調工作,以人機結合的模式,為解決十分復雜的問題尋找最佳的途徑
我們在各種場合看到了繼電器連接的控制，那已經是時代的過去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡單的設備中使用到；而PLC的出現也成為了劃時代的主題，通過極其穩定的硬件穿插靈活的軟件控制，使得自動化走向了新的高潮。
PLC的最大特點在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費太多的心計，只要將按鈕開關或感應器的輸入點連接到PLC的輸入點上就能解決問題，通過輸出點連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動設備，而小功率的輸出設備直接連接就可以。
PLC的內部包含了具有中央處理器的CPU，并帶有外部I/O口擴展的I/O接口地址和存儲器三大塊組成，CPU的核心是由一個或者多個累加器組成，它們具有邏輯的數學運算能力，并能讀取程序存儲器的內容通過計算后去驅動相應的存儲器和I/O接口；I/O口將內部累加器和外部的輸入和輸出系統連接起來，并將相關的數據存入程序存儲器或者數據存儲器中；存儲器可以將I/O口輸入的數據存入存儲器中，并在工作時調轉到累加器和I/O接口上，存儲器分程序存儲器ROM和數據存儲器RAM,ROM可以將數據永久的存入存儲器中，而RAM只能作為CPU計算時臨時計算使用的緩沖空間。
PLC的抗干擾是極其優秀的，我們根本不用去關心它的使用壽命和工作場合的惡劣，這些所有的問題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關心如何來利用PLC的內部資源為我們加強設備的控制能力，使我們的設備更加的柔性。
PLC的語言并不是我們所想象的匯編語言或C語言來進行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫程序時很容易就理解了PLC的語言，而且很多的非電氣專業人士也對PLC很快認識并深入。
以上僅僅是PLC的優點之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設備中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易損壞而且極易產生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過大的甚至是致命的失誤是我們無法容忍的。新的技術總是為了給我們帶來更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問題一掃而光，你有了解過HMI嗎？這里說HMI你根本不清楚它是什么，也沒有興趣了解，換一個中文把它說明為觸摸屏或者人機界面你就知道了，它和PLC的結合給了我們更大的空間。
HMI控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數據輸入和數據輸出反饋，在溫度控制曲線的模擬也能直觀的顯示出來。并且能夠通過編寫功能幫助程序來提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。HMI的廠商目前也越來越多，功能也越來越強，價格也越來越低，使用的面越來越廣。HMI的前景可以說十分的看好。
在很多場合，單靠單機的控制是無法保證設備的順暢運行，而通過設備與設備的信息交流達到我們想要的效果。比如在前包裝和后工序的檢測，我們就要將包裝的信息反饋到檢測處，而檢測處的信息也要反饋到包裝來。這樣通過信息共享來使得兩者之間鏈接起來，形成一個共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼此間達到映影相揮的效果。
PLC的通信已經愈來愈體現它的價值，在PLC與PLC之間的通信，能夠通過信息的溝通和數據的共享來保證設備之間的相互協調，已達到互補的效果。PLC之間的數據轉換采用RS232接口來傳送數據，而RS232接口只能保證10米的傳輸距離，如果在1000米的距離內我們可以通過RS485來進行通信，更長的距離只能通過MODEL來進行傳輸。
PLC的數據傳送只是將內部的數據傳送到對方的一塊連續的地址中，我們把它稱為一個表，對方的PLC通過讀取表中的數據來進行操作。如果表中的數據是一個一般設置的數據的話，那只是一般的數據傳送，比如今天的油價上升了，我要把油價的價格傳送到所有的輸油機上，那就是數據的共享；而當表中的數據是一段控制PLC的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺機器人來按你想象的動作工作，你會給它編制一段程序并以數據的形式發送過去。
信息輸送的形式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說兩者之間，一個只能發送，而一個只能接收，比如一個特務他只能接收上司的指示，而無法給上司回復；半雙工位也就是兩個能都能發送和接受數據，但不能同時發送和接受，比如你打電話時是不能接電話,對方也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發送和接受數據，并可同時發送和接受。像互聯網就是典型的例子。
信息輸送的過程也有同步和異步之分：同步的意義在于發送數據時數據線和時鐘線是同步的，也就是數據信號和時鐘信號同時由CPU進行發送，這需要彼此都要專門的時鐘信號來進行傳送和接送，并且是強制性的，這種方法的特點在于它的速度極快、但相應占用CPU的工作時間也相對的要長、同時技術難度也非常的大。它的要求在于在一幀的數據傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個數據將發生錯誤，這在硬件上是一個比較大的難度。在一些專用的設備中應用的越來越廣泛，像專用的醫療設備、數字信號設備等，在比較單一數據的傳輸中，它的效果非常的好。
而異步是應用范圍最廣泛的，這得益于它的技術難度相對要小、同時不需要配制專門的時鐘信號、它的特點在于，它的數據是間隔性的，離散性的發送和接受，當CPU太忙的時候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時數據的丟失相對要少，我們可以通過數據的檢測來觀察我們發送的數據是否有錯誤，像奇偶法、累加法和八位效驗法等，都可以用來幫助我們檢測發送的數據是否有錯誤發生，通過反饋來進行辨別。
信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的PLC是8位機，當然也有16位機。我們在發送數據的時候可以是一位一位的發送給對方，也可以8位8位的將數據發送到對方，一位和8位區別也就是我們所說的串口發送數據和并口發送數據。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就能解決問題，并能借用電話線來進行遠程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的256倍，在短距離占有優勢，由于是TTL電平，一般限于1米的范圍，它并不適用于長距離的數據傳送，這樣成本太昂貴了。
很多的情況下我們總喜歡采用串并轉換芯片來進行傳輸，這種情況下不需要我們進行過于復雜的寄存器設置了，而直接通過數據傳送指令進行數據交流，但在通信中并不是一個十分可行的辦法，因為在發送數據的時候對方的PLC必須一直等待你的數據輸出，它不能去做其他的工作。
當你在看書的時候，你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對話、這個時候電話響了、你示意接個電話、在接完電話后、回過頭來同敲門者繼續對話、對話完畢后、你再繼續看你的書，這種情況我們把它稱為中斷，它具有權威性，也具有優先性，PLC具備了這樣的功能。它的特點在于我們在設備的操作過程中可能會遇到緊急的突發事件，我們要立刻的停下手上的工作，去處理更重要的事情，這種情況是我們經常所遇到的，PLC在去執行緊急的任務時，總會先保存目前的狀態，比如程序的地址，CPU的累加器數據等，就像我們去開門時要記下我們看的書在第幾頁了或者干脆作個記號，因為我們待會還要繼續接著看后面的書。CPU總是按照我們的意愿去做應該做的事情，但你錯誤的給它一件事情，它也會同樣的去做，這一點我們必須注意。
中斷并不是只有一個，有時會同時存在幾個中斷，中斷具有優先的級別，他們會根據人的要求去執行更高級別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當然中斷的級別根據各種PLC內部CPU的資源有關，同時也跟堆棧的容量大小也有關系。
中斷的內容有很多種，比如外部中斷、通信中的發送和接受中斷、定時和計數的時鐘中斷、還有WDT復位中斷等，它們豐富了CPU在處理各種事務時響應種類。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內部結構和操作順序，我們做一個小小的例子來說明.
每一個設備總是不會忘記有一個按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時使用的，那就是急停按鈕。當我們遇到人身事故和意外情況時我們只要按下它，機器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復操作。急停按鈕連接PLC內部CPU的內部I/O接口上，當按鈕給CPU一個外部觸發信號時，CPU對I/O進行再次檢測，當確認有外部觸發信號時，CPU保護現場并將程序計數器自動轉到相應的外部I/O中斷程序中去，當外部中斷程序處理完畢，程序計數器返回到主程序繼續工作。有一點可以說明的是我們一般會把急停按鈕的外部中斷升至最高級別，從而保證安全。
當我們在工作完一個工件時，給PLC一個信號，將PLC的內部計數器加1來計算我們一天的工作量時，一個簡單的計數器能解決問題，當然它們也能夠在掉電的情況下保持數據，促使數據不丟失，這也是我們所渴望的。
PLC還具有高級計數器的功能，當我們在接受一些高速的數據時，這里所說的高速是在在微秒級的數據，比如條碼掃描機在不斷的掃描數據，數據處理器DSP計算的高速信號等，我們就要采用到高級計數器來幫助我們進行計數。它在PLC執行程序時一旦發現高級計數器對應的中斷，就會立即放下手上的工作。經過再次編程的梯形圖程序說明我們在執行程序時高級計數器會自動的執行對應的工作，從而將高級計數器的級別升至高一級別。
你也許聽過太多的這個詞:“死機”，大致的意思是CPU工作量過大，內部資源不足等情況造成程序無法運行。PLC也有類似的情況，在PLC內部有一個看門狗WDT，我們可以設置WDT一個程序運行的時間，當程序運行過程中出現程序跳轉錯誤時或者程序繁忙時，程序的運行時間超過WDT的設置時間，CPU轉而WDT復位狀態。程序重新開始運行，但對中斷不會進行破壞。
PLC的發展已經從單一的模式進入了通信的網絡時代，并同其它的工控網板和I/O卡板輕易的進行共享。組態軟件可以將所有的這些硬件連接起來，通過更直觀的動畫圖片來進行控制，并可以通過互聯網在異地進行控制，像神舟五號的發射就是采用這種辦法來使飛船升空。
更高層次的發展需要我們不斷的努力來取得。PLC的出現已經足足影響了幾代人，我們也從上一輩的經驗中獲取了更多的知識和教訓，來不斷的發展PLC技術，將它推向更高浪潮。
說明：本論壇針對所有自動化的愛好者，PLC的初學者及對PLC研究人員
聯想集團 作者:鐘常慰
可編程控制器技術討論與未來發展
隨著時代的發展,當今的技術也日趨完善、競爭愈演愈烈;單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業前景,也無法保證更高質量的要求和高新技術企業的形象.
人們在生產實踐中看到,自動化給人們帶來了極大的便利和產品質量上的保證,同時也減輕了人員的勞動強度,減少了人員上的編制.在許多復雜的生產過程中難以實現的目標控制、整體優化、最佳決策等,熟練的操作工、技術人員或專家、管理者卻能夠容易判斷和操作,可以獲得滿意的效果.人工智能的研究目標正是利用計算機來實現、模擬這些智能行為,通過人腦與計算機協調工作,以人機結合的模式,為解決十分復雜的問題尋找最佳的途徑
我們在各種場合看到了繼電器連接的控制，那已經是時代的過去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡單的設備中使用到；而PLC的出現也成為了劃時代的主題，通過極其穩定的硬件穿插靈活的軟件控制，使得自動化走向了新的高潮。
PLC的最大特點在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費太多的心計，只要將按鈕開關或感應器的輸入點連接到PLC的輸入點上就能解決問題，通過輸出點連接接觸器或繼電器來控制大功率的啟動設備，而小功率的輸出設備直接連接就可以。
PLC的內部包含了具有中央處理器的CPU，并帶有外部I/O口擴展的I/O接口地址和存儲器三大塊組成，CPU的核心是由一個或者多個累加器組成，它們具有邏輯的數學運算能力，并能讀取程序存儲器的內容通過計算后去驅動相應的存儲器和I/O接口；I/O口將內部累加器和外部的輸入和輸出系統連接起來，并將相關的數據存入程序存儲器或者數據存儲器中；存儲器可以將I/O口輸入的數據存入存儲器中，并在工作時調轉到累加器和I/O接口上，存儲器分程序存儲器ROM和數據存儲器RAM,ROM可以將數據永久的存入存儲器中，而RAM只能作為CPU計算時臨時計算使用的緩沖空間。
PLC的抗干擾是極其優秀的，我們根本不用去關心它的使用壽命和工作場合的惡劣，這些所有的問題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關心如何來利用PLC的內部資源為我們加強設備的控制能力，使我們的設備更加的柔性。
PLC的語言并不是我們所想象的匯編語言或C語言來進行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫程序時很容易就理解了PLC的語言，而且很多的非電氣專業人士也對PLC很快認識并深入。
以上僅僅是PLC的優點之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設備中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易損壞而且極易產生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過大的甚至是致命的失誤是我們無法容忍的。新的技術總是為了給我們帶來更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問題一掃而光，你有了解過HMI嗎？這里說HMI你根本不清楚它是什么，也沒有興趣了解，換一個中文把它說明為觸摸屏或者人機界面你就知道了，它和PLC的結合給了我們更大的空間。
HMI控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數據輸入和數據輸出反饋，在溫度控制曲線的模擬也能直觀的顯示出來。并且能夠通過編寫功能幫助程序來提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。HMI的廠商目前也越來越多，功能也越來越強，價格也越來越低，使用的面越來越廣。HMI的前景可以說十分的看好。
在很多場合，單靠單機的控制是無法保證設備的順暢運行，而通過設備與設備的信息交流達到我們想要的效果。比如在前包裝和后工序的檢測，我們就要將包裝的信息反饋到檢測處，而檢測處的信息也要反饋到包裝來。這樣通過信息共享來使得兩者之間鏈接起來，形成一個共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼此間達到映影相揮的效果。
PLC的通信已經愈來愈體現它的價值，在PLC與PLC之間的通信，能夠通過信息的溝通和數據的共享來保證設備之間的相互協調，已達到互補的效果。PLC之間的數據轉換采用RS232接口來傳送數據，而RS232接口只能保證10米的傳輸距離，如果在1000米的距離內我們可以通過RS485來進行通信，更長的距離只能通過MODEL來進行傳輸。
PLC的數據傳送只是將內部的數據傳送到對方的一塊連續的地址中，我們把它稱為一個表，對方的PLC通過讀取表中的數據來進行操作。如果表中的數據是一個一般設置的數據的話，那只是一般的數據傳送，比如今天的油價上升了，我要把油價的價格傳送到所有的輸油機上，那就是數據的共享；而當表中的數據是一段控制PLC的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺機器人來按你想象的動作工作，你會給它編制一段程序并以數據的形式發送過去。
信息輸送的形式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說兩者之間，一個只能發送，而一個只能接收，比如一個特務他只能接收上司的指示，而無法給上司回復；半雙工位也就是兩個能都能發送和接受數據，但不能同時發送和接受，比如你打電話時是不能接電話,對方也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發送和接受數據，并可同時發送和接受。像互聯網就是典型的例子。
信息輸送的過程也有同步和異步之分：同步的意義在于發送數據時數據線和時鐘線是同步的，也就是數據信號和時鐘信號同時由CPU進行發送，這需要彼此都要專門的時鐘信號來進行傳送和接送，并且是強制性的，這種方法的特點在于它的速度極快、但相應占用CPU的工作時間也相對的要長、同時技術難度也非常的大。它的要求在于在一幀的數據傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個數據將發生錯誤，這在硬件上是一個比較大的難度。在一些專用的設備中應用的越來越廣泛，像專用的醫療設備、數字信號設備等，在比較單一數據的傳輸中，它的效果非常的好。
而異步是應用范圍最廣泛的，這得益于它的技術難度相對要小、同時不需要配制專門的時鐘信號、它的特點在于，它的數據是間隔性的，離散性的發送和接受，當CPU太忙的時候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時數據的丟失相對要少，我們可以通過數據的檢測來觀察我們發送的數據是否有錯誤，像奇偶法、累加法和八位效驗法等，都可以用來幫助我們檢測發送的數據是否有錯誤發生，通過反饋來進行辨別。
信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的PLC是8位機，當然也有16位機。我們在發送數據的時候可以是一位一位的發送給對方，也可以8位8位的將數據發送到對方，一位和8位區別也就是我們所說的串口發送數據和并口發送數據。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就能解決問題，并能借用電話線來進行遠程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的256倍，在短距離占有優勢，由于是TTL電平，一般限于1米的范圍，它并不適用于長距離的數據傳送，這樣成本太昂貴了。
很多的情況下我們總喜歡采用串并轉換芯片來進行傳輸，這種情況下不需要我們進行過于復雜的寄存器設置了，而直接通過數據傳送指令進行數據交流，但在通信中并不是一個十分可行的辦法，因為在發送數據的時候對方的PLC必須一直等待你的數據輸出，它不能去做其他的工作。
當你在看書的時候，你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對話、這個時候電話響了、你示意接個電話、在接完電話后、回過頭來同敲門者繼續對話、對話完畢后、你再繼續看你的書，這種情況我們把它稱為中斷，它具有權威性，也具有優先性，PLC具備了這樣的功能。它的特點在于我們在設備的操作過程中可能會遇到緊急的突發事件，我們要立刻的停下手上的工作，去處理更重要的事情，這種情況是我們經常所遇到的，PLC在去執行緊急的任務時，總會先保存目前的狀態，比如程序的地址，CPU的累加器數據等，就像我們去開門時要記下我們看的書在第幾頁了或者干脆作個記號，因為我們待會還要繼續接著看后面的書。CPU總是按照我們的意愿去做應該做的事情，但你錯誤的給它一件事情，它也會同樣的去做，這一點我們必須注意。
中斷并不是只有一個，有時會同時存在幾個中斷，中斷具有優先的級別，他們會根據人的要求去執行更高級別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當然中斷的級別根據各種PLC內部CPU的資源有關，同時也跟堆棧的容量大小也有關系。
中斷的內容有很多種，比如外部中斷、通信中的發送和接受中斷、定時和計數的時鐘中斷、還有WDT復位中斷等，它們豐富了CPU在處理各種事務時響應種類。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內部結構和操作順序，我們做一個小小的例子來說明.
每一個設備總是不會忘記有一個按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時使用的，那就是急停按鈕。當我們遇到人身事故和意外情況時我們只要按下它，機器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復操作。急停按鈕連接PLC內部CPU的內部I/O接口上，當按鈕給CPU一個外部觸發信號時，CPU對I/O進行再次檢測，當確認有外部觸發信號時，CPU保護現場并將程序計數器自動轉到相應的外部I/O中斷程序中去，當外部中斷程序處理完畢，程序計數器返回到主程序繼續工作。有一點可以說明的是我們一般會把急停按鈕的外部中斷升至最高級別，從而保證安全。
當我們在工作完一個工件時，給PLC一個信號，將PLC的內部計數器加1來計算我們一天的工作量時，一個簡單的計數器能解決問題，當然它們也能夠在掉電的情況下保持數據，促使數據不丟失，這也是我們所渴望的。
PLC還具有高級計數器的功能，當我們在接受一些高速的數據時，這里所說的高速是在在微秒級的數據，比如條碼掃描機在不斷的掃描數據，數據處理器DSP計算的高速信號等，我們就要采用到高級計數器來幫助我們進行計數。它在PLC執行程序時一旦發現高級計數器對應的中斷，就會立即放下手上的工作。經過再次編程的梯形圖程序說明我們在執行程序時高級計數器會自動的執行對應的工作，從而將高級計數器的級別升至高一級別。
你也許聽過太多的這個詞:“死機”，大致的意思是CPU工作量過大，內部資源不足等情況造成程序無法運行。PLC也有類似的情況，在PLC內部有一個看門狗WDT，我們可以設置WDT一個程序運行的時間，當程序運行過程中出現程序跳轉錯誤時或者程序繁忙時，程序的運行時間超過WDT的設置時間，CPU轉而WDT復位狀態。程序重新開始運行，但對中斷不會進行破壞。
PLC的發展已經從單一的模式進入了通信的網絡時代，并同其它的工控網板和I/O卡板輕易的進行共享。組態軟件可以將所有的這些硬件連接起來，通過更直觀的動畫圖片來進行控制，并可以通過互聯網在異地進行控制，像神舟五號的發射就是采用這種辦法來使飛船升空。
更高層次的發展需要我們不斷的努力來取得。PLC的出現已經足足影響了幾代人，我們也從上一輩的經驗中獲取了更多的知識和教訓，來不斷的發展PLC技術，將它推向更高浪潮。
說明：本論壇針對所有自動化的愛好者，PLC的初學者及對PLC研究人員
聯想集團 作者:鐘常慰
