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西门子一级授权代理商电线电缆总代理商公司  要搞清楚单片机与PLC的异同，得明确什么是单片机，什么是PLC。对此，我们简要回顾一下计算机的发展历程也许有帮助，按计算机的原始定义，计算机系统由五大部分--即控制单元（CPU）、算术运算单元（ALU）、存储器（Memory）、输入设备（bbbbb）、输出设备（Output）组成。早期计算机（晶体管的或集成电路的，不包括电子管的）的CU或ALU由一块甚至多块电路板组成，CU和ALU是分离的，随着集成度的提高，CU和ALU合在一块就组成了处理单元（CPU）,接着将CPU集成到单块集成电路中就产生MPU或MCU,出现了如Inbbb4004、8008、8080，8085、8086、8088、Z80等MPU。此后，MPU的发展产生了两条分支，一支往、高速度、大容量方向发展，典型芯片如：Inbbb80186、286、386、486、586、P2、P3、P4等，速度从4.7MHz到现在的3.2GHz。另一支则往多功能方向发展，将存储器(ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH ROM、SRAM等)、输入/出接口（Timer/Counter、PWM、ADC/DAC、UART、IIC、SPI、RTC、PCA、FPGA等）全部集成在一块集成电路中而成为SOC（System On a Chip）。依愚之见，这就是当今广泛应用的单片计算机，简称单片机。这一分支可谓品种繁多，位宽从8位到32位，引脚数从6个到几百个，工作频率从几十KHz到几百MHz,体系结构既有CISC也有RISC,数不胜数。常用的有MCS-51系列、MCS-96系列、PIC系列、AVR系列、ARM7/9系列、TMS320系列、MSP430系列、MOTOROLA众多的单片机等等。

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引言

    在生产机械的自动控制领域，PLC顺序控制系统的应用量大面广。然而，工艺不同的生产机械要求设计不同的控制系统梯形图。目前，不少电气设计人员仍然采用经验设计法来设计PLC顺序控制系统，不仅设计效率低，容易出差错，而且设计阶段难以发现错误，需要多次调试、修改才符合设计要。本文提出的4种简易设计方法，能快速地一次设计成功PLC顺序控制系统。

    顺序控制系统的特点及设计思路

    1．特点顺序控制系统是指按照预定的受控执行机构动作顺序及相应的转步条件，一步一步进行的自动控制系统。其受控设备通常是动作顺序不变或相对固定的生产机械。这种控制系统的转步主令信号大多数是行程开关（包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关），有时也采用压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件作为某些步的转步主令信号。

    为了使顺序控制系统工作，通常采用步进式顺序控制电路结构。所谓步进式顺序控制，是指控制系统的任一程序步（以下简称步）的得电以步的得电并且本步的转步主令信号已发出为条件。对生产机械而言，受控设备任一步的机械动作是否执行，取决于控制系统步是否已有输出信号及其受控机械动作是否已完成。若步的动作未完成，则后一步的动作无法执行。这种控制系统的互锁严密，即便转步主令信号元件失灵或出现误操作，亦不会导致动作顺序错乱。

    2．设计思路本文提出的4种简易设计方法都是先设计步进阶梯，在步进阶梯实现由转步主令信号控制辅助继电器得失电；然后根据步进阶梯设计输出阶梯，在输出阶梯实现由辅助继电器控制输出继电器得失电。这4种设计法所设计的梯形图电路结构及相应的指令应适用于大多数PLC机型，具有通用性。 PLC资料网

    由于各种PLC机型的编程元件代号及其编号不尽相同，为便于阐述，本文约定：所有梯形图中的输入继电器、输出继电器、辅助继电器（又称内部继电器）的代号分别为：X、Y、M。设计中所用到的某些功能指令，如置位指令约定为S×，复位指令为R×；移位指指令为SR×。其中的“×”表示编程元件的编号，用十进制数表示。用这些方法设计实际的控制系统时，应将编程元件代号和编号变换成所选用的PLC机型对应的代号和编号。 PLC资料网

 
图1 顺序控制流程

    下面分别介绍各种设计方法。其中，前3种方法的设计依据都是图1所示的顺序控制流程。图中，步1的转步主令信号X0为连接启动按钮的输入继电器（为简明起见，后述的转步主令信号均省去“输入继电器”几个字，只提输入信号），X1为原位开关信号，X2、X3、X4分别为步2、3、4的转步主令开关信号。M1～M5分别为各步的受控辅助继电器。Y1～Y4分别为各步受控的输出继电器。

    一、逐步得电同步失电型步进顺序控制系统设计法

    如图2所示，这种设计方法是根据“与”、“或”、“非”的基本逻辑关系，设计成串联、并联或串、并联复合的电路结构。

 
图2 逐步得电同步失电步进顺控梯形图

    1．步进阶梯的设计步进阶梯的结构

    如图2a所示。步1的M1得电条件是受控机械原位开关X1处于压合状态（若受控机械有多个执行机构，则要求每个执行机构的原位开关均处于压合状态），满足原位条件后按起动按钮X0才能得电。M1得电后自锁，并为步2提供步进条件信号（M1的常开触点）。步1的执行动作完成时触发的行程开关信号X2作为步2的转步条件信号。步2的M2的输入满足其步进条件和转步条件后得电自锁，并为步3提供步进条件信号。按此规律即可实现后续每一工作步辅助继电器的得电和自锁。停止步M5的步进条件信号和转步条件信号分别为：后一个工作步M4发出的步进条件信号（M4的常开触点）和该步动作完成时所触发的转步信号X1。由于M5的得电信号令控制系统失电，所以M5的回路不自锁，而且要将其常闭触点串联在步1回路的左端。从步2起后续各个步的回路构成分支回路。一旦M5得电便使整个系统失电。如不用分支回路的结构，也可采用图3所示的回路。即把M5常闭触点分别串联在每步辅助继电器的回路上。应该注意的是：无论工作步还是停止步，如果某步的转步主令信号有多个，则应将多个转步主令信号互相串联。

 
图3 逐步得电同步失电梯形图 PLC资料网

    2．输出阶梯的设计输出阶梯

    如图2b所示。其设计方法是：（1）在控制流程图中，找出某输出继电器M在哪一步开始得电和在哪一步开始失电，以此确定其得电信号（步进阶梯中使M开始得电的辅助继电器常开触点）和失电信号（步进阶梯中使M开始失电的辅助继电器常闭触点）；（2）将得电信号、失电信号和受控输出继电器线圈串联。如果某个输出继电器在一个工作循环中多次得电失电，则将每次得失电的串联信号互相并联即可。例如，图1中输出继电器Y1要求在步1和步3得电，在其余步失电。在图2b画其控制回路时，将图1所示的次得电信号M1和次失电信号M2串联，二次得电信号M4和二次失电信号串联，然后将二者并联起来，再与Y1的线圈串联便构成Y1的控制回路。其余依此类推。 PLC资料网

    二、逐步得电逐步失电型步进顺序控制系统设计法

    1．步进阶梯设计

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    按图1所示的控制流程，采用逐步得电逐步失电型顺序控制系统设计法设计的步进阶梯如图4a所示，其电路结构与图3的不同点之一是每步的失电由下一步辅助继电器的常闭接点控制；之二是步1回路串联步2至后工作步4的辅助继电器常闭触点。以防电路工作时，因误操作再次起动而导致控制顺序错乱。其余的电路结与图3相同。

    2．输出阶梯设计输出阶梯如图4b所示，输出继电器的控制回路根据控制流程直观确定。例如，输出继电器Y1要求在步1、3得电，则将步1、3的辅助继电器M1、M3的常开触点并联，再与Y1的线圈串联即可。其余输出继电器的控制回路构成方法与此相同。

 
图4 逐步得电逐步失电型顺控系统梯形图 PLC

三、置位/复位指令型顺序控制系统设计法 PLC

    1．步进阶梯设计图5a为用置位/复位指令设计的顺序控制系统步进阶梯。其设计依据也是图1所示的控制流程。该步进阶梯结构的特点是每步的辅助继电器都有一个置位线圈和一个复位线圈，二者编号相同。步1利用置位指令S使辅助继电器M1置位（即M1线圈得电后内部自锁），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号。当步2的转步主令信号发出（X2闭合），指令S使M2置位，建立步2程序，同时复位指令R使M1复位，撤销步1程序。同理可画出后续各步继电器置位/复位梯形图。当后一步完成并回到原位（X1闭合）时，指令R使M4复位，系统的工作循环结束。

    2．输出阶梯设计图5b为输出阶梯结构，与图4b相同，不再赘述。

 
图5 置位/复位指令型顺序控制电路

    四、移位指令型顺序控制系统设计

    1．步进阶梯设计设计依据如图6所示。图7a为按图6所示要求采用移位指令设计法设计的顺序控制系统步进阶梯，这种步进阶梯由一个8位移位寄存器（由移位指令定义辅助继电器M20～M27而成）作为控制元件。该移位寄存器中的IN为移位数据输入端，CP为移位脉冲输入端，R为复位端。这三个输入端的输入信号均为脉冲上升沿有效。对顺序控制系统来说，输入IN的信号是一个单脉冲信号，即移位数据为“1”。起动步1时，IN和CP同时输入按钮信号X0的脉冲上升沿后，在IN端生成的移位数据“1”便移入移位寄存器的M20位，此时该位有输出（即输出M20的常开触点闭号），建立步1程序，并为步2提供步进条件信号；M20的常闭触点即时断开IN输入端和CP的步1输入端，完成数据“1”输入和移位脉冲输入。从步2起，本步的转步主令信号一发出（X2接通），便输入一个移位脉冲上升沿，使原来移入M20位的数据“1”移入M21位，建立步2程序，并为步3提供步进条件信号。移位后，M20位的状态变为0，即其相应的步1被撤销，输出为0。依此类推便可实现整个步进阶梯逐步得电和逐步失电。后一步完成并回到原位（X1接通）时，接通移位寄存器的复位端R，使移位寄存器复位清零，整个控制系统失电停止。

 
图6 移位顺序控制流程图

 
图7 移位指令型顺序控制电路

    设计这种步进阶梯时要注意以下问题：（1）在一个自动工作循环内，移位寄存器的移位数据输入端IN只允许起动时输入一个单脉冲信号。也就是说起动时只能输入移位数据“1”。步进阶梯的工作原理就是根据输入的数据“1”，在移位寄存器中逐步向高位移位来实现逐步得电和逐步失电。所以输入端IN要串联每个移位输出位的常闭触点；（2）移位寄存器对移位脉冲输入端开关的抖动非常敏感。若开关抖动一次，相当于多输入了一个移位脉冲，移位数据“1”随之多移了一位。由于接点式开关被触发时难免产生抖动。为这种影响，在移位脉冲输入端的步1输入回路，串联移位寄存器0位（本例为M20）的常闭触点，一旦移位数据移入M20位，便断开步1的输入回路；而从步2开始，每步的输入回路也要串联上一位的常开触点。例如步2的输入回路要串联上一位M20的常开触点。这样，当移位到步2转步主令信号对应的M21位时，便立即断开步2的输入回路。采用这样的移位脉冲输入回路结构，可确保每步的转步输入信号持续时间只有PLC的一个扫描周期（一般只有几Mｓ），因开关的抖动时间远大于PLC的一个扫描周期。所以可有效地开关抖动的影响。

    2．输出阶梯设计图7b为输出阶梯，其结构与图4b相同，只是辅助继电器编号不同而已。

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    上述4种PLC顺序控制系统设计方法的共同特点是：

    （1）由输入继电器控制辅助继电器（包括由置位/复位指令和移位指令定义的辅助继电器），按此构成步进阶梯；

    （2）由辅助继电器控制输出继电器，以此构成输出阶梯； PLC资料网

    （3）无论步进阶梯还是输出阶梯，都是很有规律的回路结构。不管要设计的顺序控制系统有多少步，也不管其输入输出点数有多少，只要弄清各种设计方法所设计的步进阶梯和输出阶梯的回路结构的规律性，根据设计依据，套用其中任一种设计方法的回路结构，就能快速地一次成功设计出较复杂的PLC顺序控制系统。

   输入信号防干扰的接法

PLC

 长期以来.PLC与DCS控制系统各自在离散和过程行业风骚。然而.随着自动化技术的进步，尤其是自动化系统通信技术的飞越式发展，两者正在呈现融合与集成的趋势。这篇来自ARC咨询集团的报告对这一热点加以了较为的探讨。

    离散控制系统(DCS)在过程控制行业中占有支配的地位，而可编程逻辑控制器(PLC)在离散制造行业中占有统治的地位。在过程控制行业中，过程控制的功能基本上通过采用专有的离散控制系统(DCS)来进行调节控制，而其停止运行的功能寻址则由可编程逻辑控制器(PLC)完成。本文将对DCS与PLC系统的集成应用前景进行探讨。过提控制行业和DCS轰统炼油厂、化工厂、发电厂、造纸厂和金属冶炼厂等一类过程控制行业，总是离不开采用DCS作为过程中的控制系统。其主要的一类控制功能特性，例如:控制器、历史状态、显示、现场输出数据等都是“分布式”的。包括处理器、v0卡分布、通路和现场连接装置(用于执行命令)在内的分布DCS系统流程图可保证灵活地添加、修正或取消控制点的连接。在某种意义上来说，它们能起到隔离的作用，不致使系统上某单部件的故障影响到其他部件的功能。例如，一个控制闭环的故障不致影响到其他相连闭环回路的功能特性。其工作性能和性确立了DCS系统在过程控制行业中的应用地位。

离散行业和PLC

    PLC是来源于离散行业中的应用。PLC不同于典型的DCS系统选项的地方主要在于，它与控制一个系统的逻辑程序有关。PLC采用物理装置代替硬连线逻辑，并借助于处理器来阅读所有的输入值，并执行程序，向编程状态发出输出指令。这一切都是在重复的扫描过程中完成的，每次扫描约持续几毫秒的时间。一般来说，像汽车和建筑自动化、电子和半导体、机械和运输等一类的离散行业传统上都采用PLC可编程逻辑控制器。

OCS和PLC的共同功能特牲

    典型的DCS系统除了能起到控制功能以外，还可将其顺序控制的功能特性，应用于逻辑编程之中。在过程控制功能中发挥作用的同一个处理器也能用于逻辑控制。在连续的过程生产工厂中，逻辑控制和工艺控制是要求互相分离的。这也正是典型的PLC可以获得接受的地方(与DCS系统一起使用)。对于逻辑应用而言，采用DCS系统的方案相对要比采用PLC可编程逻辑控制器昂贵些。何况，过程的停产需要采用一种能立于过程控制系统的系统。一个时期以来，在连续过程控制行业的生产中，DCS系统变成了过程控制的同义词，而PLC的功能特性则适合于停工时使用。其中，DCS系统和PLC系统分别用于过程控制和逻辑功能特性，PLC接收来自DCS系统的数据(连续的输人数据)以及来自于现场的数字和模拟输人数据。 

     PLC驱动现场各装置的情况(工厂过程中的一部分)纯粹是响应其接收的来自现场的硬接线输入数据，其反应动作立于DCS系统的控制动作。由于PLC接收来自DCS系统的连续输人数据，因此PLC起到了一个数据汇集系统的作用。

3C功能通用的硬件、综合性的技术、加强的通信功能

     DCS和PLC系统的处理器始终在不断新换代，与其所鼓吹的强大处理功能保持同步。与这两者控制器连接的I/O卡也有很强大的处理器。工厂在控制器和I/O板上同时安设模拟和数字信号处理功能是符合逻辑的，这是一个它们可以共同发挥作用的地方，两者既“统一”但又“相互立”。在某些情况下，这一目标已经实现。在近一届的德国汉诺威博览会上，Yokogawa,ABB、西门子等一类生产厂越来越多地展示了这些产品。DCS和PLC系统的控制器都具有相类似的功能特性，但从应用来看则又是不同的。

    在过程生产工厂中，PLC的性是自动化仪表系统(SIS)运行中的一个主要因素。诸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一类的标准事实上已经代替了T它V认证机构所采用的DIN 19250标准。这涉及到对整个自动化仪表系统的认证，而不光是逻辑控制器部分。整体水平(SII,)的认证关系到额外的成本，因此，这使得企业用户会尽量设法去降低开发费用，尽t选用的“通用”硬件。对于用户来说，这样做的结果就是节省每一处系统访问的费用。 

    ARC咨询集团已经注意到了现场总线基金会(Fieldbu: Foundation, FF)和Proftbus用户组织Profibus Nutzer-organisation，PNO )将应用放在的位置上。FF已将其自动化仪表系统(FF-SIS )提交TVV认机构审批，并希望该系统能够在2005年底以前到位。 PNO组织在规范方面也做了类似的努力，近也送交TiJV认机构审批，以便使工厂的产品能够在相同的时间内发货。这些规范的要点就是要求享用共同的平台、公用的网络以及与DCS系统共享软件工具。但PLC系统仍然保留其停工关闭时的功能识别特性，同时，还要保证可以避免的停产时间。

    制造企业倾向于采用一种公用的平台解决方案，以代替不同系统单元连接和各自拥有的总线.DCS和PLC系统的工程功能始终处于分离的位置，并根据不同的访问控制模式进行必要的改变，这主要是因为一直受到传统的系统总线概念的影响。可以通过以太网设备那样的通用通信平台，从而采用单一的工程工作站来配置DCS和PLC系统，这样也可使公用报警和事故监控系统安装在单一的位置上，以避免租用昂贵的三方设备来完成源自DCS和PLC两大系统的数据流汇总。通用工程工作站概念有利于公认的标准编程语言(I E C 61134)成为主流语言。PLC与DCS这两种系统在配置的方式上(例如在功能块方面)有许多共同的特点，这为培训人员降低费用方面铺平了道路。事实上，DCS和PLC系统的操作员通用工作站正在不断地得视。至今为止，DCS和PLC系统之间的传统串行接口—Modbus RTU协议接口继续延长向PLC开放，以便从DCS系统提取数据后做进一步处理。在大部分情况下，PLC将能够从DCS系统进行“阅读”，但不用于作为对DCS系统的“写入”。这是因为除了数据的传输速度之外，当数据从PLC写入DCS系统时，通信数据的丢失也可能会影响过程的控制功能。PLC和DCS系统之间的接口通常通过一个位于DCS系统终端的附加“网关”硬件来完成。新的发展趋势是将DCS和PLC系统建立在像以太网那样的公用平台上，并使用TCP/IP协议进行数据交换。这样，不但可省去DCS系统终端的附加硬件，而且还可以保以高的速度来传输系统之间的数据，并将这些数据地建立在系统之中。我们可以想象.具有共同功能特性、应用于不同场合的DCS系统和PLC设置到同一“底板”上，大地发挥两大系统相互之间的潜力。
工厂资产管理

    ARC资源公司还特别注意到:“……许多供货商已经开发了有效的工厂资产管理(Plant Asset Management，PAM)解决方案，为用户提供了一个进入过程的有力窗口.使他们能够预先制订维修和操作策略，辨别发生事故前的一切问题，为提高工厂的生产性能和操作优化特性(OpX)提供一个关键的方法。”许多来源于PAM的数据将很有效地从FF HSE或Profibus DP一类的公用总线平台获得，而不是分别通过DCS和PLC系统的通道获得。例如OPC的连通性.保OPC服务器驻留在PLC/DCS操作员工作站上，为一个典型的PAM(客户OPC)提供连续的或历史性的数据。DCS和PLC系统在功能特性方面的结合连同其统一的构建风格，为地发挥PAM优越提供了一个机会。

PC-Based

    操作员工作站能够支持基于bbbbbbs风格的工业PC。这种情况在DCS和PLC系统中都是实际存在的。控制方式继续以各自拥有的硬件和软件为基础，而所采用的网络体系是一种为公开的标准。其本身不会转化成以PC机为基础的控制方式。用户仍然对传统的控制系统充满信心，同时还吸收了操作终端和网络部分的变化。然而，目前正在出现追捧和推销PC-Based控制器的情况。尤其对于单个控制器应用，这种情况为显著。PC-Based控制器是否会挤占传统PLC和DCS系统的应用空间还是一个值得讨论的问题.只是不知道PC-Based控制器的市场推销是否将进一步促进DCS和PLC技术走向融合?