大多數(shù)PLC編程由輸入接點(diǎn)和輸出線圈組成,，這些接點(diǎn)和線圈以邏輯串聯(lián)/并聯(lián)的方式排列,，以影響現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)果。盡管看起來每種PLC型號(hào)都有自己獨(dú)特的編程標(biāo)準(zhǔn),，但實(shí)際上,，存在一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，絕大多數(shù)PLC制造商都至少會(huì)盡力遵循該標(biāo)準(zhǔn),。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn),，本章將以此標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行講解。盡管不同制造商,、不同型號(hào)的PLC在編程細(xì)節(jié)上有所不同,，但可以放心的是，基本原則大體相同,。與不同PLC支持的編程語言相比,，不同通用編程語言之間（如C/C++,、BASIC、FORTRAN,、Pascal,、Java、Ada等）的差異要大得多,，這并沒有妨礙計(jì)算機(jī)程序員能夠“多語種編程”,。我個(gè)人曾為超過六個(gè)不同PLC制造商（Allen-Bradley、Siemens,、Square D,、Koyo、Fanuc,、Moore Products APACS和QUADLOG,、Modicon）編寫和/或分析過程序，其中大多數(shù)品牌包含多個(gè)PLC型號(hào),。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn),，編程規(guī)范的差異基本上是微不足道的。學(xué)會(huì)編寫一個(gè)型號(hào)的PLC程序后,，適應(yīng)其他品牌和型號(hào)的PLC編程非常容易,。如果你正在學(xué)習(xí)編寫某個(gè)不完全符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的PLC程序，你仍然能夠應(yīng)用本章中討論的所有原則——這些基本概念真的是非常通用的,。IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)指定了五種工業(yè)控制器的編程語言：并不是所有可編程邏輯控制器都支持這五種語言類型,，但幾乎所有PLC都支持梯形圖（LD），它將是本書的主要關(guān)注點(diǎn),。許多工業(yè)設(shè)備的編程語言是受設(shè)計(jì)限制的。其原因之一是簡(jiǎn)單性：任何足夠簡(jiǎn)單,、結(jié)構(gòu)清晰的編程語言,，都足以讓沒有正式計(jì)算機(jī)編程知識(shí)的人理解，但其能力也會(huì)受到限制,。另一種限制編程的原因是安全性：編程語言越靈活,、越無邊界，就越可能在編程時(shí)無意中創(chuàng)建復(fù)雜的“運(yùn)行時(shí)”錯(cuò)誤,。ISA安全標(biāo)準(zhǔn)第84號(hào)將工業(yè)編程語言分為固定編程語言（FPL）,、有限變異語言（LVL）和完全變異語言（FVL）。梯形圖和功能塊圖編程被認(rèn)為是“有限變異”語言,，而指令列表（以及傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編程語言,，如C/C++、FORTRAN,、BASIC等）被認(rèn)為是“完全變異”語言,，具有更高的出錯(cuò)潛力,。將 I/O 狀態(tài)與虛擬元素相關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)PLC編程時(shí)，或許最重要但也最難理解的概念之一,，就是PLC I/O點(diǎn)的電氣狀態(tài)與其編程中的變量和其他“元素”狀態(tài)之間的關(guān)系,。尤其在梯形圖（LD）編程中，程序本身類似于電氣圖,。將PLC連接的開關(guān),、接觸器和其他電氣設(shè)備的“真實(shí)”世界與PLC程序中由虛擬接點(diǎn)和繼電器“線圈”組成的“虛擬”世界聯(lián)系起來，是理解的基礎(chǔ),。在檢查梯形圖PLC程序時(shí),，應(yīng)該牢記的第一個(gè)基本規(guī)則是：程序中顯示的每個(gè)虛擬接點(diǎn)都會(huì)在其對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)為“1”時(shí)被觸發(fā)，而在其對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)為“0”時(shí)則處于靜止?fàn)顟B(tài)（在PLC的內(nèi)存中）,。如果該接點(diǎn)是常開（NO）類型,，當(dāng)其位為0時(shí)，接點(diǎn)打開,；當(dāng)其位為1時(shí),，接點(diǎn)關(guān)閉。如果該接點(diǎn)是常閉（NC）類型,，當(dāng)其位為0時(shí),，接點(diǎn)閉合；當(dāng)其位為1時(shí),，接點(diǎn)打開,。0位狀態(tài)使接點(diǎn)處于其“正常”（靜止）狀態(tài),，而1位狀態(tài)則觸發(fā)接點(diǎn),，使其進(jìn)入非正常（激活）狀態(tài)。另一個(gè)需要記住的規(guī)則是,，在檢查梯形圖PLC程序時(shí),，編程軟件會(huì)通過顏色高亮顯示每個(gè)程序元素的虛擬狀態(tài)：有顏色的接點(diǎn)表示閉合，而沒有顏色的接點(diǎn)表示打開,。在大多數(shù)梯形圖程序中,，通過“斜杠”符號(hào)的有無來標(biāo)記接點(diǎn)的正常狀態(tài)，而PLC編程軟件顯示的實(shí)時(shí)顏色高亮則揭示了元素的“導(dǎo)通”狀態(tài),。常開（XIC）和常閉（XIO）以下圖片展示了PLC梯形圖程序中的兩種接點(diǎn)類型,。常開接點(diǎn)在位狀態(tài)為1時(shí)，邏輯上導(dǎo)通,，或稱為“閉合”,，如下所示。如前所述,，在大多數(shù)梯形圖程序中,，邏輯導(dǎo)通或“閉合”的元素會(huì)顯示為有色,。常閉接點(diǎn)在位狀態(tài)為0時(shí)，邏輯上導(dǎo)通,，或稱為“閉合”,，如下所示。就像壓力開關(guān)的接點(diǎn)受到高壓條件的驅(qū)動(dòng),，液位開關(guān)的接點(diǎn)受到高液位條件的驅(qū)動(dòng),，溫度開關(guān)的接點(diǎn)受到高溫條件的驅(qū)動(dòng)一樣，PLC的虛擬接點(diǎn)也受到高位條件（1）的驅(qū)動(dòng),。在任何開關(guān)的上下文中,，激活狀態(tài)是與其正常（靜止）狀態(tài)相對(duì)立的。以下簡(jiǎn)化的示例展示了一個(gè)小型PLC,，其中兩個(gè)離散輸入通道通電,，導(dǎo)致這兩個(gè)位的狀態(tài)為“1”。編程編輯軟件顯示中的顏色高亮接點(diǎn)展示了這些輸入位對(duì)應(yīng)接點(diǎn)的各種狀態(tài)（有色 = 閉合,；無色 = 打開）,。正如你所看到的，每個(gè)與“設(shè)定”位（1）對(duì)應(yīng)的接點(diǎn)都處于激活狀態(tài),，而每個(gè)與“清除”位（0）對(duì)應(yīng)的接點(diǎn)都處于正常狀態(tài)：請(qǐng)記住,，有顏色的接點(diǎn)是閉合接點(diǎn)。顯示為有色的接點(diǎn)通常是常閉接點(diǎn)（位狀態(tài)為“0”）或常開接點(diǎn)（位狀態(tài)為“1”）,。是位狀態(tài)和接點(diǎn)類型（NO 與 NC）的組合決定了虛擬接點(diǎn)在任何時(shí)刻是打開（無色）還是閉合（有色）,。相應(yīng)地，是顏色高亮與虛擬接點(diǎn)類型的組合,，指示了某一時(shí)刻特定PLC輸入的實(shí)際通電狀態(tài),。根據(jù)我的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在理解PLC梯形圖程序時(shí),，常見的主要問題是他們過于簡(jiǎn)化,，試圖直接將連接到PLC的現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)與PLC程序中的相應(yīng)接點(diǎn)指令建立聯(lián)系。學(xué)生們錯(cuò)誤地認(rèn)為連接到PLC的現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)和PLC程序中的虛擬開關(guān)接點(diǎn)是同一個(gè),，而實(shí)際上并非如此。實(shí)際上,，現(xiàn)實(shí)世界的開關(guān)將電源送入PLC輸入,，進(jìn)而影響PLC程序中虛擬接點(diǎn)的狀態(tài)。具體來說,，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生們通常會(huì)犯以下誤解：- 學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為接點(diǎn)指令類型（NO與NC）必須與其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)匹配,。
- 學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為接點(diǎn)指令的顏色高亮等同于其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界PLC輸入的電氣狀態(tài)。
- 學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界中閉合的開關(guān)一定會(huì)導(dǎo)致PLC程序中接點(diǎn)指令的閉合,。
為了澄清,，以下是理解梯形圖PLC程序中接點(diǎn)指令時(shí)應(yīng)該牢記的基本規(guī)則：- 當(dāng)PLC輸入通道有電時(shí),，PLC內(nèi)存中的每個(gè)位為“1”；當(dāng)輸入通道無電時(shí),，對(duì)應(yīng)的位為“0”,。
- 程序中顯示的每個(gè)虛擬接點(diǎn)都會(huì)在其對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)為“1”時(shí)被觸發(fā)，而在其對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)為“0”時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài),。
- 有色接點(diǎn)表示閉合（在PLC程序中傳遞虛擬電源）,，而無色接點(diǎn)表示打開（在PLC程序中阻止虛擬電源流通）。
理解PLC梯形圖程序時(shí),，這些規(guī)則的重要性不容過分強(qiáng)調(diào),。實(shí)際上，現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)和接點(diǎn)指令狀態(tài)之間是一種因果鏈條,，而非直接的等價(jià)關(guān)系?，F(xiàn)實(shí)世界的開關(guān)控制電力是否到達(dá)PLC輸入通道，進(jìn)而控制輸入寄存器位是“1”還是“0”,，進(jìn)而控制接點(diǎn)指令是否被觸發(fā)或處于靜止?fàn)顟B(tài),。因此，PLC程序中的虛擬接點(diǎn)是由其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)控制的,，而不是像初學(xué)者常常假設(shè)的那樣,，與現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)一模一樣。按照這些規(guī)則,，我們可以看到,，常開（NO）接點(diǎn)指令會(huì)模仿現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)的動(dòng)作，而常閉（NC）接點(diǎn)指令則會(huì)與現(xiàn)實(shí)世界開關(guān)的動(dòng)作相反,。在梯形邏輯中為線圈上色在梯形圖PLC程序中,，線圈指令的顏色高亮遵循類似的規(guī)則。當(dāng)其前面的所有接點(diǎn)指令都閉合（有色）時(shí),，線圈將被“打開”（有色）,。有色的線圈會(huì)將“1”寫入其對(duì)應(yīng)的內(nèi)存位，而無色的線圈指令會(huì)將“0”寫入其對(duì)應(yīng)的內(nèi)存位,。如果這些位與PLC上的現(xiàn)實(shí)世界離散輸出通道相關(guān)聯(lián),，它們的狀態(tài)將控制與這些通道電氣連接的設(shè)備的實(shí)際通電狀態(tài)。為了進(jìn)一步闡明這些基本概念,，我們將通過一個(gè)簡(jiǎn)單的PLC系統(tǒng)的操作進(jìn)行說明,，目的是在流體工藝管線發(fā)生低壓時(shí)，激活警示燈,。PLC的任務(wù)是在工藝容器壓力低于270 PSI時(shí)激活警示燈,，并且即使壓力再次超過270 PSI的跳閘點(diǎn)，警示燈仍會(huì)保持激活狀態(tài),。這樣,，操作員將能夠及時(shí)得到關(guān)于工藝容器過壓的歷史和當(dāng)前的警示,。直流控制電壓（+24V和0V）為輸入開關(guān)的信號(hào)電位和警示燈提供電力。兩個(gè)開關(guān)連接到該P(yáng)LC的輸入端：一個(gè)常開按鈕開關(guān)作為報(bào)警重置（按下此開關(guān)“解鎖”報(bào)警燈）,，另一個(gè)常開壓力開關(guān)作為工藝壓力的傳感元件：重置按鈕連接到PLC的離散輸入通道0,，壓力開關(guān)連接到離散輸入通道4。警示燈連接到離散輸出通道5,。每個(gè)I/O端子的旁邊和每個(gè)模塊頂部的指示LED燈可視化顯示I/O點(diǎn)的電氣狀態(tài),，同時(shí)，綠色高亮顯示PLC程序中“接點(diǎn)”和“線圈”的虛擬電源狀態(tài),，這些信息在通過編程電纜連接到PLC的個(gè)人電腦屏幕上顯示,。如果沒有人按下重置按鈕，該開關(guān)將處于其正常狀態(tài),，對(duì)于一個(gè)“常開”開關(guān)而言,，就是打開狀態(tài)。同樣,，壓力開關(guān)也會(huì)如此：當(dāng)工藝壓力遠(yuǎn)高于270 PSI的跳閘點(diǎn)時(shí),，壓力開關(guān)將處于其正常狀態(tài)，通常是常開狀態(tài),。由于此時(shí)兩個(gè)開關(guān)都不導(dǎo)電,，因此離散輸入通道0和通道4都不會(huì)被激活。這意味著PLC程序中的“虛擬”接點(diǎn)也將處于它們的正常狀態(tài),。因此,，任何繪制為常開的虛擬接點(diǎn)都會(huì)處于打開狀態(tài)（不傳遞虛擬電源），而任何繪制為常閉的虛擬接點(diǎn)（通過接點(diǎn)符號(hào)的對(duì)角線斜杠標(biāo)記）都會(huì)處于閉合狀態(tài),。這就是為什么兩個(gè)常開虛擬接點(diǎn) In.4 和 Out.5 沒有高亮顯示,，而常閉虛擬接點(diǎn) In.0 有高亮顯示的原因——請(qǐng)記住，顏色高亮表示能夠傳遞虛擬邏輯電源,，而不是指示通過開關(guān)的實(shí)際電流流動(dòng),。如果工藝容器發(fā)生低壓（<270 PSI），壓力開關(guān)將被觸發(fā),，閉合其常開接點(diǎn),。這將激活PLC的輸入通道4，進(jìn)而“閉合”梯形程序中的虛擬接點(diǎn) In.4,。然后,，這會(huì)將虛擬電源發(fā)送到虛擬“線圈” Out.5，線圈通過虛擬接點(diǎn) Out.5 自鎖,，并且還會(huì)激活實(shí)際的離散輸出通道5，進(jìn)而啟動(dòng)警示燈：如果此時(shí)工藝壓力再次降回低于270 PSI,，壓力開關(guān)將恢復(fù)到其正常狀態(tài)（打開）,，從而使PLC的離散輸入通道4失去電力,。然而，由于PLC程序中的自鎖接點(diǎn) Out.5,，輸出通道5將保持開啟狀態(tài),，使警示燈保持通電狀態(tài)：因此，Out.5接點(diǎn)執(zhí)行了“自鎖”功能,，即使低壓條件解除,，通道5的輸出位仍保持設(shè)置為1。這與硬接線電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器電路中的“自鎖”輔助接點(diǎn)完全相同,，在這種電路中,，電磁接觸器在“啟動(dòng)”按鈕釋放后仍會(huì)保持通電狀態(tài)。操作員重新設(shè)置警示燈的唯一方法是按下重置按鈕,。這樣做會(huì)激活PLC的輸入通道0,，從而打開程序中的虛擬接點(diǎn) In.0（常閉接點(diǎn)），中斷虛擬電源到虛擬線圈 Out.5,，從而使警示燈斷電,，并解除程序中的虛擬電源鎖定：- 位（Bit）是單一的開/關(guān)信息，通常用于數(shù)字輸入和輸出設(shè)備,。它們的值只能是1或0,。
- 接點(diǎn)指令用于監(jiān)控輸入信息，而線圈指令用于控制輸出以通電,。
- 當(dāng)梯形圖程序的某一行從左到右的邏輯路徑為“閉合”狀態(tài)時(shí),，輸出線圈將被激活。如果邏輯路徑被中斷,，就像電路一樣,，線圈將斷電。
本文翻譯自免費(fèi)工業(yè)自動(dòng)化教材由Tony R. Kuphaldt編寫,，并根據(jù)Creative Commons Attribution 4.0 International Public License發(fā)布,。它涵蓋了從開放回路繼電器網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)PLC到PID過程控制和運(yùn)動(dòng)控制的高級(jí)反饋及現(xiàn)代系統(tǒng)互聯(lián)的控制系統(tǒng)架構(gòu),。對(duì)于學(xué)生和專業(yè)人士來說,，這本書是刷新或拓展控制工程知識(shí)的好資源。我對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行翻譯與分享,，若您對(duì)原文感興趣,，建議訪問原書籍鏈接：https:///textbook/
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