Key words: manipulator;inematics; control; MSComm widget
一、 PLC的概述
1 PLC的基本结构
1.1可编程控制器的基本结构
世界各国生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制计算机，其硬件结构大体相同，主要由中央处理器、存储器、I／O接口、电源及编程设备几大部分构成。PLC的硬件结构框图2-1所示
1.中央处理器（CPU）
中央处理器是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成
逻辑运算、数学运算、协调系统内部 各部分工作任务。可编程控制器中采用的CPU一般有三大类，一类为通用微处理器，如80286、80386等；一类为单片机芯片，如8031、8096等；另外还有为处理器，如AMD2900、AMD2903等。一般来说，可编程控制器的档次越高，CPU的位数也越多，运算速度也越快，指令功能也越强。现在常见的可编程机型一般多为8位或16位机。为了提高PLC的性能，也有一台PLC采用多个CPU的。
2.存储器
存储器是可编程控制器的存放系统程序、用户程序及运算数据的单元。和一般计算机一样，可编程控制器的存储器有只读存储器(ROM)和随机读/写存储器（RAM）两大类。只读存储器是用来保存那些需永久保存的程序的存储器，即使机器掉电后其保存的数据也不会丢失，一般为掩膜只读存储器和可编程电擦写只读存储器。只读存储器用来存放系统程序。随机读/写存储器的特点是写入与擦除都很容易，但在掉电情况下存储的数据就会丢失，一般用来存放用户程序及系统运行中产生的临时数据。为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱离外界电源后也能保持，再哦实际使用中都为一些重要的随机读/写存储器配备了电池或电容等掉电保护装置。
3.输入/输出接口
输入/输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入口是用来接受生产过程的各种参数。输出口是用来送出可编程控制器运算后得出的控制信号，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。由于可编程控制器在工业生产现场工作，对输入/输出接口有两个主要的要求，一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求，因而可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元。主要有以下几中：
⑴ 开关量输入接口。它的作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口按可接纳的外信号电源的类型不同分为直流输入单元和交流输入单元，如图2-2、图2-3、图2-4所示。
从图中可以看出，输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路。滤波有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。图中输入口的电源部分都画在了输入口外（框外），这是分体式输入口的画法，在一般
单元式可编程控制器中输入口都使用可编程本机的直流电源供电，不在
需要外接电源。
（2）开关量输出接口。它的作用是把可编程控制器内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。开关量输出口按可编程控制器内使用的器件，可分为继电器型、晶体管型及可控硅型。内部参考电路图如2-5所示。
从图2-5中可以看出，各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需考虑输出器件的类型，继电器式的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通/断开的频率低；晶体管式的输出接口有交高的接通/断开频率，但只有用于直流驱动的场合；可控硅型的输出接口仅使用于交流驱动场合。
（3）模拟量输入接口。它的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程序控制器内部处理的由若干位二进制数字表示的信号。模拟量输入接口接受标准模拟信号，无论是电压信号还是电流信号均可。这里标准信号是指符合国际标准的通用交互用电压、电流信号，如4～20mA的直流电流信号，1～10V的直流电压信号等。工业现场中模拟量信号的变化范围一般不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经变送处理才能使用。图2-6所示为模拟量输入接口的内部电路框图。
模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电耦后为可编程控制器提供一定位数的数字量信号。
（4）模拟量输出接口。它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。起原理框图如图2-7所示。
模拟量输入/输出接口一般安装在专门的模拟量工作单元上。
（5）智能输入/输出接口。为了适应较复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元，如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的各种单元，他们和普通输入/输出接口的区别在于一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的各种中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从近几年的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用单元的功能弱。
4．电源
可编程控制器的电源包括可编程控制器各工作单元供电的开关电源及为掉电保护电路供电的后备电源，后者一般为电池。
5.外部设备
(1) 编程器。可编程控制器的特点是它的程序是可变更的，能方便的加载程序，也可方便地修改程序，因此编程设备就成了可编程控制器工作中不可缺少的部分。可编程控制器的编程设备一般有两类，一类专用编程器，有手持的，也有台式的，还有的可编程控制器机身上自带编程器，其中手持式的编程器携带方便适合工业控制现场应用；另一类是个人计算机，在个人计算机上运行可编程控制器相关的编程软件即可完成编程任务，借助软件编程比较容易，一般是编好了以后再下载到可编程控制器中去。
编程器除编程以外，一般还具有一定的调试及监视功能，可以通过键盘调取及显示PLC的状态、内部器件及系统参数，它经过接口（也属于输出/输入口的一种）与处理器联系，完成人机对话操作。
按照功能的强弱，手持式编程器又可分为简易型和智能型两类。前者只能联机编程，后者即可联机编程又可脱机编程。所谓的脱机编程，是指在编程时把程序存储在编程器本身存储器中的一种编程方式，它的优点是在编程及修改程序时，可以不影响PLC机内原有的程序的执