1.5 可編程控制器的基本性能
    
  可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括：

   1.5.1 工作速度

   工作速度是指PLC的CPU執行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應速度。工作速度是PLC工作的基礎。速度高了，才可能通過運行程序實現控制，才可能不斷擴大控制規模，才可能發揮PLC的多種多樣的作用。

   PLC的指令是很多的。不同的PLC。指令的條數也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執行的時間也不同。但各種PLC總有一些基本指令，而且各種的PLC都有這些基本指令，故常以執行一條基本指令的時間來衡量這個速度。這個時間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點微秒級。并隨著微處理器技術的進步，這個時間還在縮短。 

   執行時間短可加快PLC對一般輸入信號的響應速度。從討論PLC的工作原理知，從對PLC加入輸入信號，到PLC產生輸出，最理想的情況也要延遲一個PLC運行程序的周期。因為PLC監測到輸入信號，經運行程序后產生的輸出，才是對輸入信號的響應。不理想時，還要多延長一個周期。當輸入信號送入PLC時，PLC的輸入刷新正好結束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期，PLC的輸入映射區才能接受到這個新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需響應的輸入信號，就不能接受了。對急需處理的輸人信號延遲多長時間PLC能予以響應，要另作要求。


   為了處理急需響應的輸入信號，PLC有種種措施。不同的PLC措施也不完全相同，提高響應速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結束后再刷新。


   這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應；二是快速響應的速度有多快。多數PLC都可對一個或多個輸入點作快速響應，快速響應時間僅幾個毫秒。性能高的、大型的PLC響應點數更多。


   工作速度關系到PLC對輸入信號的響應速度，是PLC對系統控制是否及時的前提。控制不及時，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響應的系統。這就是把工作速度作為PLC第一指標的原因。


    1.5.2 控制規模

    控制規模代表PLC控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。


    控制規模與速度有關。因為規模大了，用戶程序也長，執行指令的速度不快，勢必延長PLC循環的時間，也必然會延長PLC對輸入信號的響應。為了避免這個情況，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。


    控制規模還與內存區的大小有關。規模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區。同時點數多，系統的存儲器輸入、輸出的信號區（輸入輸出繼電器區或稱輸入、輸出映射區）也大。這個區大，相應地內部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統存儲區。 


    控制規模還與輸入、輸出電路數有關。如控制規模為1024點，那就得有1024條I/O電路。這些電路集成于I/O模塊中，而每個模塊有多少路的I/O點總是有數的。所以，規模大，所使用的模塊也多。


    控制規模還與PLC指令系統有關。規模大的PLC指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點數多的系統進行控制的需要。


    控制規模是對PLC其它性能指標起著制約作用的指標；也是PLC劃分為微、小、中、大和特大型

    1.5.3 組成模塊

    PLC的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模塊組成當作所有PLC的結構性能。


    這個性能含義是指某型號PLC具有多少種模塊，各種模塊都有什么規格，并各具什么特點。


    一般講，規模大的PLC，檔次高的PLC模塊的種類也多，規格也多，反映它的特點的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型PLC、檔次低的PLC模塊種類也少，規格也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。


    組成PLC的模塊是PLC的硬件基礎，只有弄清所選用的PLC都具有那些模塊及其特點，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的PLC，以滿足控制系統對PLC的要求。


    常見的PLC模塊有：

    CPU模塊，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、規模都由它的性能來體現。

    電源模塊，它為PLC運行提供內部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。

    I/O模塊，它集成了I/O電路，并依點數及電路類型劃分為不同規格的模塊。


    內存模塊，它主要存儲用戶程序，有的還為系統提供輔加的工作內存。在結構上內存模塊都是附加于CPU模塊之中。


    底板、機架模塊，它為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯系提供總線。若干底板間的聯系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的PLC都不大相同。


    箱體式的小型PLC的主箱體就是把上述幾種模塊集成在一個箱體內的，并依可能提供I/O點數的多少，劃分為不同的規格。


    箱體式的 PLC還有I/O擴展箱體，它不含 CPU，僅有電源及I/O單元的功能。擴展箱體也依I/O點數的多少劃分有不同的規格。


    除上述模塊，PLC還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如A/D（模入）模塊、D/A（模出）模塊、高速計數模塊、位控模塊、溫度模塊等等。這些模塊有自己的CPU，可對信號作預處理或后處理，以簡化PLC的CPU對復雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的PLC，這些模塊種類多，性能也好。


    通訊模塊，它接人PLC后，可使PLC與計算機，或PLC與PLC進行通訊，有的還可實現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網絡。通訊模塊代表PLC的組網能力，代表著當今PLC性能的重要方面。


    掌握PLC性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚PLC的性能。除了模塊，PLC還有外部設備。


    盡管用PLC實現對系統的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對PLC編程，要監控PLC及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數據等，就得使用PLC的外部設備。故一種PLC的性能如何，與這種PLC所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關。


    PLC的外部設備有四大類：


    編程設備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的EX型可編程控制器）。復雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖語編程。有的還有專用的計算機，可用其它高級語編程。編程器除了用于編程，還可對系統作一些設定，以確定PLC控制方式，或工作方式。編程器還可監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，以進行PLC用戶程序的調試。


    監控設備：小的有數據監視器，可監視數據；大的還可能有圖形監視器，可通過畫面監視數據。除了不能改變PLC的用戶程序，編程器能做的它都能做，是使用PLC很好的界面。性能好的PLC，這種外部設備已越來越豐富。


    存儲設備：它用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。而為實現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或ROM寫入器，以及相應的接口部件。各種PLC大體都有這方面的配套設施。


    輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與PLC進行人機對話。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監控器雖也可對PLC輸入信息，從PLC輸出信息，但輸入輸出設備實現人機對話更方便，可在現場條件下實現，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。


    外部設備已發展成為PLC系統的不可分割的一個部分。它的情況，當然是選用PLC必須 了解的重要方面，所以也應把它列為PLC性能的重要內容。

    1.5.4 內存容量

    PLC內存有用戶及系統兩大部分。用戶內存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統所用。系統內存是與CPU配置在一起的。CPU既要具備訪問這些內存的能力，還應提供相應的存儲介質。


    用戶內存大小與可存儲的用戶程序量有關。內存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復雜的控制。從發展趨勢看，內存容量總是在不斷增大著。大型PLC的內存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統內存對于用戶，主要體現在PLC能提供多少內部器件。不同的內部器件占據系統內存的不同區域。在物理上并無這些器件，僅僅為RAM。但通過運行程序進行使用時，給使用者提供的卻實實在在有這些器件。


    內存器件種類越多，數量越多，越便于 PLC進行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表PLC性能的重要指標。


    PLC內部器件有：


    I/O繼電器，或稱映射區。它與PLC所能控制的I/O點數及模擬量的路數直接相關。


    內部繼電器數，有的稱為標志位數，代表著PLC的內部繼電器數。它與I/O繼電器區相聯系著，有時與后者相聯系進行處理。內部繼電器多，便于PLC建立復雜的時序關系，以實現多種多樣的控制要求。一般講，內部繼電器數比I/O 繼電器要多得多。


    有的內部繼電器還可丟電保持，即它的狀態（ON或OFF）、PLC丟電后，靠內部電池仍予以保持。再上電后可繼續丟電前的狀態。保持繼電器可增強PLC控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復運行，更顯得有用。


    定時器，可進行定時控制。定時值可任意設定。定時器有多少，設定范圍有多大，設定值的分辨率又是多少，這些都代表定時器件的性能。


    計數器，可進行計數，到達某設定計數值可發送相應信號。可進行什么樣的計數，計數范圍多大，怎么設定，有多少計數器，則是PLC計數器性能的代表指標。


    數據存儲區，用以存儲工作數據。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是PLC進行模擬量控制，或記錄數據所必不可少的。這個存儲區的大小代表PLC的性能也是越大越好。趨勢也是越來越大。小型機也如此。如日本OMRON公司的CQM1機，其DM區就有6k字。而過去同是小型機的C60P的DM區才64個字。大型機的DM可達10K以至幾十K。


    此外還有其它一些內部器件，了解某PLC性能時，也都必須掌握它。


    內部器件也是PLC指令的操作數，不弄清楚是無法編程的。

    1.5.5 指令系統

    PLC有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么編程，沒有程序，PLC又怎么工作？


    PLC的指令越來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多。


    PLC的指令繁多，但主要的有這么幾種類型：


    基本邏輯指令，用于處理邏輯關系，以實現邏輯控制。這類指令不管什么樣的PLC都總是有的。


    數據處理指令，用于處理數據，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。


    數據運算指令，用于進數據的運算，如十、一、X、/等，可進行整形數計算，有的還可浮點數運算；也可進行邏輯量運算，等等。 


    流程控制指令，用以控制程序運行流程。PLC的用戶程序一般是從零地址的指令開始執行，按順序推進。但遇到流程控制指令也可作相應改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調試與閱讀。


    狀態監控指令，用以監視及記錄PLC及其控制系統的工作狀態，對提高PLC控制系統的工作可靠性大有幫助。


    當然，并不是所有的PLC都有上述那么多類的指令，也不是有的PLC僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解PLC指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響PLC的性能。


    除了指令，為進行通訊，PLC還有相應的協議與通訊指令或命令，這些也反映了PLC的性能。

    1.5.6 支持軟件

    為了便于編制PLC程序，多數PLC廠家都開發有關計算機支持軟件。


    從本質上講，PLC所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發的種種軟件。


    助記符語言是最基本也是最簡單的PLC語言。它類似計算機的匯編語言，PLC的指令系統就是用這種語言表達的。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數PLC都配備有這種語言。


    梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號表達PLC實現控制的邏輯關系。這種語言與符號語言有對應關系，很容易互相轉換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的PLC都開發有這種語言。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數是在計算機對PLC編程時，才使用這種語言。


    流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應關系，只是它對應的符號語言與梯形圖的對應不一樣。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這種語言對PLC編程。日本OMRON公司開發的F系列機就是使用這種語言。


    梯形圖與流程圖混合語言。這種語言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使PLC程序結構化。它用流程圖把PLC程序劃分成若干結構塊，并規范塊間的邏輯聯系。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關系。這種混合語言有不同的實現方法，而且多用于大型的PLC的編程


    高級語言，PLC編程也可以使用高級語言，如BASIC、C語言等。可以在DOS，也可在WINDOWS平臺上運行。關鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉換成助記符語言，或直接轉換成PLC所能識別的機器語言。從根本上講，只要能實現這個轉換的，什么高級語言都可以。而編寫這個轉換的軟件工作量很大，當然應由有關廠家開發與提供。當前不少PLC廠家已有提供。如GE－FANAC的PLC就提供有可用C語言編程的軟件。


    再前進一步，從理論上講使用自然語言編程也是完全可能的。只是要下力氣去開發，以及市場有這個需要。


    支持軟件不僅編制PLC程序需要，監控PLC運行，特別是監視PLC所控制的系統的工作狀況也需要。所以，多數支持編程的軟件，也具有監視PLC工作的功能。


    此外，也有專用于監控PLC工作的軟件，它多與PLC的監視終端連用。


    有的PLC廠家或第三方廠家還開發了使用PLC的組態軟件，用以實現計算機對PLC控制系統監控，以及與PLC交換數據。


    PLC的用戶也可基于 DOS或 WINDOWS平臺開發用于 PLC控制系統的應用軟件，以提高PLC系統自動化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。


    總之，為了用好PLC，PLC的支持軟件越來越豐富，性能也越來越好，其界面也越來越友好，也因此，它的情況如何，已成為評判PLC性能的指標之一。

    1.5.7 可靠控制

    為使PLC能可靠工作，在硬件與軟件兩個方面PLC廠家都采取了很多措施，對一些特殊可靠要求的PLC，還有相應的特殊的措施，如熱備、冗余等等。這在介紹PLC的特點時已作了敘述。可靠措施的目的是增加 PLC平均故障間隔時間、MTBF（Mean Time Between Failure）及減少 PLC的平均修復時間、MTTR（Mean Time To Repair），以提高PLC的有效度A（Availability）。

A=MTBF/(MTBF + MTTR) 

式中A--有效率


MTBF--平均故障間隔時間


MTTR--平均修復時間


    當然，A值越大越好，它可使PLC系統得到充分的利用，是為什么要使用PLC的重要指標。而從上式可知，MTBF越大，MTTR越小，則A越大。所以，PLC的可靠措施都是圍繞提高 MTBF及 MTTR值進行的。


    鑒于可靠工作是PLC的重要特點，至關重要，故有關提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF與MTTR值也成為PLC性能的重要指標。

    1.5.8 經濟指標

    以上七條講的都是PLC的技術性能。其實，使用PLC，還要考慮經濟指標。經濟是基礎，經濟上不合算，不能帶來經濟效益，使用PLC也就沒有基礎。所以，這個指標也是重要的。經濟指標最簡單的就是看價格。一般講，同樣技術性能的PLC，價格低其經濟指標就好


    此外，還要看供貨情況，供貨不及時，影響使用，價格即使低，也不一定就好；看技術服務，資料不全，用戶出現問題得不到技術支持也不好。


    對經濟指標還要作綜合分析，要看使用了PLC能否帶來效益，然后，再分析使用哪家的PLC效益更好些。

    對技術決策時進行經濟分析，考慮經濟指標是市場經濟的需要，應予以足夠的重視。