可编程序控制器+第1部分通用信息.pdf

i c s2 5 0 4 0 4 0 ；3 5 2 4 0 5 0 n1 8 囝园 中华人民共和国国家标准 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 11 3 1 - 1 ：2 0 0 3 代替g b t1 5 9 6 9 1 1 9 9 5 可编程序控制器第1 部分：通用信息 p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r s - - p a r t1 ：g e n e r a li n f o r m a t i o n 2 0 0 7 - 1 0 - 11 发布 ( i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 ，i d t ) 2 0 0 7 - 1 2 - 0 1 实施 宰瞀粥紫瓣警矬赞星发布中国国家标准化管理委员会履1 1 1 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 前言 引言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义- 4 功能特性 4 1 可编程序控制器系统的基本功能结构 4 2c p u 功能的特性 4 3 传感器和执行机构接口功能的特性 4 4 通信功能的特性 4 5 人机接口( h m i ) 功能的特性 4 6 编程、调试、监视、检测和编制文件功能 4 7 电源功能的特性 5 可用性和可靠性 参考文献 目次 图1 可编程序控制器系统的基本功能结构 图2 可编程序控制器硬件模型 图3 可编程序控制器系统的典型接口端口图 表1 可编程功能的摘要 i 1 1 1 2 2 5 6 7 7 7 8 8 m 3 3 4 5 刖置 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 1 ：2 0 0 3 g b t1 5 9 6 9 ( ( 可编程序控制器分为8 个部分： 第1 部分：通用信息； 第2 部分：设备特性； 第3 部分：编程语言； 第4 部分：用户导则； 第5 部分：通信； 第6 部分：( 未定) ； 第7 部分：模糊控制编程( g b t1 7 1 6 5 3 ) ； 第8 部分：编程语言的应用和实现导则。 本部分等同采用i e c6 1 1 3 11 ：2 0 0 3 ( ( 可编程序控制器第1 部分：通用信息( 第二版) 。 本部分代替g b t1 5 9 6 9 1 1 9 9 5 。 本部分结合g b t1 5 9 6 9 的其他部分，重新定义并确认了与可编程序控制器及其外围设备的选择 和应用相关的主要特点，构成一个技术修订本。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会可编程序控制器及系统分技术委员会( s a c t c l 2 4 s c5 ) 归口。 本部分由中国机电一体化技术应用协会负责起草。 本部分主要起草人：刘云男、杨昌煜、李爽、张萌、李百煌等。 本部分所代替标准的历次版本发布情况为： g b t1 5 9 6 9 1 1 9 9 5 。 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 引言 g b t1 5 9 6 9 的本部分是可编程序控制器及其相关外围设备的系列标准的第1 部分。阅读本部分 时应结合该系列标准的其他部分。 当本部分与其他i e c 标准( 基本安全标准除外) 发生冲突时，应以本标准中的条款作为可编程序控 制器及其相关外围设备领域中的指导性文件。 g b t1 5 9 6 9 的目的是： 第1 部分建立定义，并确认与可编程序控制器及其外围设备的选择和应用相关的主要特点； 第2 部分规定可编程序控制器( p l c ) 及其外围设备的装置要求和相关试验； 第3 部分为每种最常用的编程语言定义主要的应用场合、语法和语义规则、简单而完整的编程元素 的基本集、可采用的试验和手段，通过它们制造商可扩展或采纳这些基本集，用于他们自己的可编程序 控制器实现； 第4 部分为p l c 最终用户提供g b t1 5 9 6 9 的通用综合信息和应用导则； 第5 部分定义了可编程序控制器与其他电子系统间的通信； 第6 部分保留； 第7 部分定义了用于模糊控制的编程语言； 第8 部分提供在第3 部分中所定义的编程语言的应用和实现的导则。 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 可编程序控制器第1 部分：通用信息 1 范围 g b t1 5 9 6 9 的本部分适用于可编程序控制器( p l c ) 及其相关外围设备，例如，编程和调试工具 ( p a d t ) 、人机界面( h m i ) 等，它们具有( 按其预期使用要求的) 机械和工业过程的控制和命令。 p l c 及其相关外围设备将用于工业环境，它们可作为开放式装置或封闭式装置提供。如果要将 p l c 及其相关外围设备用于其他环境，则必须使这些用于其他环境的特殊要求、标准及安装实践也适 用于p l c 及其相关外围设备。 可编程序控制器的功能在特殊硬件和软件平台上的实现与在具有工业环境特性的一般用途的计算 机或个人计算机上的实现可达到同样满意的效果。本部分适用于执行p l c 和或其相关外围设备的功 能的任何产品。本部分不涉及整体自动化系统的功能安全或其他方面。可编程序控制器( p l c ) 、其应 用程序及其相关外围设备都被作为一个控制系统的部件看待。 由于p l c 是部件设备，因此整体自动化系统( 包括安装和应用) 的安全考虑不属本部分的范畴。但 包括有关p l c 系统操作的电击和火灾、抗电噪声和差错检测的p l c 安全性( 例如，使用奇偶校验，自测 试诊断等) 。参阅i e c6 0 3 6 4 或可采用的国家地区电气安装规范和导则。 g b t1 5 9 6 9 的本部分给出了g b t1 5 9 6 9 中所使用的术语定义。它定义了可编程序控制器系统 的主要功能特性。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过g b t1 5 9 6 9 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单( 不包括勘误的内容) 或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本 部分。 g b t1 5 9 6 9 2 可编程序控制器第2 部分：设备特性( g b t1 5 9 6 9 2 1 9 9 5 ，e q vi e c6 1 1 3 1 2 ： 1 9 8 8 ) g b t1 5 9 6 9 3 2 0 0 5 可编程序控制器第3 部分：编程语言 3 术语和定义 本部分采用下列术语和定义。 3 1 应用程序或用户程序a p p l i c a t i o np r o g r a m m e o rg $ e rp r o g r a m m e 用p l c 系统控制机械或者过程，进行预期信号处理所必需的所有编程语言元素和结构的逻辑 集合。 3 2 自动化系统a u t o m a t e ds y s t e m g b t1 5 9 6 9 范围之外的控制系统，在自动化系统中p l c 系统由用户来协调工作，或者为用户而协 调工作，但是该自动化系统还包含包括其应用程序在内的其他部件。 3 3 现场设备f i e l dd e v i c e 向可编程序控制器系统提供输入和或输出接口，或提供数据预处理后置处理的组成部分。远程 1 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 卜1 ：2 0 0 3 现场设备可独立于可编程序控制器系统自主地工作。使用现场总线，可将现场设备与可编程序控制器 连接。 3 4 梯形图或继电器梯形图l a d d e rd i a g r a mo rr e l a yl a d d e rd i a g r a m 用电源轨线界定在左边和右边( 可选) 的由触点、线圈、图形表示的功能、功能块、数据元素、标号以 及连接元素形成的一个或多个网络。 3 5 可编程序( 逻辑) 控制器p r o g r a m m a b l e ( 1 0 9 i c ) c o n t r o l l e r ；p l c 一种用于工业环境的数字式操作的电子系统。这种系统用可编程的存储器作面向用户指令的内部 寄存器，完成规定的功能，如逻辑、顺序、定时、计数、运算等，通过数字或模拟的输入输出，控制各种类 型的机械或过程。可编程序控制器及其相关外围设备的设计，使它能够非常方便地集成到工业控制系 统中，并能很容易地达到所期望的所有功能。 注：在本部分中使用缩写词p l c 代表可编程序控制器( p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e r s ) ，这在自动化行业中已形成共识。 原来曾用p c 作为可编程序控制器的缩略语，它容易与个人计算机所使用的缩略语p c 相混淆。 3 6 可编程序控制器系统或p l c 系统p r o g r a m m a b l ec o n t r o l l e rs y s t e mo rp l c s y s t e m 用户根据所要完成的自动化系统要求而建立的由可编程序控制器及其相关外围设备组成的配置。 其组成是一些由连接永久设施的电缆或插入部件，以及由连接便携式或可搬运外围设备的电缆或其他 连接方式互连的单元。 3 7 编程和调试工具p r o g r a m m i n ga n dd e b u g g i n gt o o l ；p a d t 支持p l c 系统应用的编程、试验、调试、故障查询、程序记录和储存的外围设备，它还可被用作 h m i 。如果p a d t 是可插入的，在任何时候可插入到有关的接口，亦可拔出，而对操作者和应用都没有 任何危险。在其他情况下，p a d t 是固定的。 3 8 远程输入输出站r e m o t ei n p u t o u t p u ts t a t i o n ；r i o s 制造厂的p l c 系统组成部分，包括仅在主处理单元( c p u ) 的分级情况下允许运行的输入和或输 出接口，用于输入输出多路复用信号信号的分离和数据预处理后置处理。r i o s 仅被允许有限的自 主运行( 例如，在c p u 的通信网络断开或c p u 本身的紧急故障情况下或要进行维护和故障维修时) 。 4 功能特性 4 1 可编程序控制器系统的基本功能结构 在图l 、图2 和图3 中示出了可编程序控制器系统中的通用结构和主要的功能部件。这些功能彼 此通信，传递所要控制的机械过程的信号。 c p u 功能由应用程序存储器功能、数据存储器功能、操作系统功能和应用程序功能的执行组成。 c p u 功能根据应用程序，处理从传感器以及内部数据存储器获取的信号，产生送到执行机构以及 内部数据存储器的信号。 传感器和执行机构的接口功能 传感器和执行机构的接口功能是： 把从机械过程获得的输入信号和或数据转换成合适的信号电乎，以供处理； 把来自信号处理功能的输出信号和或数据转换成合适的信号电乎，以驱动执行机构和或显 示器。 接口功能的输入输出信号可来自特殊模块，这些模块根据包含在它们自身内部的已定义的功能预 2 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 处理外部传感器信号。这种特殊模块的例子如p i d 模块，模糊控制模块，高速计数器模块，运动模 块等。 图1可编程序控制器系统的基本功能结构 操作员 应用程序员 图2 可编程序控制器硬件模型 ( 摘自g b t1 5 9 6 9 5 ) g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 11 3 1 1 ：2 0 0 3 4 外围设备 本标准的限制范围 蕃喜霎巷予豁 i o 电源接口端口 蓉毒霎普豫： i 0 电源接口端口 与第三方设备通信 的信号接口端口 1 ( 计算机、打印机、 现场总线等) 主电源输入接口端口 器慧黼 能量) 保护接地端口 接口的设备和信号 图中： a 1 本地i o 的通信接口端口。 a r 远程i o 站的通信接口端口。 b 一开放式通信接口端口也对第3 方设备开放( 例如，使用个人计算机编程，代替p a d t ) 。 b i - 一外围设备的内部通信接口端口 数字和模拟输入信号的接口端口； 数字和模拟输出信号的接口端口。 e 一与第3 方设备进行数据通信的串行或并行通信接口端口。 f 主电源接口端口。带f 端口的设备要求在电源开启、关闭和中断期间保持下游设备的记忆。 e 保护接地的端口。 h 功能接地的端口。 j 用于给传感器和执行机构供电的i 0 电源接口端口。 k 辅助电源输出接口端口。 图3 可编程序控制器系统的典型接口端口图 ( 摘自g b t1 5 9 6 9 2 ) 撩 赫 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 1 ：2 0 0 3 通信功能 通信功能提供了与其他系统( 第3 方设备) 如其他p l c 系统、机器人控制器、计算机等进行的数据 交换。 人机接口( h m i ) 功能 人机接口功能提供了操作员与信号处理功能和机械过程之间的信息交互作用。 编程、调试、检测和文件编制功能 这些功能提供了应用程序生成、装载、监视、检测、调试以及应用程序文件编制和存档。 电源功能 电源功能提供了p l c 系统电源与主电源的转换和隔离。 4 2c p u 功能的特性 4 2 1 概要 可编程序控制器的性能由表1 中概括的可编程序功能决定。为便于使用，根据应用把它们分为若 干功能组别。 表1 可编程功能的摘要 功能组别示例 逻辑控制 编程语言元素 逻辑 a n d ，o r ，n o t ，x o r ，双稳态元素 定时器接通延迟，断开延迟 计数器 ( 脉冲的) 加和或减计数 信号数据处理 基本运算：加，减，乘，除 运算功能 扩展运算：平方，三角函数 比较：大于，小于，等于 数据处理 选择，格式。传送 模拟数据处理 p i d ，积分，滤波( 不作为标准元素) 模糊控制 接口功能 模拟i o 模块。数字i o 模块 输入输出b c d 转换 其他系统通信协议 h m i 显示，命令 打印机 信息，报表 大容量存储器运行日志 执行控制 周期执行。事件驱动执行 系统配置 状态校验( 不作为标准元素) 4 2 2 操作系统 操作系统功能负责管理内部p l c 系统互相依存的功能( 组态控制，诊断，存储器管理，应用程序执 行管理，与外围设备的通信，与传感器和执行机构的接口功能的通信等等) 。 在掉电或电源故障后，p l c 系统能够以3 种不同的方式重新起动。 a ) 冷重新启动( c o l dr e s t a r t ) p l c 系统及其应用程序在所有的动态数据( 如i o 映像、内部寄存器、定时器、计数器等变量 和程序上下文) 被复位到预定的状态后的再起动。冷重新启动可以是自动的( 如在电源故障 后，存储器动态部分的信息丢失等) 或手动的( 如按钮复位等) 。 5 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 - 1 ：2 0 0 3 b ) 暖重新启动( w a r mr e s t a r t ) 电源故障后的重新启动，由用户预先编程设置的一组剩余( r e m n a n t ) 数据，以及由系统预先确 定的应用程序上下文。暖重新启动由一状态标志或可指示在运行模式下检测p l c 系统的电 源故障停机的应用程序的等价方法来识别。 c ) 热重新启动( h o tr e s t a r t ) 电源故障后，在过程相关的最大允许时间内，p l c 系统恢复到如同故障没有发生的重新启动。 所有i o 信息和其他动态数据以及应用程序上下文都得到再保存或保持不变。 热重新启动的性能需要一个独立供电的实时时钟或定时器，用以确定自电源故障被检测出时 起所消逝的时间，也需要用户对相关过程的最大允许时间进行编程。 4 2 3 应用数据存储用存储器 应用程序存储器( a p p l i c a t i o np r o g r a m m es t o r a g e ) 应用程序存储器为存储一系列指令提供存储单元，周期地或事件驱动地执行这些指令，确定了 机械或过程的进程。应用程序存储器还可以为存储应用程序数据的初始值提供存储单元。 应用数据存储器( a p p l i c a t i o nd a t as t o r a g e ) 应用数据存储器为存储应用程序的执行期间所需要的输入输出映像表和数据( 例如，定时器、 计数器、报警条件的设定值，机械或过程的参数和配方) 提供存储单元。 存储器类型、存储器容量、存储器用法( m e m o r yt y p e ，m e m o r yc a p a c i t y ，m e m o r yu t i l i z a t i o n ) 现在使用的各种类型的存储器是：读写存储器( r a m ) 、只读存储器( r o m ) 、可编程只读存储 器( p r o m ) 、可重新编程的只读存储器( e p r o m u vp r o m ，e e p r o m ) 。在电源故障时，可 以通过适当选择如e p r o m 、e e p r o m 或对易失性存储器采用后备存储器( 如电池) 的方式保 持存储的数据。 存储器容量与存储器单元数( 以k 字节计) 有关，存储器单元是被保留用于保存应用程序和应用数 据的。存储器容量的量度包括： 可用的最小配置容量； 扩展规模； 最大配置的容量。 应用程序使用的每一个可编程序功能都占用存储单元。所需要的存储器单元数通常取决于可编程 序的功能和可编程序控制器的类型。 应用数据存储需要的存储容量取决于所要保存的数据总量和格式。 4 2 4 应用程序的执行 一个应用程序可以由许多任务组成。每个任务按顺序执行，每次执行一个可编程序功能，直至任务 结束。一个任务的启动( 周期性的或依据检测事件( 中断条件) ) 由操作系统控制。 4 3 传感器和执行机构接口功能的特性 a ) 输入输出信号的类型 来自机械过程的状态信息和数据以二进制信号、数字信号、增量信号或模拟信号的方式被传 送到可编程序控制器的输入输出系统。反之，用合适的二进制信号、数字信号、增量信号或模 拟信号把由处理功能确定的判断和结果传送到机械过程。所采用的品种繁多的传感器和执 行机构需要有合适的宽范围的输入输出信号。 b ) 输入输出系统的特性 在输人输出系统中，可使用各种信号处理、转换和隔离的方法。p l c 系统的行为和性能取决 于信号( 事件的检测) 的静态动态计算、存储非存储过程、光隔离等。 输入输出系统通常表明一个模块化功能，这就使p l c 系统可以根据机械过程的需要进行配 置，并可进行后续的扩展( 至最大配置) 。 6 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 1 1 3 1 1 ：2 0 0 3 输入输出系统可以安装在紧靠信号处理功能的位置，也可安装在远离信号处理功能但靠近 机械过程的传感器或执行机构的位置。 4 4 通信功能的特性 通信功能表达可编程序控制器的通信方面。它用于可编程序控制器与外部设备或自动化系统中的 其他可编程序控制器或任何装置之间的程序和数据交换。 它提供的功能如，设备验证、数据采集、报警报告、程序执行和i o 控制、应用程序传送，以及外部 装置与p l c 信号处理单元之间的连接管理。 通信功能一般通过在局域网络或点对点链接上进行的串行数据传输完成。 4 5 人机接口( h m i ) 功能的特性 人机接口功能有两个目的： 给操作者提供监视机械过程运行所必需的信息； 允许操作者干预p l c 系统及其应用程序，做出超出它们范围的判断和调整。 4 6 编程、调试、监视、检测和编制文件功能 4 6 1 概要 这些功能作为p l c 的整体，也可作为p l c 的独立部分来实现，用作可编程序控制器存储器中的应 用程序和应用数据的代码生成和存储，以及从存储器中检索程序和数据。 4 6 2 语言 对于应用程序的编程，在g b t 1 5 9 6 9 3 2 0 0 5 中定义了一套语言。 a ) 文本语言 1 ) 指令表( i l ) 语言 用指令表示p l c 系统应用程序的文本编程语言。 2 )结构文本( s t ) 语言 用赋值、子程序控制、选择和迭代语句表示p l c 系统应用程序的文本编程语言。 b ) 图形语言 1 ) 功能块图( f b d ) 语言 用功能块图表示p l c 系统应用程序的图形编程语言。 2 ) 梯形图( l d ) 语言 用梯形图表示p l c 系统应用程序的图形编程语言。 3 ) 顺序功能图( s f c ) 用步和转换表示p l c 系统的应用程序结构的图形编程语言。转换条件和步动作可用上 面所述的语言中的一个子集表示。 4 6 3 应用程序的写入 生成应用程序 应用程序可以通过字母或符号键登入，在使用“菜单”驱动的显示或使用图形程序登入项时，可以由 光标键、控制杆、鼠标器等输入。通常应对所有程序和数据登入项的有效性以及内部一致性进行检查， 以减少不正确的程序和数据。 显示应用程序 在应用程序生成期间，所有指令能逐句逐段地立即显示出来( 在一个监视器或其他大型显示器的情 况下) 。此外，通常还能打印完整的程序。如果有另一种编程语言元素的表示方法，则通常由用户自行 选择其显示方式。 4 6 4 自动化系统启动 a ) 装载应用程序 生成的程序驻留在可编程序控制器的存储器或在p a d t 的存储器中。后者的程序传送要求 7 g b t1 5 9 6 9 1 - - 2 0 0 7 i e c6 11 3 1 1 ：2 0 0 3 通过下载或在启动以前把存储器盒插人可编程序控制器。 b ) 访问存储器 在启动或故障检修期间，p a d t 和处理单元访问应用程序存储器和应用数据存储器，以能对 程序进行监视、修正和校正。这种访问可以在线( 即在p l c 系统正在控制机械过程中) 完成。 c ) 适配可编程序控制器系统 使p l c 系统适应于所要控制的机械过程的典型功能有： 1 )对连接到p l c 系统的传感器和执行机构进行检查的测试功能( 如强制p l c 系统的输出) ； 2 )对程序序列的运行进行检查的测试功能( 如标志的设置和强制输入) ； 3 ) 变量( 如定时器，计数器等) 的设置或重置。 d ) 指示自动化系统状态 提供了关于机械过程的信息以及p l c 系统及其应用程序的内部状态信息的能力，以便于 p l c 应用的启动和调试。典型的方法有： 1 ) 输入输出状态指示； 2 ) 外部信号和内部数据状态变化的指示记录； 3 ) 扫描时间执行时间的监视； 4 ) 程序执行和数据处理的实时可视化； 5 ) 熔断器短路保护状态指示器。 e ) 测试应用程序 测试功能支持用户编写、调试和检查应用程序。典型的测试功能有： 1 ) 检查输入输出、内部功能( 定时器，计数器) 的状态； 2 ) 检查程序序列，如按步操作，程序循环时间的变化，停止命令； 3 ) 接口功能的模拟，如i o 的强制任务之间或p l c 系统内部模块之间信息交换的强制。 f ) 修改应用程序 修改功能提供了改变、调整和校正应用程序的功能。典型的功能如搜索、替代、插入、删除和增 加；这些功能适用于字符、指令、程序模块等。 4 6 5 文档编制 为了全面描述p l c 系统及其应用，应提供有关的文件。它包括： a )硬件配置以及与设计有关的注释的描述。 b ) 应用程序文件，包括： 1 ) 程