【正文】 功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺可編程控制器PDP—14由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。 PLC的發(fā)展雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上 以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。[1] PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，中央處理單元(CPU)，如下圖21所示。21 PLC硬件結(jié)構(gòu) 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。進(jìn)一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。[2] 存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用存儲器類型（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機(jī)存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進(jìn)行修改。[3]PLC存儲空間分配各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲區(qū)[4]系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC性能。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。[5]（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字（16個bit）。整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC斷電時，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。 輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。另外還有：0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V，0—10mA等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。[6] 擴(kuò)展模塊當(dāng)一個PLC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計(jì)數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。 編程器它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。 PLC的基本工作原理由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，若有鍵按下或I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符號后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的工作過程就是PLC的掃描循環(huán)工作過程，一個循環(huán)掃描周期主要可分為3個階段，輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。如圖23所示PLC的掃描工作過程。[7] 圖23 PLC的掃描工作過程 PLC的主要應(yīng)用經(jīng)過20多年的工業(yè)運(yùn)行，PLC迅速滲透到工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，從PLC的功能來看，它的應(yīng)用范圍大致包括以下幾個方面：（1）邏輯控制 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)各種通斷控制。（2）定時控制 PLC具有定時功能。它為用戶提供幾十個甚至上千個計(jì)時器，其計(jì)時時間設(shè)定值既可以由用戶程序設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過人——機(jī)對話裝置實(shí)時設(shè)定，計(jì)時器的實(shí)際計(jì)時值也可以通過人——機(jī)對話裝置實(shí)時讀出或（3）計(jì)數(shù)控制 PLC具有計(jì)數(shù)功能。它為用戶提供幾十個甚至上千個計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式同計(jì)時器計(jì)時時間設(shè)定值一樣。計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)值也可以通過人——機(jī)對話裝置實(shí)時讀出。（4）步進(jìn)（順序）控制 PLC具有步進(jìn)（順序）控制功能。在新一代的PLC中，還可以IEC規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言——順序功能圖（SFC）編制用戶程