【正文】 和控制等功能，可靠性進(jìn)一步提高，開始具備自診斷功能。1978一1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期，微型計算機行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS—5l系列單片機也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產(chǎn)量在國際上每年以30％的遞增量迅速增長。在結(jié)構(gòu)上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點運算、平方、三角函數(shù)、相關(guān)數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有通訊功能和遠(yuǎn)程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化。此外自診斷功能及容錯技術(shù)發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進(jìn)一步提高。三、PLC在中國的發(fā)展在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開放剛起步的1979年，在當(dāng)時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進(jìn)584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進(jìn)入中國市場。不到4年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進(jìn)入中國市場，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒有很大改變。PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場，但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應(yīng)指出的是：在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械和其它應(yīng)用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢頭很猛；在國內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊伍，遍布全國大部分地區(qū)。有充足的理由說,PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。因此，PLC以及PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131—3的發(fā)展，無可爭辯地成了十分令人關(guān)注的事情。四、PLC的現(xiàn)狀隨著PLC的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC611313的正式頒布，推動了PLC在技術(shù)上發(fā)動新的突破：在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機向多CPU和分布式及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)展。在編程語言上，文本化和圖形化的語言多樣性，創(chuàng)造了更具表達(dá)控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。從應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機械加工自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)FMS、安全聯(lián)鎖保護(hù)ESD系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)等，全方位地產(chǎn)提高PLC的應(yīng)用范圍和水平。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價格比的不斷提高，一些過去使用專用計算機的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴大，可歸納為如下幾個方面：(一) 開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，汽車配裝線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制等。（二）運動控制 PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關(guān)量I／O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運動控制功能。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如：金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。（三）閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D，D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等行業(yè)。（四）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較，也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。（五）機器人控制 機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的3大支校之一?，F(xiàn)在許多機器人制造公司，選用PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強，PLC在機器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。（六）通訊聯(lián)網(wǎng) PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計算機和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計算機具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。PLC與計算機之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏。五、 PLC的發(fā)展趨勢傳統(tǒng)PLC的發(fā)展趨勢（一）技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代快 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強的PLC新產(chǎn)品，平均3—5a更新?lián)Q代1次。PLC的發(fā)展有2個重要趨勢：①向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的微型化發(fā)展，以適應(yīng)復(fù)雜單機、數(shù)控機床和工業(yè)機器人等領(lǐng)域的控制要求，實現(xiàn)機電一體化；②向大型化、復(fù)雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如：美國GE公司推出的Genettwo工廠全自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)等功能，還具有數(shù)值運算、模擬量控制、監(jiān)控、計算機接口、數(shù)據(jù)傳遞等功能，而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過程控制、遠(yuǎn)程控制等。該系統(tǒng)配置了GE／BASIC語言，向上能與上位計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，向下不僅能直接控制CNC數(shù)控機床、機器人，還可通過下級PLC去控制執(zhí)行機構(gòu)。在操作臺上如果配備該公司的Factory Master數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，Viewaster彩色圖像系統(tǒng)，則管理、控制整個工廠十分方便。（二）開發(fā)各種智能模塊，增強過程控制功能 智能I/O模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主機CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機械運動控制等，高速計數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。智能I/O的應(yīng)用，使過程控制功能增強。某些PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。（三）與個人計算機相結(jié)合 目前，個人計算機主要用作PLC的編程器、操作站或人/機接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計算機的功能。大型PLC采用功能很強的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣，PLC與個人計算機、工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。（四）通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強 PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC與PLC之間，PLC與計算機之間交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。（五）發(fā)展新的編程語言，增加容錯功能 改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人/機對話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了BASIC語言的編程功能和容錯功能。如：雙機熱備、自動切換I/O、雙機表決(當(dāng)輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出)、I/O三重表決(對I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取2臺相同的)等，以滿足極高可靠性要求。（六）不斷規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化 PLC廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時，日益向制造自動化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的基本部件(如輸入輸出模塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語言和編程工具等)的技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng)，以真正方便用戶，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)的自動化。六、軟PLC技術(shù)90年代后期，人們逐漸認(rèn)識到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點：由于傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)廠商之間的產(chǎn)品互相不兼容，缺少明確一致的標(biāo)準(zhǔn)，造成難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu)；各廠商產(chǎn)品的編程方法差別很大，技術(shù)專有性較強，工作人員必須經(jīng)過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素，工控領(lǐng)域的研究人員也一直在尋求解決這些問題的途徑。近年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這項技術(shù)就是軟PLC技術(shù)。于是PLC進(jìn)入了其發(fā)展的第4階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實上的標(biāo)準(zhǔn)。全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國際上出現(xiàn)的高新技術(shù)軟PLC技術(shù)。第二節(jié) 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理可編程序控制器簡稱PLC,是近代在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來工作的。和繼電——接觸器控制相比較,繼電——接觸器控制是將各自獨立的器件及觸點以固定接線方式來實現(xiàn)控制要求,而PLC是將控制要求以程序的形式(軟件編程)存儲在其內(nèi)部。送入存儲器中的程序內(nèi)容就相當(dāng)于繼電——接觸器控制的各種線圈、觸點和接線,這種存儲程序的控制,當(dāng)需要改變控制要求時,只要改變程序,而不用改變接線。因而增加了控制的靈活性和通用性。一、可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器一般由中央處理器、存儲器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。編程器電源用戶程序存儲器中央處理單元（CPU） 輸出單元，電路輸入單元系統(tǒng)程序存儲器 PLC結(jié)構(gòu)框圖存儲器是可編程序控制器的重要組成部分,有了它可編程序控制器才能有記憶功能,才能預(yù)先把待解決問題的一步步操作,用命令的形式——即一條條指令保存起來。實現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個程序,根據(jù)程序作用的不同,可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩種。系統(tǒng)程序存儲器主要存儲系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對用戶程序作編譯處理。其永久保留在可編程序控制器中,不因關(guān)機、停電或其他部分出現(xiàn)故障等而改變其內(nèi)容。用戶程序存儲器用來存儲由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。用戶控制程序是根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求編制的,可以通過編程器修改或增刪。中央處理器簡稱CPU,是PLC的大腦。其主要的用途是處理和運行用戶程序,針對外部輸入信號作出正確的邏輯判斷,并將結(jié)果輸給有關(guān)部門,以控制生產(chǎn)機械按既定程序工作。另外CPU還對其內(nèi)部工作進(jìn)行自動檢測,并協(xié)調(diào)PLC各部分工作,如有差錯,它立即停止運行。輸入、輸出部分是PLC與被控設(shè)備連接起來的部件。用戶設(shè)備需要輸入PLC的各種控制信號,如位置開關(guān)、按鈕、傳感器等,通過輸入部件將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場所需要的強電信號并輸出,以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。編程器是開發(fā)、維護(hù)PLC自動控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序,也用以監(jiān)視PLC的工作情況。二、可編程序控制器的工作原理可編程序控制器對用戶程序的執(zhí)行過程采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點的狀態(tài),按用戶程序進(jìn)行運算處理,然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。為了提高運行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,PLC(在每次掃描期間,還進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個階段。① 自診斷階段。PLC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PLC立即起動關(guān)機程序,保留現(xiàn)場的工作狀態(tài),把所有的輸出點置成“OFFamp?！睜顟B(tài)后停機,并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。② 與編程器等通訊階段。自診斷后,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PLC即檢查是否有編程器等的通訊請求,若有則進(jìn)行相應(yīng)處理。③ 讀入現(xiàn)場信號階段。完成和外界通訊后,PLC即開始掃描各輸入點,讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氲酱鎯ζ鞯臓顟B(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時使用。因此該階段也稱輸入采樣階段。④ 執(zhí)行用戶程序階段。一般是從用戶程序存儲器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。在無中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。直到用戶程序結(jié)束或用戶程序的末地址為止。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。⑤ 輸出控制信號階段。PLC在執(zhí)行用戶程序的同時,更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號,把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號變換成與執(zhí)行機構(gòu)相適應(yīng)的電信號輸出,驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)完成控制任務(wù)。依次完成上述五步操作,稱為一個掃描周期,之后PLC又從自診斷開始進(jìn)行下一次掃描。就這樣不斷反復(fù)循環(huán),完成生產(chǎn)的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。PLC采用了反復(fù)掃描的工作方式， PLC運行框圖