【正文】 用于生產(chǎn)實(shí)踐。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會(huì)（ IEC）曾先后于 1982 年、 1985 年和 1987 年發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿，并在 1987 年 2月對 PLC 作了如下定義： 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器 ，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是： 1 數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng) —— 也是一種計(jì)算機(jī)； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 2 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)； 3 面向用戶指令 —— 編程方便； 4 邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作； 5 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制； 6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體； 7 易于擴(kuò)充。 PLC的產(chǎn)生和定義 可編程控制器的縮寫為 PLC（ Programmable Logical Controller），是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備。 20世紀(jì) 60 年代，生產(chǎn)過程及各種設(shè)備的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制簡單、實(shí)用，但存在著明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，一旦動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、布線、裝配和調(diào)試，所以通用性和靈活性較差。生產(chǎn) 上迫切需要一種使用方便靈活、性能完善、工作可靠的新一代生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會(huì)（ IEC）曾先后于 1982 年、 1985 年和 1987 年發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一，二，三稿，并在 1987 年 2 月對 PLC 作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)宇公司研制出了第一代可編程序控制器，它具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序等功能。 20世紀(jì) 80 年代后，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛的發(fā)展， PLC 采用通用微處理器為核心，具有了函數(shù)運(yùn)算、高速計(jì)數(shù)、中斷技術(shù)、 PID 控制等功能，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 稱為 PC(Programmable Controller) 即可編程控制器。但由于 PC（ Personal Computer）已成為個(gè)人計(jì)算機(jī)的代名詞，為了不與之混淆，人們習(xí)慣上仍將可編程控制器稱為 PLC。經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM）之一。 1982 年，國際電工委員會(huì)（ IEC）制定了 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)，在 1987 年 12月頒布的第三稿中，對可編程控制器的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種 類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！? 可 編程控制器的特點(diǎn) (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設(shè)備要求很高，應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時(shí)間長，故障修復(fù)時(shí)間短。這是 PLC 控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。例如日本的三菱公司 F F2系列平均故障間隔時(shí)間長達(dá) 30 萬 h，而 A系列的可靠性比 F F2系列更高。 在 PLC 設(shè)計(jì)中，可以從硬件和軟件兩方面采取措施，防止以上故 障的發(fā)生，以提高其可靠性。主要措施有： ①硬件措施有： 屏蔽 :對電源變壓器、 CPU 編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 濾波 :對供電系統(tǒng)及輸入 /輸出線路采用多種形式的濾波，如 LC式π型濾波 網(wǎng)絡(luò)，以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。 電源的調(diào)整與保護(hù) :對微處理器這個(gè)核心部件所需的 +5V 電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓影響。 隔離 :在微處理器與輸入 /輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入 /輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤 動(dòng)作的可能。 聯(lián)鎖 :所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個(gè)信號只在規(guī)定的各種條件都河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 滿足時(shí)才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。 采用模塊式結(jié)構(gòu) :這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。 設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路 :這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。 ②軟件措施有： 故障檢測 :軟件定期地檢測外界環(huán)境，對諸如掉電、強(qiáng)干擾信號等情況能及時(shí)進(jìn)行處理。 信息保護(hù)和恢復(fù) :對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞 PLC 內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。 設(shè)置了警戒時(shí)鐘 WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了 WDT 規(guī)定時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。 加強(qiáng)對程序的檢查和檢驗(yàn) :一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。 對程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備 :停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)因此而丟失。 這樣， PLC 的可靠性、抗干擾能力大大提高。例如美國通用電氣公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達(dá) 1 千萬小時(shí)之多，組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達(dá) 4 至 5 千萬小時(shí)。 （ 2）編程簡單，使用方便 這是 PLC 優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。目前大多數(shù) PLC 采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，即有傳統(tǒng)控制線 路的清晰直觀，又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于接受，與常用的匯編語言相比，更受歡迎。 這了進(jìn)一步簡化編程，當(dāng)今的 PLC 還針對具體問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)梯形指令、功能指令等。 PLC 是為車間操作人員而設(shè)計(jì)的，一般只要很短時(shí)間的訓(xùn)練即能學(xué)會(huì)使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識的人員操作。當(dāng)然， PLC的功能開發(fā)，需要有軟件專家的幫助。 （ 3）控制程序可變，具有很好的柔性 在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只要改變程序就可以滿足要求。所以 PLC 取代繼電器控制，而且具有 繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此 PLC 除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在柔性制造單元（ FMC）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS），以至工廠自動(dòng)化（ FA）中也被大量采用。 （ 4）功能完善 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示功能，使用設(shè)備水平大提高。 （ 5）擴(kuò)充方便，組合靈活 PLC 產(chǎn)品具有各種擴(kuò)充單元，可以方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點(diǎn)及不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了一些小型PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各個(gè)模塊連接起來，系統(tǒng)的模塊和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 （ 6）減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量 由于 PLC 采用軟件編程來達(dá)到控制功能，而不同于繼電器控制采用接線來達(dá)到控制功能，同時(shí) PLC 又能率先進(jìn)行模擬調(diào)試，并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強(qiáng)，這些都減少了許多的工作量。 （ 7）豐富的 I/O接口模塊 為了實(shí)現(xiàn)與工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的各種工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的相互連接， PLC 除具有普通計(jì)算機(jī)的基本部分（如 CPU，存儲(chǔ)器等）外，還有豐富的 I/O接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（交流或直流，開關(guān)量或模擬量，電壓或電流，脈沖或電位，強(qiáng)電或弱電），設(shè)計(jì)有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。 由于 PLC 是工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)“機(jī)電一體化”較理想的控制設(shè)備。 由于 PLC 具備了以上特點(diǎn)，它把微計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)很好地融合 在一起，最新發(fā)展的 PLC 產(chǎn)品，還把直接數(shù)字控制（ DDC）技術(shù)加進(jìn)去，并具有 監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián) 網(wǎng)的功能。因而它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，既能改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化的新一代產(chǎn)品，又適用于生產(chǎn)過程控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能與降低成本。 Keyene 的 PLC 是基于工業(yè)自動(dòng)化的生產(chǎn)要求，專業(yè)對應(yīng)生產(chǎn)需要而研發(fā)的PLC。它的每一款產(chǎn)品都對應(yīng)一類工況，在這種工況下，它的 PLC 可以實(shí)現(xiàn)非常好的使用性能。 Keyence 是從傳感器和光學(xué)元件起家，在軟件研發(fā)上的投入非常大，因此它的 PLC 在數(shù)據(jù)采集處理，通信連接，自動(dòng)化管理上非常突出，而且使河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 用性能可靠。針對一些特殊的生產(chǎn)環(huán)境，它的產(chǎn)品在外型上做到 盡量緊湊，模塊連接非常方便，這就是擴(kuò)充變得很簡單。 設(shè)計(jì) PLC 基本原則 設(shè)計(jì) PLC 控制時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則 (1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。 (2) 保 證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 (3) 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要 注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 (4) 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 實(shí)際上 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按照國外發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)：首先考慮的是系統(tǒng)的安全性、可靠性設(shè)計(jì)，然后 才是根據(jù)控制工藝要求進(jìn)行河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 控制流程設(shè)計(jì)，然后就是編寫切實(shí)可行、高效的 PLC 程序，這里在安全性、可靠性設(shè)計(jì)要求的前提下，編寫相應(yīng)的 PLC 程序非常重要，硬件上保證的安全性，以及軟件 PLC 程序中的安全考慮應(yīng)該同步進(jìn)行。 (5) PLC的應(yīng)用 由于 PLC自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢， PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到大量廣泛的應(yīng)用，包括機(jī)械，冶金，化工，電力，建筑等，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。 PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面。 邏輯控制是 PLC最基本的應(yīng)用，它可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，可實(shí)現(xiàn)組合邏輯控制，定時(shí)控制和順序邏輯 控制等功能。 PLC的邏輯控制功能已相當(dāng)完善，可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)生產(chǎn)線控制，其應(yīng)用領(lǐng)域已普及各行各業(yè)。 PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，可對直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置，速度和加速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)單軸，雙軸和多軸位置控制，并使順序控制和運(yùn)動(dòng)控制有機(jī)結(jié)合在一起。