【正文】 于人機界面品種的日益豐富和功能的不斷增強，學(xué)習(xí)和掌握組態(tài)軟件的使用方法需要花費大量的時間，但目前基本上還沒有有關(guān)人機界面組態(tài)和應(yīng)用的教材和書籍。 可編程控制器與以往那些基于文本的高級編程語言不同，它采用的是一種全新的梯形圖和助記符編程方式，即用形象的圖行符號和連線來代替一行一行的文本，這種編程序的方法使用起來比較簡單方便，特別是對繼電器控制電路有所了解的技術(shù)人員來說，就更容易使用梯形圖語言?？删幊炭刂破?最有優(yōu)勢的技術(shù)是軟件開發(fā)環(huán)境， 與 傳統(tǒng)程序設(shè)計語言不同，這類軟件一般采用強大的圖形化語言編程，面向測試工程師，而不是面向?qū)I(yè)程序員，編程非常方便，人機交互界面非常友好，具有強大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力。無疑是最好的選擇。面向?qū)ο笏枷朐?可編程控制器 領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，極大地發(fā)展了現(xiàn)代儀器的設(shè)計方法和技術(shù)。相信不久的將來，開發(fā)大型高度智能化的儀器也會象 “ 搭積木 ” 一樣簡單 。 論文主要介紹了可編程控制器（ PLC）的特點及應(yīng)用領(lǐng)域， PLC 的國內(nèi)外發(fā)展狀況，并就 PLC 的未來做出展望。談控制要求， PLC 的定義， PLC 的特點， PLC的編程語言， PLC 控制系統(tǒng)的配置， PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域， PLC 的工作原理， PLC 的結(jié)構(gòu)，可編程控制器 (PLC)與繼電器控制的區(qū)別， PLC 的國內(nèi)外狀況， PLC 未來展望。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 4 第一章 可編程控制器的概論 可編程序邏輯控制器 (PLC) PLC英文全稱 Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 :一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂葡到y(tǒng)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模 擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 可編程控制器是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化的進程。可編程控制器 (PLC)，是集自動控制 技術(shù)、計算機技術(shù)、和通訊技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品。具有可靠性高，功能齊全，使用靈活方便等優(yōu)點。 由此可見，用 PLC控制的智能型舞臺藝術(shù)燈比傳統(tǒng)的舞臺藝術(shù)燈控制優(yōu)越的多。 可編程序邏輯控制器 (PLC)的產(chǎn)生 PLC產(chǎn)生在 20世紀 60年代末。提出 PLC概念的是美國通用汽車公司。當時汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的，汽車的每一次改型都是直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期越來越短，這樣，繼電器控制安裝就需要經(jīng)常的重新設(shè)計和安裝，既費時，費工又費 料。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在 1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出如下 10項招標指標： 1） 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。 2） 維修方便，采用規(guī)?；Y(jié)構(gòu)。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 5 3） 可靠性高于繼電器控制裝置。 4） 體積小于繼電器控制裝置。 5） 可將數(shù)據(jù)直接送入計算機。 6） 成本可與繼電器裝置競爭。 7） 可直接用 115V交流輸入（美國市電為 115V） . 8） 輸出為交流 115V， 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等。 9） 控制裝置擴展時很方便。 10） 用戶程序存儲器容量至少為 4KB。 1969年末 ，美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC研制出了世界上第一臺 PLC美國通用汽車公司自動裝配線上試用，并獲得了成功。這種新型的智能化工業(yè)控制裝置很快在美國其他工業(yè)控制領(lǐng)域推廣應(yīng)用，至 1971年，以成功的將 PLC用于食品，飲料，冶金，造紙等行業(yè)。 PLC的出現(xiàn)受到了世界各國工業(yè)控制界的高度重視。 1971年日本從美國引進這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺 PLC。 1973年西歐國家也研制出了它們的第一臺 PLC。我國的 PLC研制始于 1974年，于 1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到 20世 紀 70年代中期以后， PLC已廣泛的發(fā)展為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電 路 也都采用中，大規(guī)模甚至超大規(guī)模集成電 路 ，這時的 PLC已不再是僅有邏輯判斷能力，還同時具有數(shù)據(jù)處理， PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。 國際電工委員會 1987年頒布的可編程控制器標準草案中對 PLC做了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程控制器的存儲器，用來在其內(nèi)部儲存程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械 或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。” 可編程控制器的特點 隨著微處理器，計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。 PLC之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，PLC還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠性、南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 6 通用性、靈活性、使用方便等問題。主要特點如下 : （ 1）可靠性高。 可靠性高是 PLC最突出的優(yōu)點之一。 PLC具有較高的可靠性是因為它采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由 無觸點的半導(dǎo)體電 路 完成。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電 路 技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電 路 采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列 PLC平均無故障時間高達 30萬小時。 （ 2）在設(shè)計制造過程中， 抗干擾能力強， 采用一系列硬件和軟件抗干擾措施。 如 :硬件方面采用隔離、濾波、精選元器件等。在微處理器與 1/0 電 路 之間采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾對 PLC的影響，同時可以防止外部高壓進入 CPU單元。 （ 3）應(yīng)用靈活。 由于 PLC己實現(xiàn)了產(chǎn)品的系統(tǒng) 化、標準的積木式硬件結(jié)構(gòu)和單元化的軟件設(shè)計，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能復(fù)雜的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合。 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中的大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器及其它專用功能的器件，使控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。 （ 4） 功能強，通用性好。 有豐富的Ｉ／Ｏ接口模塊。 PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)，順序控制等功能，而且還具有 A/D, D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理和通訊聯(lián)網(wǎng)等功能；既可以對開關(guān)量進行控制，也可以對模擬量進行控制；既可以對單臺設(shè)備進 行控制，也可以對一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程進行控制。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，可以實現(xiàn)不同 PLC之間聯(lián)網(wǎng)，并可以與計算機構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 （ 5）編程簡單。 大多數(shù) PLC采用梯形圖編程方式。梯形圖與傳統(tǒng)的繼電接觸控制線 路 圖有許多相似之處，與常用的計算機語一言相比更容易被操作者接受并掌握。操作者通過閱讀 PLC操作手冊，可以很快熟悉梯形圖語言，并用來編制一般的用戶程序，這也是 PLC獲得迅速普及和推廣的重要原因之一。 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 7 （ 6）配套齊全，功能完善，適用性強。 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn) 品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （ 7）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電 路 圖相當接近，只用 PLC的少量開 關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電 路 的功能。為不熟悉電子電 路 、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 8）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造。 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 9）體積小，重量輕，能耗低。 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗 僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 可編程控制器的分類 PLC按照輸入和輸出即 I/O的點數(shù)多少可分為表 1所表示的 5種類型。 表 1 可編程控制器規(guī)模分類表 類型 I/O 點數(shù) 存儲器容量 /KB 超小型 24 以下 1～ 2 小型 24256 2～ 8 中型 2561024 8～ 16 南通職業(yè)大學(xué)電子工程系畢業(yè)論文 8 大型 10248192 16～ 64 超大型 大于 8192 64～ 256 PLC按結(jié)構(gòu)形式分類可分為廂體式和模塊式兩種。廂體式又稱為單元式或整體式。廂體式 PLC將電源， CPU,I/0等都集中裝在一個機箱內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價格低。一般超小型 PLC都采用這種結(jié)構(gòu)，小型 PLC多數(shù)也屬廂體式，它由不同 I/O點數(shù)的基本單元和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU,I/O和電源，擴展單元內(nèi)沒有 CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC將各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊， CPU模塊，I/O模塊和各種功能模塊。一般大中型 PLC都采用模塊式結(jié)構(gòu)。有的小型 PLC也采用模塊式結(jié)構(gòu)。有的小型 PLC也采用這種結(jié)構(gòu)，因為模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC配置靈活，安裝方便，便于擴展和維 修。 可編程序控制器的發(fā)展 國外的 PLC 發(fā)展 世界上公認的第一臺 PLC是 1969年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電 路 組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。 20世紀 70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電 路 圖類似的梯形圖作為主要編 程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的 PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)