【文章內(nèi)容簡介】 工作，于 1980 年首先將其正式命名 PC(Programmable Controller)，并給出了其定義。以后國際電工委員會(huì) (IEC)又先后頒布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿、第二 第 11 頁 稿，在 1987 年 2 月通過了對它的定義 :“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(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)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(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！? 總之，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為 工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)，它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件則需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 PLC 分類及其 發(fā)展概況 隨著工業(yè)可編程控制器的迅猛發(fā)展， PLC 發(fā)展呈現(xiàn)出多元化，其種類繁多且各有特點(diǎn)。 PLC 按照信息點(diǎn)數(shù)來分可分為小型 PLC，中型 PLC 和大型 PLC。 (1)小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 (2)中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點(diǎn)數(shù)一般在 256～ 1024 點(diǎn)之間。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 (3)大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成 第 12 頁 表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 PLC 按結(jié)構(gòu)形式還可以分為整體式，模塊式和疊裝式三種。 (1)整體式 PLC：整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O部件都集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由于不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、 I/O 和電源。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源。 整體式 PLC 一般配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使 PLC 的功能得以擴(kuò)展。 (2)模塊式 PLC：模塊式結(jié)構(gòu)式將 PLC 各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如電源模塊、 CPU 模塊、 I/O 模塊合格功能模塊。模塊式 PLC 配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。一般大、中型 PLC 宜采用模塊式結(jié)構(gòu)。 (3)疊裝式 PLC： 將整體適和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式 PLC。它除了基本單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。疊裝式 PLC 集整體式PLC 與模塊式 PLC 有點(diǎn)于一身，它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、配置靈活、安裝方便。 隨 著 PLC 功能的不斷完善，性能價(jià)格比的不斷提高， PLC 的應(yīng)用面也越來越廣 。目前 PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機(jī)械制造、汽車、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保、娛樂等各行各業(yè)。 可編程控制器的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了 可編程邏輯控制器的發(fā)展。而 可編程邏輯控制器 的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高、更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。 今后， 可編程邏輯控制器 主要在下面幾個(gè)方面發(fā)展：（ 1）小型化、專業(yè)化、低成本方向 發(fā)展。（ 2）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。（ 3）高速大容量、高性能方面發(fā)展。（ 4）網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。 可編程邏輯控制器的主要功能和特點(diǎn)： 隨著 PLC 的不斷發(fā)展， 可編程邏輯控制器 已從小規(guī)模的單機(jī)順序控制發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域，能組成工廠自動(dòng)化的 可編程邏輯控制器 綜合控制系統(tǒng)。 PLC 的功能來看，它的應(yīng)用范圍大致包括以下幾個(gè)方面： 第 13 頁 (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(shí)控制： PLC 具有定時(shí)控制功能。它為用戶提供幾十個(gè)甚至上千個(gè)計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)時(shí) 間設(shè)定值既可以由用戶在編制用戶程序時(shí)設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過人一機(jī)對話裝置實(shí)時(shí)地設(shè)定，完成定時(shí)或延時(shí)控制。計(jì)時(shí)器的實(shí)際計(jì)時(shí)值也可以通過人一機(jī)對話裝置實(shí)時(shí)地讀出或修改。 (3)計(jì)數(shù)控制： PLC 具有計(jì)數(shù)控制功能。它為用戶提供幾十個(gè)甚至上千個(gè)計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式同計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)定值的一樣。一般計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率較低，如需對頻率較高的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，則需要選用高速計(jì)數(shù)器模塊，其最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá) 5OkHz。或者選用具有內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器的 PLC，例如日本三菱公司的 FX 系列 PLC 可以提供計(jì)數(shù)頻率最高達(dá) 1OkHz 的內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的實(shí)際計(jì)數(shù)值也可以通過人一機(jī)對話裝置實(shí)時(shí)地讀出或修改。 (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，還可以采用 IEC 規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語言―― 順序功能圖編制用戶程序，使得 PLC 在實(shí)現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序控制相應(yīng)輸出的場合顯得更簡便。 (5)PID 控制： PLC 具有 PID 控制功能。 PLC 可以接模擬量輸入和輸出模擬量信號。為了既能完成對模擬量的 PID 控制，又不加重 PLC 的 CPU 負(fù)擔(dān)，因此，一般選用專門的 (PID)控制模塊實(shí)現(xiàn) PID 的控制。 (6)數(shù)據(jù)處理： PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。它能進(jìn)行這種算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示和打印、數(shù)據(jù)通信等功能。新一代的大、中型PLC 還能進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等。 (7)通信和聯(lián)網(wǎng)：新一代的各類 PLC 都具有通信功能。它既可以進(jìn)行 遠(yuǎn)程 控制，又能實(shí)現(xiàn) PLC 和 PLC、 PLC 和計(jì)算機(jī)之間的通信。因此，使用 PLC 可以很方便地構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的理想控制器。 (8)其它： PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，例如 :定位控制模塊， CRT模塊 等 。 可 編程邏輯控制器 主要有下面幾個(gè)特點(diǎn)：（ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（ 2）適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。（ 3）編程方便，易于使用。（ 4）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、 第 14 頁 調(diào)試方便。（ 5）維修方便、維修工作量小。（ 6）網(wǎng)絡(luò)化。 可編程邏輯控制器 的基本組成和工作原理： PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言，故 可編程邏輯控制器 與計(jì)算的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出（ I/O）接口、電源等組成。 可編程控制 器的基本組成如下圖所示 : 圖 可編程控制器的基本組成圖 PLC 各部分的作用 （ 1）中央處理單元 中央處理單元是 PLC 的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是 PLC 的運(yùn)算和控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運(yùn)行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務(wù)進(jìn)行的。其主要任務(wù)有：控制從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；用掃描的方式通過I/O 部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤 等； PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯運(yùn)算或數(shù)字運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄 第 15 頁 存器的內(nèi)容，再經(jīng)由輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （ 2）存儲器 PLC 系統(tǒng)中的存貯器配有系統(tǒng)程序存貯器和用戶程序存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器 ： 系統(tǒng)程序存儲器用于存放 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 PROM 或 EPROM 存儲器中，用戶不可訪問或修改。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它關(guān)系到 PLC 的性能。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序、 用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用、管理等程序以及各種關(guān)系參數(shù)等。 用戶程序存儲器 ： 用戶程序存儲器 由 用戶程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、參數(shù)區(qū) 三部分構(gòu)成 。用戶程序區(qū)用于存放用戶竟編程器輸入的應(yīng)用程序。為了調(diào)試和修改方便，總是先把用戶程序存放在隨機(jī)讀寫存儲器 RAM 中，經(jīng)過運(yùn)行考核，修改完善，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再把它固化到 EPROM 中，替代 RAM 使用。 （ 3）輸入、輸出單元 輸入、輸出單元是可編程序控制器的 CPU 與現(xiàn)場輸入、輸出裝置或其他外部設(shè)備之間的連接接口部件。輸入單元將現(xiàn)場的輸入信號，經(jīng)過輸入單元接口電路的轉(zhuǎn)換，變換 為中央處理器能接受和識別的低電壓信號，送給中央處理器進(jìn)行運(yùn)算；輸出單元?jiǎng)t將中央處理器輸出的低電壓信號變換為控制期間所能接受的電壓、電流信號，以驅(qū)動(dòng)信號燈、電磁閥、電磁開關(guān)等。所有輸入、輸出單元均帶有光耦合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離開來，以提高 PLC 的抗干擾能力 。 （ 4）編程器 編程器是 PLC 的重要外部設(shè)備。它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編程、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)換位語句表格式，才能送入。智能編程器由程圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)，也可 以脫機(jī)編程，具有 LCD（液晶顯示器）或（ CRT）圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。 （ 5）電源單元 電源單元是 PLC 的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供 24V 隔離直流電源，可供 第 16 頁 開關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開關(guān)等使用。 （ 6）外圍接口 外圍接口主要包括：擴(kuò)展接口、通信街口、智能 I/O 接口。 PLC 除上述五部分外，隨機(jī)型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)通訊，常用的外部設(shè)備有編程器，打印機(jī)，盒式磁帶錄音機(jī)，計(jì)算機(jī)等。 PLC 的工作原理簡述如下： 可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故他的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，即使通過執(zhí)行反應(yīng)控制要求的用戶程序?qū)崿F(xiàn)的。但 CPU 是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能最一件事。所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，便成為時(shí)間上的串行 ，由于計(jì)算速度極高。各電器的動(dòng)作似乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際輸入― 輸出響應(yīng)是滯后的。概括 而言， PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條的執(zhí)行用戶程序直道用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 工作的全過程可用圖 所示的運(yùn)行框圖來表示。 第 17 頁 電 源 O N內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 傳 送 ， 遠(yuǎn) 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) ， C P U ， 總 線 服 務(wù) ）更 新 時(shí) 鐘 ， 特 殊 寄 存 器C P U 運(yùn) 行 方 式執(zhí) 行 程 序輸 出 處 理執(zhí) 行 自 診 斷P L C 正 常存 放 自 診 斷 錯(cuò) 誤 結(jié) 果致 命 錯(cuò) 誤