【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 (IEC)又先后頒布了 PLC標準的草案第一稿、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)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！? 總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為 工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機，它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件則需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。 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。 PLC 按照信息點數(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 點數(shù)一般在 128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，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)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、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 點數(shù)一般在 256～ 1024 點之間。 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，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 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。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部件都集中在一個機箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由于不同 I/O 點數(shù)的基本單元和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、 I/O 和電源。擴展單元內(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 的功能得以擴展。 (2)模塊式 PLC：模塊式結(jié)構(gòu)式將 PLC 各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、 CPU 模塊、 I/O 模塊合格功能模塊。模塊式 PLC 配置靈活，裝配方便，便于擴展和維修。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)展與計算機技術(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，促進了它們的發(fā)展。 今后， 可編程邏輯控制器 主要在下面幾個方面發(fā)展：（ 1）小型化、專業(yè)化、低成本方向 發(fā)展。（ 2）系列化、標準化、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： 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方面： 第 13 頁 (1)邏輯控制： PLC 具有邏輯運算功能，可以實現(xiàn)各種通斷控制。 (2)定時控制： PLC 具有定時控制功能。它為用戶提供幾十個甚至上千個計時器，其計時時 間設(shè)定值既可以由用戶在編制用戶程序時設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過人一機對話裝置實時地設(shè)定，完成定時或延時控制。計時器的實際計時值也可以通過人一機對話裝置實時地讀出或修改。 (3)計數(shù)控制： PLC 具有計數(shù)控制功能。它為用戶提供幾十個甚至上千個計數(shù)器，其計數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式同計時器計時時間設(shè)定值的一樣。一般計數(shù)器的計數(shù)頻率較低，如需對頻率較高的信號進行計數(shù)，則需要選用高速計數(shù)器模塊，其最高計數(shù)頻率可達 5OkHz?；蛘哌x用具有內(nèi)部高速計數(shù)器的 PLC，例如日本三菱公司的 FX 系列 PLC 可以提供計數(shù)頻率最高達 1OkHz 的內(nèi)部高速計數(shù)器。計數(shù)器的實際計數(shù)值也可以通過人一機對話裝置實時地讀出或修改。 (4)步進 (順序 )控制： PLC 具有步進 (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準化語言―― 順序功能圖編制用戶程序，使得 PLC 在實現(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 負擔，因此，一般選用專門的 (PID)控制模塊實現(xiàn) PID 的控制。 (6)數(shù)據(jù)處理： PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。它能進行這種算術(shù)運算、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 還能進行函數(shù)運算、浮點運算等。 (7)通信和聯(lián)網(wǎng)：新一代的各類 PLC 都具有通信功能。它既可以進行 遠程 控制，又能實現(xiàn) PLC 和 PLC、 PLC 和計算機之間的通信。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)，是實現(xiàn)工廠自動化的理想控制器。 (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 主要有下面幾個特點：（ 1）可靠性高，抗干擾能力強。（ 2）適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活。（ 3）編程方便，易于使用。（ 4）控制系統(tǒng)設(shè)計、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 實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，只不過它比一般的計算機具有更強的工業(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 的運算和控制中心，由它實現(xiàn)邏輯運算、數(shù)字運算、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務(wù)進行的。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誤 等； PLC 進入運行狀態(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)進行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯運算或數(shù)字運算等；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標志位的狀態(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)程序相當于個人計算機的操作系統(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、標準程序模塊、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讀寫存儲器 RAM 中，經(jīng)過運行考核，修改完善，達到設(shè)計要求后，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，送給中央處理器進行運算；輸出單元則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，也可 以脫機編程，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：擴展接口、通信街口、智能 I/O 接口。 PLC 除上述五部分外，隨機型的不同還有多種外部設(shè)備，其作用是幫助編程，實現(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，盒式磁帶錄音機，計算機等。 PLC 的工作原理簡述如下： 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機，故他的工作原理是建立在計算機工作原理基礎(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 是以分時操作方式來處理各項任務(wù)的，計算機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)各電器的動作，便成為時間上的串行 ，由于計算速度極高。各電器的動作似乎是同時完成的，但實際輸入― 輸出響應(yīng)是滯后的。概括 而言， PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描方式。每一次掃描所用的時間稱為一個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 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) ， C P U ， 總 線 服 務(wù) ）更 新 時 鐘 ， 特 殊 寄 存 器C P U 運 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 誤 結(jié) 果致 命 錯 誤