【文章內(nèi)容簡介】 年把這種控制正式命名為可編程控制器（ Programmable Controller），英文縮寫為 PC。為了與 個人計算機 PC(Personal Computer)相區(qū)別，就在 PC 中間加入 L（ Logical）而寫成 PLC。 國際電工委員會 (IEC)于 1982 年頒布了 PLC 標準菜草案第一稿， 1987 年 2 月頒布了第三稿，對可編程控制定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械動作過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個 整體，易于擴展其功能的原則設計。 可編程控制器的出現(xiàn)，立即引起了各國的注意。日本于 1971 年引進可編程控制器技術，德國于 1973 年引進可編程控制器技術，中國于 1973 年開始研制可編程控制器，1977 年應用到生產(chǎn)線上。 自 20 世紀 60 年代以來發(fā)展極為迅速、應用極為廣泛的工業(yè)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自動代控制的首選產(chǎn)品，與機器人、ＣＡＤ＼ＣＡＭ并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。 如果說初期發(fā)展起來的ＰＬＣ主要是以它的高速可靠性、靈活性和小型化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電 —— 接觸控制的，那么當今的ＰＬＣ則吸取了微電子技術和計算機技 術的最新成果，得到了更新的發(fā)展。從單機自動化到整條生產(chǎn)線的自動化，甚至到整個工廠的生產(chǎn)自動化，從柔性制造系統(tǒng)，工業(yè)機器人到大型分散控制系統(tǒng)，ＰＬＣ均承擔著重要角色。 的分類 可編程控制器已成為工業(yè)控制領域中最常見、最重要的控制裝置，它代表著一個國家的工業(yè)水平。 世界上生產(chǎn)可編程控制器的廠家非常多，其中著名的廠家有美國 公司，日本的三菱公司，德國的西門子公司等。 可編程控制器通常以輸入 輸出點（ I /O）總數(shù)的多少進行分類。 I/ O 點數(shù)在 128點以下為小 型機； I/ O 點數(shù)在 129~512 點為中型機； I/ o 點數(shù)在 513 點以上為大型機?？删幊炭刂破鞯?I/O 點數(shù)越多，其存儲容量也越大。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 PLC 按結構形式分類可分為整體式和模塊式兩種。整體式又稱為單元式或箱體式。整體式 PLC 將電源、 CPU、 I /O 部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，其結構緊湊、體積小、價格低，一般小型 PLC 采用這種結構。模塊化結構是將 PLC 各部分分成若干個單獨的模塊，如 CPU 模塊、 I/ O 模塊、電源模塊和各種功能模塊。有的 PLC 將整體式和模塊式結合起來，稱為疊裝式 PLC。它除基本單元和擴展單元外，還有擴展 模塊和特殊功能模塊，其配置更加靈活。 2． PLC 編程語言 可編程控制器的編程語言常用的有梯形圖、指令表和狀態(tài)流程圖。由于梯形圖比較直觀，容易掌握，因而很受普通技術人員的歡迎。 可編程控制器的常用編程工具有： (1)手持式編程器，一般供現(xiàn)場調(diào)試及修改使用。 (2)個人電腦，利用專用的編程軟件進行編程。 可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝置、電力、輕紡等各行各業(yè)，目前 PLC 主要有以下幾個方面應用。 (1)用于開關邏輯控制。這是 PLC 最基本的應用?？?用 PLC 取代傳統(tǒng)繼電器接觸器控制，如普通機床、數(shù)控機床電氣 PLC 控制，也可取代順序控制，如高爐上料、電梯控制、貨物存取、運輸、檢測等?？傊?， PLC 可用于單機、多機群控以及生產(chǎn)線的自動化控制。 (2)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（ Analog）量和數(shù)字（ Digital）量之間的轉(zhuǎn)換，一般稱為 A\D 轉(zhuǎn)換和 D \A 轉(zhuǎn)換，這一閉環(huán)控制功能可以用 PID 子程序或?qū)Ｓ玫腜ID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐和鍋 爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力及建材等行業(yè)。 (3)數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表以及位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參數(shù)值進行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或者將其打印制表。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 (4)通信聯(lián)網(wǎng)。 PLC 的通信包括主機與遠程 I/ O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、PLC 與其他智能設備（如計算機、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布控制系統(tǒng)。 自從美國研 制出第一臺 PLC 以后，日本、德國、法國等工業(yè)發(fā)達國家相繼研制出各自的 PLC。 20 世紀 70 年代中期在 PLC 中引入了微機計算機技術，使 PLC 的功能不斷增強，質(zhì)量不斷提高，應用日益廣泛。 1971 年日本從美國引進 PLC 技術，很快就研制出日本第一臺 DSC— 8 型 PLC。 1984年日本就有 30 多個 PLC 生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品達到 60 多種以上。西歐在 1973 年研制出第一臺 PLC，并且發(fā)展很快，年銷售增長 20%以上。目前，世界上眾多的 PLC 制造廠家中，比較著名的幾個大公司有美國 AB 公司、歌德公司、德州儀器公司、通用電氣公司，德國的 西門子公司，日本的三菱、東芝、富士和立石公司等，它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的 PLC 市場。 PLC 技術已成為工業(yè)自動化 3 大技術（ PLC 技術、機器人、計算機輔助設計與分析）支柱之一。 我國研制與應用 PLC 起步較晚， 1973 年開始研制， 1977 年開始應用， 20 世紀 80年代初期以前發(fā)展較慢， 20 世紀 80 年代隨著成套設備或?qū)Ｓ迷O備引進了不少 PLC，如寶鋼一期工程整個生產(chǎn)線上就是使用了數(shù)百臺 PLC，二期工程使用得更多。近幾年來國外 PLC 產(chǎn)品大量進入我國市場，我國已有許多單位在消化吸收引進 PLC 技術的基礎上，仿制和研制了 PLC 產(chǎn)品。例如，北京機械自動化研究所、上海起重電器廠、上海電力電子設備廠、無錫電器廠等。 目前， PLC 主要是朝著小型化、廉價化、系列化、標準化、智能化、高速化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展，這將使 PLC 功能更強、可靠性更高、使用更方便、適應面更廣。 PLC的基本組成 的硬件結構 PLC 型號品種繁多 ,但實質(zhì)都是一種工業(yè)控制計算機 .與通用計算機相比 ,可編程控制器不僅具有與工業(yè)過程直接相連的接口 ,而且具有更適應于工業(yè)控制的編程語言 .可編程控制器的編程大致上主要由中央處理單元 (CPU)\存儲器 \輸入 /輸出單元 (I/O)\電源和編程器等及部分組成 .其結構方框圖如下圖所示： 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 (CPU) CPU 是 PLC 的核心部件 ,起著控制和運算的作用 .它能夠執(zhí)行程序規(guī)定的各種操作 ,處理輸入信號 ,發(fā)送輸出信號等 ,PLC 的整個工作過程都是在 CPU 的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的 . 2． 存儲器 用于存放系統(tǒng)程序監(jiān)控運行程序 \用戶程序 \邏輯及數(shù)字運算的過程變量及其他所有信息 .PLC 的存儲器可分為三類 : （ 1） 系統(tǒng)程序存儲器 .系統(tǒng)程序存儲器由 POM 或 EPROM 組成 ,用以固化系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序 ,對用戶程序作編譯處理 .系統(tǒng)程序 由廠家編寫 ,它決定了 PLC的基本功能 ,用戶不能更改 . （ 2） 用戶程序存儲器 .用戶程序存儲器通常采用低功率的 CMOSRAM,由后備電池供電 ,在斷開電源后仍能夠保存 .目前比較先進的 PLC 采用可隨時讀寫的快閃存儲器 ,可不需要后備電池 ,斷電時存儲器的內(nèi)容也不會丟失 .在 PLC的產(chǎn)品說明書中給出的 ” 內(nèi)存容量 ” 或 ” 程序容量 ” 就是指用戶程序存儲容量 . （ 3） 數(shù)據(jù)存儲器 .數(shù)據(jù)存儲器按輸入、輸出和內(nèi)部寄存器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等單元的定義序號存儲數(shù)據(jù)或狀態(tài) ,不同廠家出品的 PLC 有不同的定義序號 ,在PLC 斷電時能夠保持 數(shù)據(jù)存儲器區(qū)稱數(shù)據(jù)保存區(qū) . 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 3． 電源 電源包括系統(tǒng)電源 \備用電源及記憶電源 .PLC 大多使用 220V 交流電源 ,PLC 內(nèi)部的直流穩(wěn)壓單元用于為 PLC 的內(nèi)部電路提供穩(wěn)定直流電壓 ,某些 PLC 還能夠?qū)ν馓峁〥C0224V的問點電壓 ,為外部傳感器供電 .PLC一般還帶有后備電池 ,為防止因外部電源發(fā)生故障而造成 PLC 內(nèi)部主要信息意外丟失 . 4 輸入 \輸出單元 輸入 /輸出單元又稱為 I/O 接口電路 ,是 PLC 與外部被控對象聯(lián)系的紐帶與橋梁 .根據(jù)輸入 /輸出信號的不同 ,I/O 接口電路有開關量和模擬量兩種 I/O 接口電路 .輸入單元用來進行 輸入信號的隔離濾波及電平轉(zhuǎn)換 。輸出單元用來對 PLC 的輸出進行放大及電平轉(zhuǎn)換 ,驅(qū)動控制對象 . 輸入單元接口是用于接收和采集現(xiàn)場設備及生產(chǎn)過程的各類輸入數(shù)據(jù)輸出信息 (如從各類開關、操作按鈕等送來的開關量，或由電位器、傳感器提供的模擬量 )，并將其轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接收和處理的數(shù)據(jù)；輸出接口則用于將 CPU 的控制的控制信息轉(zhuǎn)換成外設備所需要的控制信號，并送到有關設備或現(xiàn)場（如接觸器、指示燈等）。 輸入單元接口電路由輸入數(shù)據(jù)寄存器、選通脈沖及電路及中斷請求邏輯電路組成。當 PLC 掃描在允許輸入階段時，發(fā)出允許中斷請求信號，選通電路選中對應輸入數(shù)據(jù)寄存器，在允許輸入后期通過數(shù)據(jù)總線輸入數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)成批輸入至輸入映像存儲區(qū)，供 CPU 進行邏輯運算用。通常，輸入接口電路有直流 12~24V 輸入，交流輸入，交、直流輸入三種。 I/O 接口電路大多采用光電耦合器來傳遞 I/O 信號，并實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。這可以使生產(chǎn)現(xiàn)場的電路與 PLC 的內(nèi)部電路隔離，既能有效地避免因外電路的故障而損壞 PLC，同時又能抑制外部干擾信號 侵入 PLC，從而提高 PLC 的工作可靠性。 PLC 通過輸出接口電路向現(xiàn)場控制對象輸出控制信號。輸出接口電路由輸出鎖存器、電平轉(zhuǎn)換電路及輸出功率發(fā)大電路組成。 PLC 功率輸出電路有 3 種形式：繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。 （ 1） 繼電器型輸出。負載電流大于 2A，響應時間為 8~10ms，機械壽命大于 106 次。根據(jù)負載需要可接交流或主流電源。 （ 2） 晶體管型輸出。負載電流約為 ，響應時間小于 1ms，電流小于 100μ A,擇 36V 以下的直流電源。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 （ 3） 晶閘管輸出。一般采用三端雙向晶閘管輸出，其耐壓較高，帶負載能力強，響應時間小于 1ms。但晶閘管輸出應用較小。 5 編程器 編程器主要供用戶進行輸入、檢查、調(diào)試和編輯用戶程序。用戶還可以通過其鍵盤和顯示器去調(diào)試和顯示 PLC 內(nèi)部的一些狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)控功能。一般有以下三種： （ 1） 手編程器。手編程器具有編輯、檢查和修改程序、進行系統(tǒng)設置、內(nèi)存監(jiān)控等功能，使用時與 PLC 主機相連，編程完畢就可以拔下，不但使用方便，而且一臺手編程器可供多臺主機使用。其缺點是屏幕小，只能采用助記符語言編程。手編程 器分為簡易型和智能型兩種，簡易型只能聯(lián)機編程（即編程時必須與主機相連接），而智能型即可聯(lián)機編程又可脫機編程（編程時不需要與主機相連接，待程序編制、調(diào)試好之后再輸入給主機）。手編程器適用于小型機。 （ 2） 專用編程器。 PLC 的專用編程器實際上是一臺專用的計算機，可在屏幕上用梯形圖編程，而且可以脫機編程。它的功能比較完善，能夠監(jiān)控整個程序的運行，還可以對掛在 PLC 網(wǎng)絡上的各個分站進行監(jiān)控和管理。但其價格較昂貴，且要用專門的機房，一般適用于大、中型機。 （ 3） 計算機輔助編程。許多 PLC 生產(chǎn)廠家都開發(fā)了專用的編程軟件 ，將 PLC 與計算機通過 RS232 通信口相連接（如果 PLC 用的是 RS422 通信口，則須另加適配器），就可以在計算機上采用各種編程語言編程并實現(xiàn)各種功能。 的軟件結構 PLC 的軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件主要是系統(tǒng)的管理程序和用戶指令的解釋程序，已固化在系統(tǒng)程序存儲器中，用戶不能更改。應用軟件即用戶程序，是由用戶指令根據(jù)控制要求，按照 PLC 編程語言自行編制的程序。 由于 PLC 的設計和生產(chǎn)至今尚無國際統(tǒng)一標準，因此各廠家生產(chǎn)的 PLC 所用的編程語言也不同，即并不是所有的 PLC 都支持全部 的編程語言，但梯形圖和指令表語言卻是幾乎所有類型的 PLC 都適用的。 PLC 的梯形圖是從繼電器控制電路圖演變過來的，作為一種一、圖形語言，它不僅形象直觀，還簡化了符號，通過豐富的指令系統(tǒng)可實現(xiàn)許多繼電器電路難以實現(xiàn)的功能， 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 充公體現(xiàn)了微機控制的特點，而且邏輯關系清晰直觀、編程容易、可讀性強、容易掌握，所以很受用戶歡迎，是目前使用最多的 PLC 編程語言。 （ 1）梯形圖與繼電控制電路原理圖區(qū)別。繼電器控制電路圖和 PLC 梯形圖對照，兩種圖的表達思想是相同的，但具體的表達方式及內(nèi)涵則有所區(qū)別。 1）在繼 電控制電路圖中，每個電氣符號代表一個實際的電器或電器部件，電氣符號之間的連線表示電器部件間的連接線，因此繼電器控制電路圖表示一個實際的電路；而梯形圖表示的不是一個實際的電路而是一個程序，圖中的繼電器并不是物理實體，可稱為“軟繼電器”，它實