【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 1968 年美國(guó)通用汽車公司（ ）為了 適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的 “ 自然語(yǔ)言 ” 進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司 的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制 ,通常稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）。隨著 微電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到 PLC 中，使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 20 世 紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 16 位和32 位微處理器應(yīng)用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。 PLC 不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使 PLC 真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。 PLC 的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個(gè)階段： 1970— 1980 年： PLC 的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于 PLC 剛誕生，各種類型的順序控制器不斷 出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有 PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場(chǎng)的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展 .推廣。 PLC 的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟， PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。 1980— 1990 年： PLC的普及階段。在這一階段， PLC 的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC 被迅速普及。各 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格 .品種開始系列化，并且形成了固定 I/O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。 PLC 的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 小型 PLC 系列產(chǎn)品 ,K/A 系列中、大型 PLC 產(chǎn)品等。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1990— 2021 年， PLC 的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步， PLC的功能日益增強(qiáng)， PLC 的 CPU 運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)， PLC 的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場(chǎng)控制拓展。此外， PLC 的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化 PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX 小型 PLC 系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A 系列中，大型 PLC 系列產(chǎn)品等。 2021 年至今： PLC 的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動(dòng)化的需要， PLC 的各種功能不斷進(jìn)步。一方面， PLC 在繼續(xù)提高 CPU 運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適用于過程控制，運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使 PLC 的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。與此同時(shí)， PLC 的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展， PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入 /輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX小型 PLC 系列產(chǎn)品（包括最新的 FX3u 系列產(chǎn)品）， Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列產(chǎn)品等 。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看， PLC 發(fā)展趨勢(shì)仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。 ①體積小型化。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)代 PLC 無(wú)論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的 PLC 有了很大的不同， PLC 體積被大幅度縮小。 ②性能的提高。 PLC 的性能主要包括 CPU 性能與 I/O 性能兩大方面。 可編程序控制器在我國(guó)的發(fā)展 狀況如下： (1) 我國(guó)可編程序控制器的發(fā)展與國(guó)際上的發(fā)展有所不同，國(guó)際 上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國(guó)則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。大致可劃分為下述三個(gè)階段： ① 可編程序控制器的初級(jí)認(rèn)識(shí)階段（ 70 年代后期到 80 年代初期）國(guó)際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國(guó)內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國(guó)對(duì)可編程序控制器的認(rèn)識(shí)始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中，當(dāng)時(shí)的上海寶鋼一期工程中有多項(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)型約 200 多臺(tái)可編程序控制器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個(gè)鋼 鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)，并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統(tǒng)。繼寶鋼一期工程后，國(guó)內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器，其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域。正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中，我們打開了眼界，了解認(rèn)識(shí)了可編程序控制器，這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國(guó)的發(fā)展。 ② 可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段（ 80 年代初期到 90年代初期） 80年代初期開始，隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，在成套設(shè)備引進(jìn)的同時(shí)，國(guó)外原裝的可編程序控制器開平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 始涌 入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。許多部門和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計(jì)組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域。 ③ 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（ 90 年代初期到現(xiàn)在） 進(jìn)入 90 年代，我國(guó)的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (2)政府重視 可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視，在當(dāng)時(shí)機(jī)械電子工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，于 1991 年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會(huì)?？删幊绦蚩刂破餍袠I(yè)協(xié)會(huì)在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用，溝通了情況，為做出決策 提供了依據(jù)。同時(shí)可編程序控制器的標(biāo)準(zhǔn)化工作也受到了有關(guān)部門的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，為我國(guó)可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 PLC 的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域、分類及程序語(yǔ)言 1 PLC 的特點(diǎn) （ 1）．可靠性高，抗干擾強(qiáng) （ 2）．功能強(qiáng)大，性價(jià)比高 （ 3）．編程簡(jiǎn)易，現(xiàn)場(chǎng)可修改 （ 4）．配套齊全，使用方便 （ 5）．壽命長(zhǎng)，體積小，能耗低 （ 6）．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便。 2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用 受到限制。但最近十多年來， PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得 PLC 的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增強(qiáng)，它也能解決復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、 石油 、化工、 電力 、 機(jī)械制造 、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 PLC 的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?5 種類型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合 PLC 使用的領(lǐng)域。它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。 PLC 應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 (2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多 數(shù)情況下， PLC 把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。 （ 3）過程控制 PLC 還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。PID 模塊提供了使 PLC 具有閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)， PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 上。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNC 和 NC 系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處 理工作。 （ 5）通信網(wǎng)絡(luò) PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺(tái) PLC 之間的通信、 PLC 和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制系統(tǒng)。 2 PLC 在我國(guó)的應(yīng)用 雖然我國(guó)在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬(wàn)臺(tái)套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 在我國(guó)，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC 銷售額占整個(gè) PLC 的 47%， 64點(diǎn) ~256 點(diǎn)的占31%，合計(jì)占整個(gè) PLC 銷售額的 78%。 3 PLC 的分類 PLC 按結(jié)構(gòu)可分為整體式和模塊式。整體式的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，適合常規(guī)電氣控制。整體式的 PLC 也稱為 PLC 的基本單元，在基本單元的基礎(chǔ)上可以加裝擴(kuò)展模塊以擴(kuò)大使用范圍。模塊式是把 CPU、輸入接口、輸出接口等做成獨(dú)立的單元塊，具有 配置靈活、組裝方便的優(yōu)勢(shì)，適合輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)差異較大的控制系統(tǒng)。 PLC 按輸入 /輸出接口（ I/O 接口）總數(shù)的多少可分為微型機(jī)、小型機(jī)、中型機(jī)和大型機(jī)。I/O 點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)為微型機(jī)； I/O點(diǎn)數(shù)在 64 至 128 點(diǎn)為小型機(jī)； I/O 點(diǎn)數(shù)在 129至 512 點(diǎn)為中型機(jī)； I/O 點(diǎn)數(shù)在 512 點(diǎn)以上為大型機(jī)。 PLC的 I/O 接口數(shù)越多，其儲(chǔ)容量也越大，價(jià)格也越貴，因此，在設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)盡量減少使用 I/O 接口的數(shù)量。 4 PLC 的程序語(yǔ)言與編程工具 PLC 程序可以用梯形圖語(yǔ)言或指令表語(yǔ)言編寫。由于梯形圖與繼電器電路原理圖非常接近，因 此直觀易學(xué)。指令表語(yǔ)句類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言需要轉(zhuǎn)換為指令表語(yǔ)句后才能執(zhí)行，這個(gè)轉(zhuǎn)換可由編程軟件自動(dòng)完成。 PLC 常用的編程工具如下。 （ 1）手持編程器。不同類型或型號(hào)的 PLC 只能使用專業(yè)的手持編程器，一般供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序用。優(yōu)勢(shì)是攜帶方便，缺點(diǎn)是一般手持編程器只能編寫指令表語(yǔ)句。編程軟件。計(jì)算機(jī)配套平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 相應(yīng)的軟件后，便可以對(duì)不同類型或型號(hào)的 PLC 進(jìn)行編程。程序軟件可以使用梯形圖或指令表語(yǔ)言編程，還可以對(duì)程序進(jìn)行仿真測(cè)試或運(yùn)行監(jiān)控存儲(chǔ)和修改程序也非常方便。 PLC 編程語(yǔ)言與編程結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代的 PLC 一 般備有多種編程語(yǔ)言，供用戶使用。但不同廠家的 PLC 的編程語(yǔ)言有很大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語(yǔ)言和查找故障的方法。因此， IEC（國(guó)際電工委員會(huì)） 1994年 5 月公布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（ IEC1131）。該標(biāo)準(zhǔn)由以下 5 部分組成：通用信息、設(shè)備與測(cè)試要求、 PLC 的編程語(yǔ)言、用戶指南和通訊。由其制定的編程語(yǔ)言即滿足目前市場(chǎng)的要求，又適應(yīng)未來技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)， IEC1131— 3詳細(xì)說明了句法、語(yǔ)義和下述 5種 PLC 編程語(yǔ)言（見圖 4）的表達(dá)方式： 順序功能圖 梯形圖 功能塊圖 指令表 文本結(jié)構(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形 語(yǔ)言 —— 梯形圖（ LD）和功能塊圖（ FBD），還有兩種文字語(yǔ)言 —— 指令表（ IL）和結(jié)構(gòu)文本（ ST），可以認(rèn)為順序功能圖（ SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。 順序功能圖（ SFC） SFC提供了一種組織程序的圖形方法，在 SFC中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作（ Action）是 SFC中的三種主要元件（見圖 5）。步是一種邏輯塊，即對(duì)應(yīng)于特定的控制任務(wù)的編程邏輯；動(dòng)作是控制任務(wù)的獨(dú)立部分；轉(zhuǎn)換是從一個(gè)任務(wù)到另一個(gè)任務(wù)的原因。 作為梯形圖語(yǔ)言， SFC 提供用戶了以上三種基本結(jié)構(gòu)（見圖 5）。在順序結(jié)構(gòu)中， CPU首 先反復(fù)執(zhí)行 1中的動(dòng)作，直到轉(zhuǎn)換 1變?yōu)?“ 1” 狀態(tài)， CPU 才處理第 2步。在選擇支路中，取決于哪一個(gè)轉(zhuǎn)換是活動(dòng)的， CPU 只執(zhí)行一條支路。在并行支路中，所有的支路被同時(shí)執(zhí)行。 對(duì)于目前大多數(shù) PLC來說， SFC還僅僅作為組織編程的工具使用，尚需用其它的編程語(yǔ)言（如梯形圖）將它轉(zhuǎn)換為 PLC可執(zhí)行的程序。因此，通常只是將 SFC作為 PLC的輔助編程工具，而不是一種獨(dú)立的編程語(yǔ)言。 梯形圖 (LD) 梯形圖是使用得最多的