【文章內(nèi)容簡介】 能對(duì)其下一個(gè)十分確切的定義。1987 年 2 月，國際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì)可編程控制器 （ PLC） 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存 儲(chǔ)程序 .執(zhí)行邏輯運(yùn)算 .順序控制 .定時(shí) .計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等 指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入 /輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體 .易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。 三 .PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī) 相同，如 圖 所示 ： 圖 PLC 硬件結(jié)構(gòu) （ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源 .存儲(chǔ)器 .I/O 以 及警戒定時(shí) 器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤，當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程 序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行 。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性， 靈活性， 近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。 CPU 常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型 PLC 的 CPU 多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫?CPU。大型 PLC 的 CPU 多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。 I/O 接口電路 （ 1）輸入接口單元。 PLC 內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開關(guān) .按鈕 .傳感器等）提供的 .符合 PLC 輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光耦電路送至 PLC內(nèi)部電路。 （ 2）輸出接口單元。 PLC 輸出電路用來將 CPU 運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控 負(fù)載（電磁鐵 .繼電器 .接觸器線圈等）。 PLC 輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式 、 晶閘管式和晶體管輸出型等三種。 在繼電器式輸出中， CPU 可以根據(jù)程序執(zhí)行 的結(jié)果，使 PLC 內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過繼 電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交 .直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是過載能力強(qiáng)，交 .直流負(fù)載皆宜。但存在動(dòng)作速度較慢，且為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，使用壽命有限等問題。 雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動(dòng)交 .直流負(fù)載的能力。晶閘管輸出型 CPU 通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型 CPU 通過光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無觸點(diǎn)開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出 電路形式，各類 PLC 產(chǎn)品的輸入 .輸出電路結(jié)構(gòu)形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。 PLC 接口電路分為 I/O 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類 （ 1） I/O 擴(kuò)接口電路 I/O 擴(kuò)展接口電路用連接 I/O 擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)和增加模濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 擬量的 I/O 端子。 I/O 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。 根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入 .輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 （ 2） 外設(shè)通信接口電路 通信接口電路用于連接手持編程器或 其他圖形編程器 .文本顯示器，并能組成PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。 PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485 接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程 .監(jiān)控 .聯(lián)網(wǎng)等功能。 PLC 內(nèi)部配有一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流 /直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電源需要 的 工作 電源 （ 5V 直流）。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供 24V 直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。 四 .PLC 的特點(diǎn) PLC 的功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具備很多功能，如時(shí)序 .計(jì)數(shù)器 .主控繼電器 .移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實(shí)現(xiàn) 延時(shí) 、 鎖存 、 比較 、 跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制 I/O 等功能。 PLC 不僅可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算 、 顯示 、 監(jiān)控 、 打印及報(bào)表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。 PLC 能夠適應(yīng)各種形式的開關(guān)量和模擬量的輸入控制 .輸出控制，還可以和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng) .控制設(shè)備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送 .矩陣運(yùn)算 .閉環(huán)控制 .排序與查表 .函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。 PLC 的編程語言豐富，它可以分為梯形圖語言 .邏輯功能語言 .指令表 .和順序功能四種。特別是梯形圖語言，它直觀 .方便，我們只要有了通常的繼電接 觸器電路圖 .邏輯圖或邏輯方程，就等于它有了 PLC 系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術(shù)人員操作和使用。 PLC 不需要像用計(jì)算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。 PLC 的輸入接口和 輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連的接口。如輸入借口可以與各種開關(guān) .傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器 .接觸器 .電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡單。 PLC具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器 .監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì) PLC 的遠(yuǎn)行狀濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。 定可靠 由于 PLC 采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作有無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，同時(shí)還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時(shí)間在 2 萬小時(shí)以上。特別是在制造工藝上加強(qiáng)了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離 PLC 內(nèi)部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號(hào)引起的誤動(dòng)作。 PLC 還采用屏蔽，輸入延時(shí)濾波等軟 、 硬件措施，有效的防止空間電磁干擾，特別多高頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了 PLC 在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠(yuǎn)行。 織靈活 可編程控制器品種很多 ,小型 PLC 為整體結(jié)構(gòu)，并外接 I/O 擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)成 PLC控制系統(tǒng)。中大型 PLC 采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開關(guān)量 .模擬量輸入 /輸出模塊 .位控模塊 .伺服 .步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬接線系統(tǒng)，但當(dāng)受控對(duì)象的控制要求改變時(shí)，可以在線使用編程器 進(jìn)行 修改用戶 程序來滿足新的控制要求，最大限度地縮短工藝更新所需要的時(shí)間 。 PLC 工作原理 一 ． 循環(huán)掃描的特點(diǎn) 寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí) 行過程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變， CPU 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。 ，讀輸入 、 輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 、 修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 ，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段， CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段， CPU 按照先左后右 、 先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映 象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 二 ． PLC 中的存儲(chǔ)器 PLC 中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 .用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 。 。 PLC 的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了 PLC 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 PLC 的編程語言 PLC 是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定 有其專用的語言。 PLC 的編程語言有多種，如梯形圖 、 語句表 、 功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象 .直觀的優(yōu)點(diǎn)；語句表編程語言類似計(jì)算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是 PLC 用戶程序的基礎(chǔ)元素。 PLC 的分類及性能指標(biāo) 一 .按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類 （ I/O 點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)） 典型的小型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7200 系列 。 （ I/O 點(diǎn)數(shù)在 256— 1024 之間） 典型的中型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7300 系列 、 OMRON 公司的 C200H 系列。