1、.PLC 的由來可編程控制器Programmable Controller是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器Programmable Logic Controller，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的開展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了防止與個人計算機Personal Computer的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。一、PLC的由來在60年代，汽車消費流水線的自動控制系統(tǒng)根本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控

2、制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著消費的開展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，非常費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即：1.編程方便現(xiàn)場可修改程序；2.維修方便采用模塊化構(gòu)造；3.可靠性高于繼電器控制裝置；4.體積小于繼電器控制裝置；5.數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6.本錢可與繼電器控制裝置競爭；7.輸入可以是交流115V；8.輸出為交流115V 2A以上能直接驅(qū)動電磁閥接觸器等；9.在擴展時原系統(tǒng)只要很小變更；10.用戶程序存儲器容

3、量至少能擴展到4K。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出第一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈敏，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品飲料冶金造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺PLC。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開場研制，于1977年開場工業(yè)應(yīng)用。二、PLC的定義PLC問世以來，盡管時間不長，但開展迅速。為了使其消費

4、和開展標準化，美國電氣制造商協(xié)會NEMANational Electrical Manufactory Association經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PCProgrammable Controller，并給PC作了如下定義"PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機假設(shè)是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。"以后國際電工委員會IEC又先后公布了PLC標準的草案第一稿，

5、第二稿，并在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)境應(yīng)用而設(shè)計的。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消費過程?？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，易于擴大其功能的原那么設(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)動才能。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一詳細工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要

6、進展選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進展設(shè)計編制。三、PLC的特點1.PLC的主要特點1高可靠性1所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。2各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。3各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。5對采用的器件進展嚴格的挑選。6良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。7大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步進步。2豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：&#8

7、226；交流或直流；&#8226；開關(guān)量或模擬量；&#8226；電壓或電流；&#8226；脈沖或電位；&#8226；強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：&#8226；按鈕&#8226；行程開關(guān)&#8226；接近開關(guān)&#8226；傳感器及變送器&#8226；電磁線圈&#8226；控制閥直接連接另外為了進步操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)部分網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3采用模塊化構(gòu)造為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC以外絕大多數(shù)PLC均采用模塊化

8、構(gòu)造PLC的各個部件包括CPU電源I/O等均采用模塊化設(shè)計由機架及電纜將各模塊連接起來系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合4編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說不需要具備計算機的專門知識因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握5安裝簡單維修方便PLC不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接即可投入運行各種模塊上均有運行和故障指示裝置便于用戶理解運行情況和查找故障由于采用模塊化構(gòu)造因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行2.PLC的功能1邏輯控制2定時控制3計數(shù)控制4步

9、進順序控制5PID控制6數(shù)據(jù)控制PLC具有數(shù)據(jù)處理才能七通信和聯(lián)網(wǎng)八其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。四、PLC的開展階段雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速開展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速開展，其開展過程大致可分三個階段：1.早期的PLC60年代末-70年代中期早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。

10、裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以進步其抗干擾的才能。在軟件編程上，采用廣闊電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式-梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言-梯形圖一直沿用至今。2.中期的PLC70年代中期-80年代中后期在70年代微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了宏大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開場采用微處理器作為PLC的中央處理單元CPU。這樣，使PLC得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、

11、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存放器，使PLC得應(yīng)用范圍得以擴大。3.近期的PLC80年代中后期至今進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速開展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當(dāng)次普遍進步。而且，為了進一步進步PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了宏大變化。五、PLC的分類1.小型PLC

12、小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、構(gòu)造緊湊，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采用模塊化構(gòu)造，其I/O點數(shù)一般在2561024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

13、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)工廠消費管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。六、PLC的根本構(gòu)造PLC本質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件構(gòu)造根本上與微型計算機一樣，如以下圖：1.中央處理單元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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O以及戒備定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC投入運行時，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

14、后從用戶程序存儲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)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)存放器內(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)或輸出存放器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停頓運行。為了進一步進步PLC的可靠性，近年來對大型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CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2.存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。1PLC常用的存儲器類型1RAMRandom Assess Memory這是一種讀/寫存儲器隨機存儲器其

15、存取速度最快由鋰電池支持。2EPROMErasable Programmable Read Only Memory這是一種可擦除的只讀存儲器在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容3EEPROMElectrical Erasable Programmable Read Only Memory這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進展修改。2PLC存儲空間的分配雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不一樣，但是根據(jù)PLC的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等用戶程序存儲

16、區(qū)1系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的性能。2系統(tǒng)RAM存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈數(shù)據(jù)存放器計時器計數(shù)器變址存放器累加器等存儲器A.I/O映象區(qū)由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元RAM以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單

17、元中的一個位bit，一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字16個bit。因此整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)模擬量I/O映象區(qū)B.系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)存放器和累加器等的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。1邏輯線圈與開關(guān)輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設(shè)，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的PL

18、C還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2數(shù)據(jù)存放器與模擬量I/O一樣，每個數(shù)據(jù)存放器占用系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中的一個字16bits。另外，PLC還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)存放器，具有不同的功能。3計時器4計數(shù)器3用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存儲容量各不一樣。3.電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著非常重要得作用。假設(shè)沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也非常重視。一般交流電壓波動在±10%±15%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。七、PLC的工作原理最初研制

19、消費的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不一樣的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即假設(shè)這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點包括其常開或常閉觸點在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。PLC的CPU那么采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即假設(shè)一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點包括其常開或常閉觸點不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種

20、不同于一般微型計算機的運行方式-掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。1.掃描技術(shù)當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣完畢后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，

21、假設(shè)輸入是脈沖信號，那么該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序梯形圖。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進展邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O

22、映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的但凡用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。3輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序完畢后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。比較下二個程序的異同：程序1程序2這兩段程序執(zhí)行的結(jié)果完全一樣但在PLC中執(zhí)行的過程卻不一樣。程序1只用一次掃描周期，就可完成對%M4的刷新；程序2要用四次掃描周期，才能完成對%M4的刷新。這兩個例子說明：同樣的假設(shè)干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，也可以看到：采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，假設(shè)掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如以以下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的