可編程控制器（PLC）的原理與應用概述自1969年以來,美國數(shù)字設備公司研制并開發(fā)了第一臺plc?；诋敃r的制造技術,它主要是通過分立式元件及中小型的集成電路等方式完成一些簡易的功能。在20世紀70年代微處理器的出現(xiàn)后,plc技術被推廣并且已經(jīng)引進到許多新型功能的改善中。為了更好地適應大多數(shù)電工的讀書寫作習慣,PLC采用了類似于相關觸點的比例圖作為主要編程語言。構成計算和處理的存儲單元稱為繼電器。我國從1970年代中期開始引入PLC技術?，F(xiàn)在我們的國家已經(jīng)成長為生產(chǎn)一些中小型產(chǎn)品。例如，上海東吳電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列，DKK系列和D系列是杭州機械工具廠生產(chǎn)的電器。在產(chǎn)品開發(fā)中，隨著計算機技術的發(fā)展，PLC將獲得越來越多的應用，一些學者認為它可以代替PC。在這些年的發(fā)展中，可能會有激烈的國際競爭，一些國際市場品牌將被壟斷，形成一種標準的語言。可編程控制器是微計算機技術和傳統(tǒng)尋呼控制技術的結合。它是一種基于順序控制模塊的新型控制單元。它是基于特殊微處理器和數(shù)字控制核心的計算機。繼電器控制系統(tǒng)是過去一種被廣泛采用的連接式繼電器控制連接裝置，因為該繼電器簡單實用。但是,考慮到設備的體積大,工作緩慢和功能受限,很難控制復雜的系統(tǒng),特別是當設計過程發(fā)生改變時,必須進行重新設計和再次設計，接線,組裝和調試。程序設計主要是根據(jù)生產(chǎn)過程的要求，以現(xiàn)場可編程控制器的信號和元件的比較為基礎，根據(jù)程序設計思想，畫出流程圖，然后畫出梯形圖基于編程指令的程序類型和程序注釋在實際應用plc技術進行編程中,我們需要注意以下幾點:首先就是仔細地分析各種機械手的操作和控制性能要求,并以各種功能流程圖形式來充分地表達出該程序的設計理念,為編程提供充足的準備。二,根據(jù)現(xiàn)場輸出信號和plc外部電路進行接線,流程圖進行編程;第三個特點就是嚴格按照梯形圖和指令語句列表的格式和規(guī)則,編寫程序。1.1可編程控制器的基本原理作為小型工業(yè)控制計算機，PLC的工作過程如圖4.3所示。工作模式是定期掃描，掃描周期是控制過程的重要指標，所需時間決定了控制速度。整個系統(tǒng)業(yè)務流程大致來說可以劃分為三個30個主要步驟:進出輸入數(shù)據(jù)處理,實施業(yè)務流程和進入輸出數(shù)據(jù)處理。完成這三個連續(xù)掃描工作階段的每個工作被系統(tǒng)稱為一個plc的連續(xù)掃描工作周期,在整個系統(tǒng)工作程序運行期間,plc以一定的連續(xù)掃描時間和一定速度運動來不斷重復這三個掃描周期。圖2-1PLC基本原理(1)輸入采樣該階段可編程控制器將輸入數(shù)據(jù)掃描后讀入，并將其存儲于輸入映像區(qū)的相應元件內部。之后可編程控制器會將輸入數(shù)據(jù)轉入程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。在這兩個階段中即使輸入數(shù)據(jù)有所變化,映像區(qū)相應單元中的數(shù)據(jù)也會保持不變，但是當輸入信號是脈沖信號時,只有信號寬度大于可編程控制器一個掃描周期的信號才能被讀入。(2)用戶程序執(zhí)行此階段的可編程控制器根據(jù)自上而下的次序對程序執(zhí)行了一個掃描。具體是在掃描每-條應用程序時又依次從左到右,自上而下的順序對控制線路的每-一個觸點進行邏輯運算,接著依據(jù)該運算結果刷新隨機存取存儲器及輸入/輸出映像區(qū)相應的狀態(tài),并且與之對應的功能指令也會跟著刷新。(3)輸出刷新可編程掃描控制器在整個軟件系統(tǒng)執(zhí)行程序中的掃描操作完成后立刻自動進入該系統(tǒng)操作執(zhí)行階段,期間中央處理器根據(jù)一個系統(tǒng)輸入/驅動輸出電路映像控制區(qū)內的一個相應輸入狀態(tài)和相關數(shù)據(jù),刷新整個系統(tǒng)輸出輸入電路,并通過該輸出電路接口來同時驅動其他電路相應的外部控制裝置。1.2可編程控制器的應用領域因價格因素在可編程控制器初期初期并沒有得到廣泛的應用,在最近十年間因其處理器芯片及相關元器件價格的大幅度下降及可編程控制器功能的增強使其應用領域越來越廣泛。目前，可編程控制器被越來越多的應用于鋼鐵、石油、采礦、汽車、紡織、化工、機械、環(huán)保等領域?？傮w而言,可編程序的控制器主要被廣泛地應用在這幾個領域。1、順序控制領域作為繼電器的一個替代品,可編程控制器已經(jīng)在順序自動化控制中得到了最大范圍內的應用。主要適合于諸如設備裝配、電鍍生產(chǎn)線等生產(chǎn)流水線控制;印刷機械、注塑機械等單機控制;磨床、組合機床等多機控制。2、運動控制領域可編程控制器以其價格的低廉性、速度的快捷性及操作的方便性越來越多的用于位置控制模塊中?？删幊炭刂破鲗⒛繕宋恢玫臄?shù)據(jù)輸入模塊，并通過位置模塊輸出適當?shù)乃俣?，并保持一定的加速度進而保證了運動的平滑性。3、過程控制領域可編程控制器能控制諸如壓力、溫度、速度、液位及流量等大量的過程參數(shù)，并且通過其PID模塊還能實現(xiàn)閉環(huán)控制,更重要的是即使變量有一定的偏差，通過該模塊也可以控制算法，進而輸出正確的計算結果，從而將變量控制在設定值上。4、數(shù)據(jù)控制領域可編程控制器還可以廣泛的應用于數(shù)控加工領域,用于完成機械加工過程中數(shù)據(jù)的控制。5、通信控制領域可編程控制器不僅能夠同時實現(xiàn)多臺可編程控制器之間的相互通訊、主機和遙控器遠程輸入或者是是輸出設備之間的通訊及其與電腦、數(shù)控設備等各種智能化設備之間的通訊,還可以同時聯(lián)合其它各種智能化設備構建分散控制的系統(tǒng),以便于完成"分散控制、集中管理"。1.3可編程控制器系統(tǒng)組成可編程控制器的各個組成部分如下所示:1、中央處理單元（CPU)中央處理控制單元(cpu)由兩個同時集成在同一處理芯片內的中央計算機、控制器及其數(shù)據(jù)寄存器三個子部分共同組成,并通過一個相應的地址總線、數(shù)據(jù)總線和一個相應的輸入控制輸出總線連接來分別實現(xiàn)與處理輸入/控制輸出的網(wǎng)絡接口和數(shù)據(jù)存儲器之間的數(shù)據(jù)連接。2、存儲器可編程控制器分為:只讀存儲器、隨機存取存儲器、可電擦除的只讀存儲器與可編程的只讀存儲器四種，其存儲器結構由用戶存儲器與系統(tǒng)存儲器組成。用戶存儲器由用戶數(shù)據(jù)存儲器及用戶程序存儲器組成。前者用于存放用戶程序中所用原件的數(shù)據(jù)、數(shù)值等信息;后者用于存放使用可編程控制器針對不同的命令所編寫的用戶程序。系統(tǒng)存儲器主要由系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標準程序與系統(tǒng)調用組成,其中系統(tǒng)管理程序的質量對可編程控制器的性能的好壞起決定性作用。該存儲器用于存放可編程控制器的系統(tǒng)程序,并且用戶無法直接更改固化在只讀存儲器內的系統(tǒng)程序。3、輸入/輸出模塊輸入模塊和輸出模塊都是由接口電路和映像寄存器兩部分組成。前者主要用于處理數(shù)字量、模擬量等輸入信號，并對其進行轉換、隔離、濾波等處理，并將其平穩(wěn)地傳輸至可編程控制器內部。而后者主要用于將程序的運算結果傳輸至可編程控制器的外部。除此之外，該模塊還有隔離可編程控制器外部元件與內部電路及放大功率的作用。4、電源可編程控制器外部電源為220V的交流電源，而可編程控制器的內部元件則使用5v、12V、24V的直流電源。5、接口模塊通過接口模塊可以把可編程控制器的基本元件與其功能模塊連接起來,以實現(xiàn)對不同系統(tǒng)的控制，從而使可編程控制器配置更加靈活。6、通信接口利用通信接口可編程控制器可實現(xiàn)與計算機、打印機或者其他可編程控制器等之間的