AAI543-S50/A4S00

 plc家族PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。

PLC= Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。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生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。

另外，PLC還有以下幾個名稱：

PLC= Power Line Communication，電力線通信，即我們俗稱的“電力線上網(wǎng)”

各時期的PLC(8張)。

PLC= Public Listed Company，公開上市公司，指已經(jīng)在證券交易市場掛牌交易的上市公司。

PLC= Power-line Carrier，輸電線載波，電力線載波，電源線車。

PLC= Power Loading Control，動力負載控制。

PLC= Preparative Layer Chromatography，制備層色譜法。

PLC= Programming Language Committee，程序設計語言委員會[美]。

PLC= Phospholipase C，磷脂酶C。[1]PLC= Portevin-Le Chatelier Effect 簡稱PLC效應，是材料學科中的名詞。

編程簡介

1、PLC的基本概念

早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經(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。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數(shù)據(jù)設備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國、日本、德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。

2、PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：

a、電源

PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。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

b、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以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當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)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)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，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。

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c、存儲器

存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。

存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

d、輸入輸出接口電路

1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。

2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。

e、功能模塊

如計數(shù)、定位等功能模塊。

f、通信模塊

如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。

3、PLC的工作原理

一. 掃描技術

當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執(zhí)行上述三個階段。

（一） 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)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則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。

(二） 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)成的控制線路進行邏輯運算，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)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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備在I/O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)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(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。

在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

（三） 輸出刷新階段

當掃描用戶程序結(jié)束后，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)動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

4、PLC內(nèi)部運作方式

雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：

步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應之位置Xn。

步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。

步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。

此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。

5.PLC掃描周期（T）

掃描周期T=（輸入—點時間*輸入端子數(shù)）+（指令執(zhí)行速度*指令的條數(shù)）+（輸出一點的時間*輸出端子書）+故障診斷時間+通訊時間從上式可看出，掃描周期已經(jīng)決定了：

1.CPU執(zhí)行執(zhí)行的速度

2.執(zhí)行每條指令所占用的時間

3.程序中指令條數(shù)的多少

指令執(zhí)行所需的時間和用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行速度是有很大關系，一般來說，一個掃描的過程中，故障診斷時間，通信時間，輸入采樣和輸出刷新所占的時間較少，執(zhí)行的時間是占了絕大部分。

6、PLC的特點

PLC具有以下鮮明的特點。

（1） 功能完善，組合靈活，擴展方便，實用性強。現(xiàn)代PLC所具有的功能及其各種擴展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以方便、靈活地組成不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。[2]（2） 使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。 PLC的運用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機器設備。它能在不同環(huán)境下運行，可靠性十分強悍。

（3）安裝簡單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，寫入程序即可運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。PLC還有強大的自檢功能，這為它的維修提供了方便。

（4）抗干擾能力和可靠性能力都強，遠高于其他各種機型。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對PLC的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保證供電質(zhì)量。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨立，以免電源之間的干擾。正確的選擇接地地點和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。通過以上措施，保證了PLC能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時間長，故障修復時間短。

（5）環(huán)境要求低。PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場生存價值。

（6）易學易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備，接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，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人員所理解和掌握。