可程序邏輯控制器（PLC,，Programmable Logic Controller是以為處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置，它的應(yīng)用面廣,、功能強(qiáng)大,、已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一,。

PLC是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的一種工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：
“PLC是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算,、計(jì)時(shí),、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程,。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì),?！?/p>

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制,，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集,。傳統(tǒng)上,，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,，第二年,，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制,，這就是第一代可編程序控制器,，稱Programmable Controller(PC)。

個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)發(fā)展起來(lái)后,，為了方便,，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC),。

上世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時(shí)期,，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期,，PLC在處理模擬量能力,、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域,，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

PLC具有通用性強(qiáng),、使用方便,、適應(yīng)面廣,、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng),、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn),。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái),，是無(wú)法取代的,。

　早期的自動(dòng)控制都是以繼電器并配合計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及傳感器等控制組件以完成順序控制的目的,。

由于工業(yè)的變革,，在生產(chǎn)制造方面，傳統(tǒng)的方法已無(wú)法滿足,，因此有業(yè)者根據(jù)其需要,，訂出以下的規(guī)格，

希望有這樣的控制器,，能夠改善傳統(tǒng)的控制方式。

　　1. 編程簡(jiǎn)單方便,，可以在現(xiàn)場(chǎng)修改程序,。

　　2. 硬件維護(hù)與檢修簡(jiǎn)單。

　　3. 高度可靠性,，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,。

　　4. 體積小。

　　5. 資料之讀取和聯(lián)機(jī)容易,。

　　6. 價(jià)格具競(jìng)爭(zhēng)性,。

　　7. 擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只做很少的改變

　　基于以上之規(guī)格及廣大市場(chǎng)之需求,，促使PLC 迅速的發(fā)展,。

　　PLC 能儲(chǔ)存如順序指令、定時(shí)器指令,、計(jì)數(shù)器指令,、演算指令、數(shù)據(jù)控制指令以及通訊指令,，并借以控制工業(yè)的機(jī)械裝置及流程,。如下圖所示為PLC 在應(yīng)用方面的概念圖。

PLC 是以微處理機(jī)為基礎(chǔ),，綜合了計(jì)算器與自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制裝置,，這種控制器按照 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的定義是可程序邏輯控制器又稱為PC 或PLC。這種裝置,，內(nèi)部?jī)?chǔ)存預(yù)先編寫(xiě)相應(yīng)的程序,， 待輸入輸出連接完成之后,，PLC 運(yùn)行這個(gè)程序，便可自動(dòng)完成預(yù)定的操作,，屬于一種程序記憶型的電 子控制裝置,，亦可視為一般的繼電器或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等集合體,。

PLC 的操作模式依據(jù)所監(jiān)測(cè)的按鍵,、感應(yīng)器及開(kāi)關(guān)等等輸入信號(hào)，假如這些輸入的信號(hào)被檢測(cè)到發(fā)生改變,， 控制系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)使用者所已經(jīng)加載的程序作動(dòng)作,，產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)?！?/p>

一般PLC 有以下的功能規(guī)格,，使用者可根據(jù)該規(guī)格，評(píng)估該P(yáng)LC 是否符合所需之應(yīng)用,。

　　1. 輸入點(diǎn)數(shù)：該P(yáng)LC 能處理的信號(hào)點(diǎn)數(shù),。

　　2. 輸出點(diǎn)數(shù)：該P(yáng)LC 能控制的輸出點(diǎn)數(shù)。

　　3. 定時(shí)器數(shù)量：該P(yáng)LC 內(nèi)部仿真的定時(shí)器數(shù)量,。

　　4. 計(jì)數(shù)器數(shù)量：該P(yáng)LC 內(nèi)部仿真的計(jì)數(shù)器數(shù)量,。

　　5. PLC 支持指令：該P(yáng)LC 所能處理及涵蓋的指令范圍。

　　6. 執(zhí)行速度：PLC 執(zhí)行每個(gè)指令的執(zhí)行度,，這關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的掃描時(shí)間 (Scan-time),。

　　7. 使用者的程序空間：即PLC 程序所占有的最大空間。

　　8. 程序輸入的方式：由專有的書(shū)寫(xiě)器輸入或是由其它方式加載,。

　　9. 系統(tǒng)的擴(kuò)充性：該P(yáng)LC 可以再作哪一方面的擴(kuò)展等等,。

　　PLC 有效消除了許多傳統(tǒng)上需要以繼電器為主之系統(tǒng)的線路連接問(wèn)題，它可以很簡(jiǎn)便地根據(jù)生產(chǎn)線 的需要重新規(guī)劃控制線路,，給予一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)并且改變制造環(huán)境的彈性空間很大,。

1-2 PLC 可程控器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種,。固定式PLC包括CPU板,、I/O板、顯示面板,、內(nèi)存塊,、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體,。模塊式PLC包括CPU模塊,、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊,、底板或機(jī)架,，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

　　PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示,，其各組成部分如下：

1. 輸入單元

　　這是各種輸入信號(hào) (動(dòng)作命令信號(hào)及回授的檢測(cè)信號(hào)) 的輸入接口,，為直流輸入類型并采用光耦合隔離，可將外部信號(hào)與PLC 內(nèi)部隔離,。

2. 輸出單元

這是把PLC 處理結(jié)果即輸出信號(hào)送給控制對(duì)象的輸出點(diǎn),。輸出點(diǎn)型式有繼電器輸出及晶體 管輸出二種類型，可將PLC 內(nèi)部信號(hào)與外部負(fù)載電源隔離,。

開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分,，有220VAC、110VAC,、24VDC,，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離,。

模擬量：按信號(hào)類型分,，有電流型（4-20mA0-20mA）、電壓型（0-10V0-5V-10-10V）等,，按精度分,，有12bit14bit16bit等。

除了上述通用IO外,，還有特殊IO模塊,，如熱電阻,、熱電偶,、脈沖等模塊。

按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,，I/O模塊可多可少,，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制,。

　3. 中央處理單元 (CPU)

　CPU 是PLC 的核心,，它由控制器、運(yùn)算器所組成,。它由程序內(nèi)存中順序取出使用者的程序 指令,，并對(duì)其譯碼，根據(jù)指令功能,，發(fā)出有序的控制信號(hào),，從輸入單元或組件區(qū)讀取資料，在 運(yùn)算器中進(jìn)行處理，而后把處理結(jié)果給輸出單元存入組件區(qū),。不斷循環(huán)掃描整個(gè)程序區(qū),，實(shí)行預(yù)定的控制程序。

CPU是PLC的核心,，起神經(jīng)中樞的作用,，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù),，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí),，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等,。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),，去指揮有關(guān)的控制電路。

在使用者看來(lái),，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路,，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,，由它讀取指令,、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制,。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算,，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算,，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果,，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),，它們決定著PLC的工作速度,，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模,。

　 4. 系統(tǒng)程序區(qū)

　　PLC 核心程序儲(chǔ)存區(qū),，主要負(fù)責(zé)所有自我診斷、指令翻譯及監(jiān)督管理等功能,。

　5. 組件區(qū)

　　PLC 內(nèi)部組件有輸入繼電器X,、輸出繼電器Y、內(nèi)部輔助繼電器M,、定時(shí)器T,、計(jì)數(shù)器C、 狀態(tài)繼電器S 及資料緩存器。詳細(xì)使用方法請(qǐng)參考第二篇,。

　6. 程序內(nèi)存

　　程序內(nèi)存是用來(lái)存放使用者所輸入的程序,，DVP-PLC 采用EEPROM，不需要電池,。

　7. 電源

　　這是把外部電源轉(zhuǎn)換成PLC 內(nèi)部所需直流的電源裝置,。PLC 的外部電源輸入可接受兩種型 式，一為單相85~264VAC 50/60Hz 的交流電源,，另一為24~26V 的直流電源,。使用交流輸入的 PLC，可提供一組24V 直流電源,，供外部使用,。

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上,，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上,，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接,，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

　8. 外部設(shè)備

　　PLC 所提供的RS-232 通訊口,，主要連接程序編輯工具的掌上型書(shū)寫(xiě)器,、個(gè)人計(jì)算機(jī)。

　　 □掌上型書(shū)寫(xiě)器

　　掌上型書(shū)寫(xiě)器（以下簡(jiǎn)稱HPP）,，其基本功能為輸入,、修改、檢查及顯示使用者程序,，輔助功能有監(jiān)視程序運(yùn)行情況或顯示錯(cuò)誤訊息等,。內(nèi)部程序可斷電保持三天以上。

　9. 其它系統(tǒng)連接

　　PLC 系列主機(jī)具備內(nèi)建通訊控制功能,，在遠(yuǎn)距離控制及聯(lián)機(jī)控制具有其特殊之方便性,，尤 其若采用變頻器,，使用RS-485 通訊機(jī)能,，其內(nèi)建的便利指令可輕易達(dá)到變頻器

的通訊控制應(yīng)用，無(wú)需另購(gòu)連接組件,。

編程設(shè)備：編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用,、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件,，用于編程,、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行,。小編程器PLC一般有手持型編程器,，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī),。

人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕,，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及,。

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集,、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此,，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著,，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說(shuō)法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能,，它使PLC與PLC 之間,、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體,，實(shí)現(xiàn)分散集中控制,。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口,。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口(MPI)的數(shù)據(jù)通訊,、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則

最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求,。

在滿足控制要求的前提下,，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì),、使用和維護(hù)方便,。

保證控制系統(tǒng)安全可靠。

考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量,。

PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成,。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序,、診斷程序等,，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言,，診斷機(jī)器故障,。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù),。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求,，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制,。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序,，我們就是使用STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制,，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。

標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是最常用的一種語(yǔ)言,，它有以下特點(diǎn)：

它是一種圖形語(yǔ)言,，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈,、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成,，左右的豎線稱為左右母線。

梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉,，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器,、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。

梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串,、并聯(lián),，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。

內(nèi)部繼電器,、計(jì)數(shù)器,、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用,。

PLC是按循環(huán)掃描事件,，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用,。