发表于：2005/4/11 13:17:00
#0楼
关于PLC的简单介绍
摘要： PLC（可编程序控制器）近年来在工业控制中应用极为普遍，其作为微机与工业控制的理想组合，在工业控制中占有十分重要的作用，本文对其产生、应用发展、特点、系统组成、工作原理以及编程语言等方面作了较为系统的介绍。
关键词：PLC；系统；原理；介绍
1．综述
PLC（Programmable Logicao Controller）意为可编程程序控制器，其产生于1969年，由美国数据设备公司（DEC）研发并成功应用于美国通用汽车公司（GM）的汽车生产线上，其首次将工业控制用继电器的简单易懂、使用方便、价格低廉等优点与计算机的功能完善、临活性、通用性好优点结合起来，首次将继电器的硬接线逻辑通过计算机编程来实现。随着CPU与微型计算机技术的不断发展，PLC不断向着高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能的方向发展，并且由于其专为工业环境设计，具有很强的抗干扰能力和适应能力，被广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、汽车、纺织、娱乐、环保等行业，在工业自动控制领域发挥着不可替代的作用。
2．定义及特点
关于PLC，国际电工委员会（IEC）曾于1987年作如下定义：
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”
通过其定义，可以看出PLC有以下特点：
1. 它应直接应用于工业环境,与普通微机控制系统相比须有很强的抗干扰能力和广泛的适应能力。
2. 它是“数字运算的电子系统”，也是一种计算机，编程方便。
3. 它具有“数字量和模拟量输入输出”能力，并且容易“与工业控制系统联成一体”，具有很强的通用性和实际操作性。
4. 它具有“逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算”等功能，同时加上相关外设，还可以实现模拟运算、显示、监控、报表生成等功能，并且可以与其他微机联机实现控制，功能极为完善。
5. 由于它是通过程序完成控制任务的，并采用了方便用户的工业编程语言，具有强制和防真的功能，故其设计、修改和调试都很方便，大大缩短了设计和投运周期。
6. PLC体积小，质量轻，便于安装。其输入/输出系统能直观的反映现场信号的变化，并通过各种方式反映系统的运行状态，非常便于运行和维护人员对系统进行监护。
3．应用与发展
由于PLC在工业控制中的重要地位，日、法、德等国相继研制出了各自的PLC。其随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，现在的PLC产品中已使用16位、32位高性能微处理器，且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使其应用得到了更大的发挥。
其发展可概括为以下几点：
1． 向小型化、专用化，低成本发展；
2． 向大容量、高速度发展；
3． I/O（输入/输出）模块向智能化发展，可以实现模拟量I/O、条形码阅读、热电阻输入、通信等功能的模块均以有应用；
4． PLC的编程直接在微机上实现，绝大多数厂商均开发有可以在微机上直接使用的编程软件，并且具有极强的调试和监控功能，以应对客户的需要；
5． PLC通信的简单化，PLC的通信联网功能使之能与个人计算机及其他智能控制设备交换数字信息，实现分散控制和集中管理，并可以通过Modem和互联网与其他地方的计算机通信。且厂商对通信编程进行了完善的设计，用户只需作一些初始化设置即可使用。
PLC的初期由于价格较高使其应用受到限制，但近年来随着一方面微处理器等相关元件的价格下降，另一方面PLC功能的大大增强，使之广泛应用于采矿、钢铁、水泥、石油、汽车、纺织、娱乐、环保等行业，其应用范围大致可分为5种类型。
1． 顺序控制，以此来代替传统的继电器顺序控制，如机床、装配生产线等；
2． 运动控制，通过将目标位置的数据送给模块，来将控制对象送至目标位置并保持适当的速度，确保运动平滑；
3． 过程控制，具有闭环控制功能的PLC可用与过程控制，当某个控制变量出现偏差时，PLC会计算正确的输出，把变量保持在恒定值，可控制温度、流量、压力、液位等参数；
4． 数据处理，PLC可将反馈的相关参数加以计算，及时进行调节和向外围设备输出（如计算机、变频器等）；
5． 通信网络，PLC的通信包括主机与远程I/O的通信、PLC相互的通信及与其他智能设备的通信，利用通信来实现“集中管理，分散控制”。
4．PLC系统组成
目前,世界上共有200多个厂家生产PLC,较著名的有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SUNSUNG）、LG等，种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。PLC专为工业现场应用设计，采用了典型的计算机结构，主要由CPU、电源、存储器、和专门设计的输入/输出接口电路组成。现逐一说明如下：
1． 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，它们都集成在芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出借口电路相连接。
CPU的主要任务有控制用户程序和数据的接收与存储；扫描I/O部件工作状态和数据并存入存储器中；诊断PLC的电路故障和编程语法错误；运行时，读取用户指令并进行运算；根据运算结果控制输出部件进行输出控制或实现制表、通信等功能。
CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。
2． 存储器
PLC的存储器分系统存储器和用户存储器两部分。
系统存储器存放系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改，其内容包括三部分：
①系统管理程序：控制PLC运行，使之正常工作。
②用户解释程序：将PLC的编程语言变成机器语言指令，再由CPU执行。
③标准模块与系统调用：包括各种不同功能的子程序及调用程序，如输入、输出及特殊运算等子程序。这部分程序的多少决定了PLC功能的多少。
用户存储器包括程序区和存储区两部分。程序区用来存放用户用PLC编程语言编写的用户程序，数据区用来记录程序使用器件的开关状态和数值、数据等。
3． 输入/输出单元
PLC的输入和输出信号可以是开关量、模拟量和数字量。其可以分为两部分，一是与被控设备连接的接口电路，一是输入和输出的映像寄存器。
输入设备接受用户设备的各种控制信号，如限位开关、按钮等其他设备的信号。通过接口电路把信号转化为CPU能识别和处理的信号，并存入输入映像寄存器。运行时，CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，接口电路将原来的弱点信号转换为现场需要的信号，以驱动相关执行元件。
4． 电源部分
PLC一般使用220V的交流电源，其内部有开关电源为CPU、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源。
5． 扩展接口
将扩展单元及功能模块与基本单元相连，以满足不同需要。
6． 通信接口
PLC通过通信接口可与打印机、监视器、触摸屏等设备连接通信。
7． 编程工具
PLC一般配有可以直接联机使用的手持编程器，也有可以直接在PC上运行的编程软件包，相比较而言，编程软件功能更全面、编程更方便，受到了广大用户的欢迎。
8． 其他部件
有些PLC还配有EPROM写入器、存储卡等外部设备。
5.PLC的工作原理
PLC是一种工业控制计算机，所以它的工作原理是建立在计算机工作原理之上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，概括而言，PLC是按照集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式来工作的。其工作过程可用图（2）的运行框图来表示。整个过程可分为三部分。
1．上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。
2. 扫描过程。上电处理完成后进入扫描过程。先完成输入处理，在依次完成与其他外设的的通信、时钟更新、特殊寄存器更新等任务。
3．出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断，来确定自身动作是否正常，如果检查出异常，会出现相应出错指示，如出现致命错误，CPU将停止工作。
6． PLC的编程语言
PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户的需要。PLC提供的编程语言通常有梯形图、语句表、功能图和功能块图四种。其中梯形图是从继电器控制系统原理图演变而来，有一定电工基础的人略加熟悉都能看懂，所以比较常用。语句表相当于助记符，是PLC最基本的编程语言。功能图是一种图形化的编程方法，对较为复杂的系统编程时，比较明了。功能块图利用盒指令来代替梯形图中的触点和线圈，有利于对程序的分析和跟踪.
摘要： PLC（可编程序控制器）近年来在工业控制中应用极为普遍，其作为微机与工业控制的理想组合，在工业控制中占有十分重要的作用，本文对其产生、应用发展、特点、系统组成、工作原理以及编程语言等方面作了较为系统的介绍。
关键词：PLC；系统；原理；介绍
1．综述
PLC（Programmable Logicao Controller）意为可编程程序控制器，其产生于1969年，由美国数据设备公司（DEC）研发并成功应用于美国通用汽车公司（GM）的汽车生产线上，其首次将工业控制用继电器的简单易懂、使用方便、价格低廉等优点与计算机的功能完善、临活性、通用性好优点结合起来，首次将继电器的硬接线逻辑通过计算机编程来实现。随着CPU与微型计算机技术的不断发展，PLC不断向着高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能的方向发展，并且由于其专为工业环境设计，具有很强的抗干扰能力和适应能力，被广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、汽车、纺织、娱乐、环保等行业，在工业自动控制领域发挥着不可替代的作用。
2．定义及特点
关于PLC，国际电工委员会（IEC）曾于1987年作如下定义：
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”
通过其定义，可以看出PLC有以下特点：
1. 它应直接应用于工业环境,与普通微机控制系统相比须有很强的抗干扰能力和广泛的适应能力。
2. 它是“数字运算的电子系统”，也是一种计算机，编程方便。
3. 它具有“数字量和模拟量输入输出”能力，并且容易“与工业控制系统联成一体”，具有很强的通用性和实际操作性。
4. 它具有“逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算”等功能，同时加上相关外设，还可以实现模拟运算、显示、监控、报表生成等功能，并且可以与其他微机联机实现控制，功能极为完善。
5. 由于它是通过程序完成控制任务的，并采用了方便用户的工业编程语言，具有强制和防真的功能，故其设计、修改和调试都很方便，大大缩短了设计和投运周期。
6. PLC体积小，质量轻，便于安装。其输入/输出系统能直观的反映现场信号的变化，并通过各种方式反映系统的运行状态，非常便于运行和维护人员对系统进行监护。
3．应用与发展
由于PLC在工业控制中的重要地位，日、法、德等国相继研制出了各自的PLC。其随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，现在的PLC产品中已使用16位、32位高性能微处理器，且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使其应用得到了更大的发挥。
其发展可概括为以下几点：
1． 向小型化、专用化，低成本发展；
2． 向大容量、高速度发展；
3． I/O（输入/输出）模块向智能化发展，可以实现模拟量I/O、条形码阅读、热电阻输入、通信等功能的模块均以有应用；
4． PLC的编程直接在微机上实现，绝大多数厂商均开发有可以在微机上直接使用的编程软件，并且具有极强的调试和监控功能，以应对客户的需要；
5． PLC通信的简单化，PLC的通信联网功能使之能与个人计算机及其他智能控制设备交换数字信息，实现分散控制和集中管理，并可以通过Modem和互联网与其他地方的计算机通信。且厂商对通信编程进行了完善的设计，用户只需作一些初始化设置即可使用。
PLC的初期由于价格较高使其应用受到限制，但近年来随着一方面微处理器等相关元件的价格下降，另一方面PLC功能的大大增强，使之广泛应用于采矿、钢铁、水泥、石油、汽车、纺织、娱乐、环保等行业，其应用范围大致可分为5种类型。
1． 顺序控制，以此来代替传统的继电器顺序控制，如机床、装配生产线等；
2． 运动控制，通过将目标位置的数据送给模块，来将控制对象送至目标位置并保持适当的速度，确保运动平滑；
3． 过程控制，具有闭环控制功能的PLC可用与过程控制，当某个控制变量出现偏差时，PLC会计算正确的输出，把变量保持在恒定值，可控制温度、流量、压力、液位等参数；
4． 数据处理，PLC可将反馈的相关参数加以计算，及时进行调节和向外围设备输出（如计算机、变频器等）；
5． 通信网络，PLC的通信包括主机与远程I/O的通信、PLC相互的通信及与其他智能设备的通信，利用通信来实现“集中管理，分散控制”。
4．PLC系统组成
目前,世界上共有200多个厂家生产PLC,较著名的有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SUNSUNG）、LG等，种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。PLC专为工业现场应用设计，采用了典型的计算机结构，主要由CPU、电源、存储器、和专门设计的输入/输出接口电路组成。现逐一说明如下：
1． 中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，它们都集成在芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出借口电路相连接。
CPU的主要任务有控制用户程序和数据的接收与存储；扫描I/O部件工作状态和数据并存入存储器中；诊断PLC的电路故障和编程语法错误；运行时，读取用户指令并进行运算；根据运算结果控制输出部件进行输出控制或实现制表、通信等功能。
CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快。
2． 存储器
PLC的存储器分系统存储器和用户存储器两部分。
系统存储器存放系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改，其内容包括三部分：
①系统管理程序：控制PLC运行，使之正常工作。
②用户解释程序：将PLC的编程语言变成机器语言指令，再由CPU执行。
③标准模块与系统调用：包括各种不同功能的子程序及调用程序，如输入、输出及特殊运算等子程序。这部分程序的多少决定了PLC功能的多少。
用户存储器包括程序区和存储区两部分。程序区用来存放用户用PLC编程语言编写的用户程序，数据区用来记录程序使用器件的开关状态和数值、数据等。
3． 输入/输出单元
PLC的输入和输出信号可以是开关量、模拟量和数字量。其可以分为两部分，一是与被控设备连接的接口电路，一是输入和输出的映像寄存器。
输入设备接受用户设备的各种控制信号，如限位开关、按钮等其他设备的信号。通过接口电路把信号转化为CPU能识别和处理的信号，并存入输入映像寄存器。运行时，CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，接口电路将原来的弱点信号转换为现场需要的信号，以驱动相关执行元件。
4． 电源部分
PLC一般使用220V的交流电源，其内部有开关电源为CPU、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源。
5． 扩展接口
将扩展单元及功能模块与基本单元相连，以满足不同需要。
6． 通信接口
PLC通过通信接口可与打印机、监视器、触摸屏等设备连接通信。
7． 编程工具
PLC一般配有可以直接联机使用的手持编程器，也有可以直接在PC上运行的编程软件包，相比较而言，编程软件功能更全面、编程更方便，受到了广大用户的欢迎。
8． 其他部件
有些PLC还配有EPROM写入器、存储卡等外部设备。
5.PLC的工作原理
PLC是一种工业控制计算机，所以它的工作原理是建立在计算机工作原理之上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，概括而言，PLC是按照集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式来工作的。其工作过程可用图（2）的运行框图来表示。整个过程可分为三部分。
1．上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。
2. 扫描过程。上电处理完成后进入扫描过程。先完成输入处理，在依次完成与其他外设的的通信、时钟更新、特殊寄存器更新等任务。
3．出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断，来确定自身动作是否正常，如果检查出异常，会出现相应出错指示，如出现致命错误，CPU将停止工作。
6． PLC的编程语言
PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户的需要。PLC提供的编程语言通常有梯形图、语句表、功能图和功能块图四种。其中梯形图是从继电器控制系统原理图演变而来，有一定电工基础的人略加熟悉都能看懂，所以比较常用。语句表相当于助记符，是PLC最基本的编程语言。功能图是一种图形化的编程方法，对较为复杂的系统编程时，比较明了。功能块图利用盒指令来代替梯形图中的触点和线圈，有利于对程序的分析和跟踪.