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可程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller是以为处理器为基础的通用工业控制装置，它的应用面广、功能强大、已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。 PLC是指以计算机技术为基础的一种工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。 个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。 上世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 早期的自动控制都是以继电器并配合计数器、定时器及传感器等控制组件以完成顺序控制的目的。 由于工业的变革，在生产制造方面，传统的方法已无法满足，因此有业者根据其需要，订出以下的规格， 希望有这样的控制器，能够改善传统的控制方式。 1. 编程简单方便，可以在现场修改程序。 2. 硬件维护与检修简单。 3. 高度可靠性，能适应恶劣的工作环境。 4. 体积小。 5. 资料之读取和联机容易。 6. 价格具竞争性。 7. 扩展时，原系统只做很少的改变 基于以上之规格及广大市场之需求，促使PLC 迅速的发展。 PLC 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令，并借以控制工业的机械装置及流程。如下图所示为PLC 在应用方面的概念图。 PLC 是以微处理机为基础，综合了计算器与自动化技术而开发的工业控制装置，这种控制器按照 IEC 国际标准的定义是可程序逻辑控制器又称为PC 或PLC。这种装置，内部储存预先编写相应的程序， 待输入输出连接完成之后，PLC 运行这个程序，便可自动完成预定的操作，属于一种程序记忆型的电 子控制装置，亦可视为一般的继电器或定时器、计数器等集合体。 PLC 的操作模式依据所监测的按键、感应器及开关等等输入信号，假如这些输入的信号被检测到发生改变， 控制系统就会通过使用者所已经加载的程序作动作，产生相对应的输出信号。 一般PLC 有以下的功能规格，使用者可根据该规格，评估该PLC 是否符合所需之应用。 1. 输入点数：该PLC 能处理的信号点数。 2. 输出点数：该PLC 能控制的输出点数。 3. 定时器数量：该PLC 内部仿真的定时器数量。 4. 计数器数量：该PLC 内部仿真的计数器数量。 5. PLC 支持指令：该PLC 所能处理及涵盖的指令范围。 6. 执行速度：PLC 执行每个指令的执行度，这关系到整个系统的扫描时间 (Scan-time)。 7. 使用者的程序空间：即PLC 程序所占有的最大空间。 8. 程序输入的方式：由专有的书写器输入或是由其它方式加载。 9. 系统的扩充性：该PLC 可以再作哪一方面的扩展等等。 PLC 有效消除了许多传统上需要以继电器为主之系统的线路连接问题，它可以很简便地根据生产线 的需要重新规划控制线路，给予一个非常经济并且改变制造环境的弹性空间很大。 1-2 PLC 可程控器的内部结构： PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC 的基本结构如图1-1 所示，其各组成部分如下： 1. 输入单元 这是各种输入信号 (动作命令信号及回授的检测信号) 的输入接口，为直流输入类型并采用光耦合隔离，可将外部信号与PLC 内部隔离。 2. 输出单元 这是把PLC 处理结果即输出信号送给控制对象的输出点。输出点型式有继电器输出及晶体 管输出二种类型，可将PLC 内部信号与外部负载电源隔离。 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA0-20mA）、电压型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 3. 中央处理单元 (CPU) CPU 是PLC 的核心，它由控制器、运算器所组成。它由程序内存中顺序取出使用者的程序 指令，并对其译码，根据指令功能，发出有序的控制信号，从输入单元或组件区读取资料，在 运算器中进行处理，而后把处理结果给输出单元存入组件区。不断循环扫描整个程序区，实行预定的控制程序。 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 4. 系统程序区 PLC 核心程序储存区，主要负责所有自我诊断、指令翻译及监督管理等功能。 5. 组件区 PLC 内部组件有输入继电器X、输出继电器Y、内部辅助继电器M、定时器T、计数器C、 状态继电器S 及资料缓存器。详细使用方法请参考第二篇。 6. 程序内存 程序内存是用来存放使用者所输入的程序，DVP-PLC 采用EEPROM，不需要电池。 7. 电源 这是把外部电源转换成PLC 内部所需直流的电源装置。PLC 的外部电源输入可接受两种型 式，一为单相85~264VAC 50/60Hz 的交流电源，另一为24~26V 的直流电源。使用交流输入的 PLC，可提供一组24V 直流电源，供外部使用。 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 8. 外部设备 PLC 所提供的RS-232 通讯口，主要连接程序编辑工具的掌上型书写器、个人计算机。 □掌上型书写器 掌上型书写器（以下简称HPP），其基本功能为输入、修改、检查及显示使用者程序，辅助功能有监视程序运行情况或显示错误讯息等。内部程序可断电保持三天以上。 9. 其它系统连接 PLC 系列主机具备内建通讯控制功能，在远距离控制及联机控制具有其特殊之方便性，尤 其若采用变频器，使用RS-485 通讯机能，其内建的便利指令可轻易达到变频器 的通讯控制应用，无需另购连接组件。 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。
PLC控制系统的设计基本原则 最大限度的满足被控对象的控制要求。 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。 保证控制系统安全可靠。 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。 PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。 标准语言梯形图语言是最常用的一种语言，它有以下特点： 它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。 梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。 PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。 |
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