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PLC的定义 PLC(可编程逻辑控制器）是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC的基本结构和分类 作为一种工业控制的计算机，PLC和普通计算机有着相似的结构，都由硬件系统和软件系统两大部分组成；但是由于使用场合、目的不同，在结构上又有一些差别。 PLC结构图 如上图所示，PLC的主机由电源、CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口等组成。 1）电源 电源的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源被转化为内部电路需要的工作电源（直流5V、±12V、24V）。 2）CPU CPU是PLC的控制中枢，在它的控制下PLC有条不紊地协调工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。CPU由运算器、控制器和寄存器组成，其作用是处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制和协调整个系统。 3）存储器 PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。 4）输入单元 输入单元是PLC与被控设备相连的输入接口，是信号进入PLC的桥梁，它的作用是接收主令元件、检测元件传来的信号。输入的类型有直流输入、交流输入、交直流输入。 5）输出单元 输出单元也是PLC与被控没备之间的连接部件，它的作用是把PLC的输出信号传送给被控设备，即将中央处理器送出的弱电信号转换成电平信号，驱动被控设备的执行元件。 PLC除上述几部分外，根据机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程、实现监控以及网络通信。常用的外部设备有编程器、打印机、计算机等。 PLC的软件由系统程序和用户程序组成。 系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序及监控程序等。 用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。 PLC产品种类繁多，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。 按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。 1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、中央处理器、输入/输出等装在一个箱体内，通常称为基本单元，如下图所示。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。这类PLC的特点包括结构紧凑、体积小、价格低等。小型PLC一般采用这种整体式结构。 2）模块式PLC 模块式PLC将PLC的各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）等，模块装在框架或基板的插座上，如下图所示。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。 3）叠装式PLC 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成叠装式PLC。叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，它们之间靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。这样一来，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 按功能分类 根据PLC的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。 1）低档PLC 低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2）中档PLC 中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序及通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制（比例-积分-微分）等功能，适用于复杂的控制系统。 3）高档PLC 高档PLC在中档PLC的功能之上还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，进而实现工厂自动化。 按I/O点数分类 点数就是PLC上面输入输出接线端子的数量总和。根据PLC的I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。 1）小型PLC 小型PLC的I/O点数小于256，具有单CPU及8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下。 2）中型PLC 中型PLC的I/O点数在256～2048，具有双CPU，用户存储器容量为2～8KB。 3）大型PLC 大型PLC的I/O点数大于2048，具有多CPU及16位或32位处理器，用户存储器容量为8～16KB。 PLC产品可按地域分成三大流派：美国产品、欧洲产品和日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。 常见的PLC如表所示。
PLC的功能及应用 PLC是在综合了继电器接触器控制和计算机控制的诸多优点之上设计和发展的，它在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，目前已成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。 PLC取代传统的继电器电路，实现了逻辑控制和顺序控制，它既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC中配置有A/D和D/A转换模块（A指的是模拟信号,D指的是数字信号）。A/D模块能将现场的温度、压力、流量、速度等模拟量转换变为数字量，再经PLC中的微处理器进行处理，然后进行控制；或者经D/A模块转换后变成模拟量，然后控制被控对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。模拟量控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 PLC具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供几十甚至上百、上千个定时器和计数器。其计时的时间和计数值可以由用户在编写用户程序时任意设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器进行设定，进而实现定时和计数的控制。如果用户需要对频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数模块。 PLC控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC控制器生产厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 现代PLC大多数都采用了通信网络技术，有RS-232或RS-485接口，可进行远程I/O控制。多台PLC彼此间可以联网、通信，外部器件与一台或多台PLC的信号处理单元之间可以实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。 PLC的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
PLC基本工作原理图 1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号状态存入到输入映 像寄存器中，称为对输入信号的采样。输入采样结束后，接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。 2）程序执行阶段 在程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，一般先扫描梯形图左边由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算；然后根据逻辑运算的结果，确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在程序执行过程中，同一周期内前面的逻辑结果会影响后面的触点，但后面的运算结果不影响前面的逻辑关系。
梯形图 3）输出刷新阶段 当用户程序扫描结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。 （ （来源：工程客，版权归原作者） |
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