可編程邏輯控制器

1、可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC),種具有微處理機(jī)的數(shù)字電子設(shè)備，用于自動(dòng)化控制的數(shù)字邏輯控制器，可以將控制指令隨時(shí)加載內(nèi)存內(nèi)儲(chǔ)存與執(zhí)行?？删幊炭刂破饔蓛?nèi)部CPU，指令及資料內(nèi)存、輸入輸出單元、電源模組、數(shù)字模擬等單元所模組化組合成。PLC可接收(輸入)及發(fā)送(輸出)多種型態(tài)的電氣或電子信號(hào)，并使用他們來(lái)控制或監(jiān)督幾乎所有種類(lèi)的機(jī)械與電氣系統(tǒng)。最初的可編程邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，后來(lái)隨著不斷的發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制，時(shí)序控制、模擬控制、多機(jī)通信等許多的功能，名稱(chēng)也改為可編

2、程控制器(ProgrammableController)，但是由于它的簡(jiǎn)寫(xiě)也是PC與個(gè)人電腦(PersonalComputer)的簡(jiǎn)寫(xiě)相沖突，也由于多年來(lái)的使用習(xí)慣，人們還是經(jīng)常使用可編程邏輯控制器這一稱(chēng)呼，并在術(shù)語(yǔ)中仍沿用PLC這一縮寫(xiě)。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計(jì)數(shù)器才能組成具有相同功能的自動(dòng)化系統(tǒng)，而現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)編程的簡(jiǎn)單的可編程邏輯控制器模塊基本上已經(jīng)代替了這些大型裝置?？删幊踢壿嬁刂破鞯南到y(tǒng)程序一般在出廠前已經(jīng)初始化完畢，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要自行編輯相應(yīng)的用戶(hù)程序來(lái)滿(mǎn)足不同的自動(dòng)化生產(chǎn)要求不要亮?，F(xiàn)在工業(yè)上使用可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)接近于一臺(tái)輕巧型電

3、腦所構(gòu)成，甚至已經(jīng)出現(xiàn)整合個(gè)人電腦(采用嵌入式操作系統(tǒng))與PLC結(jié)合架構(gòu)的可編程自動(dòng)化控制器(ProgrammableAutomationController，簡(jiǎn)稱(chēng)PAC)，能透過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出模組控制機(jī)器設(shè)備、制造處理流程、及其它控制模組的電子系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破鲝V泛應(yīng)用于目前的工業(yè)控制領(lǐng)域。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用已成為工業(yè)界不可或缺的一員。定義與特性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)“國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中將PLC定義為：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程

4、的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊踢壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。美國(guó)通用汽車(chē)公司在1968年提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)，也是目前PLC的特點(diǎn):編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置；數(shù)據(jù)可直接送入計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶(hù)程

5、序存儲(chǔ)器容量能擴(kuò)展。1978年美國(guó)電機(jī)制造協(xié)會(huì)(NEMA)對(duì)可編程控制器定義是1可編程控制器是一種以數(shù)字動(dòng)作之電子裝置，它使用可編程內(nèi)存以?xún)?chǔ)存指令，執(zhí)行像是邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并透過(guò)數(shù)字或模擬輸入輸出模組，控制各種的機(jī)械或工作程序。發(fā)展歷史可編程控制器的興起與美國(guó)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。PLC源起于1960年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)通用汽車(chē)公司，為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，繼電器順序控制系統(tǒng)之電路修改耗時(shí)，平時(shí)檢修與維護(hù)不易等問(wèn)題。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，汽車(chē)制造業(yè)中的一般控制、順序控制以及安全互鎖邏輯控制必須完全依靠眾多的繼電器、定時(shí)器以及專(zhuān)門(mén)的閉回路控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。它們體

6、積龐大、有著嚴(yán)重的噪音，不但每年的維護(hù)工作要耗費(fèi)大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對(duì)維護(hù)人員的熟練度也有著很高的要求。針對(duì)這些問(wèn)題，美國(guó)通用汽車(chē)公司在1968年向社會(huì)公開(kāi)招標(biāo)，要求設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)來(lái)替換繼電器系統(tǒng)，并提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。隨后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)這一設(shè)想，于1969年研制成功了第一臺(tái)PDP-14控制器，并在汽車(chē)自動(dòng)裝配線上使用并獲得成功。由于當(dāng)時(shí)系統(tǒng)主要用于順序控制、只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以被命名為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)。最早期的PLC只具有簡(jiǎn)易之邏輯開(kāi)/關(guān)(on/off)功能

7、，但比起傳統(tǒng)繼電器之控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與不占空間等優(yōu)點(diǎn)。1970年代初期，PLC引進(jìn)微處理機(jī)技術(shù)，使得PLC具有算術(shù)運(yùn)算功能與多比特之?dāng)?shù)字信號(hào)輸出/輸入功能，并且能直接以階梯圖符號(hào)進(jìn)行程序之編寫(xiě)。這項(xiàng)新技術(shù)的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。日本在1971年從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，并很快研制成功了自己的DCS-8可編程邏輯控制器，德、法在1973年至1974年間也相繼有了自己的該項(xiàng)技術(shù)。中國(guó)則于1977年研制成功自己的第一臺(tái)可編程邏輯控制器，但是使用的微處理器核心為MC14500。1970年代中期，PLC功能加入遠(yuǎn)距通訊、模擬輸出輸入、NC伺服控制等技術(shù)。1980年代以后更引進(jìn)P

8、LC高速通訊網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)加入一些特殊輸出/輸入界面、人機(jī)界面、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功能。PLC之功能早已不止當(dāng)初數(shù)字邏輯之運(yùn)算功能，因此近年來(lái)PLC常以可編程控制器(ProgrammableController)簡(jiǎn)稱(chēng)之2PLC內(nèi)部運(yùn)作方式編輯PM基本結(jié)構(gòu)GPUfr.ASSBM5M0RT竜SS申必因PLC內(nèi)部運(yùn)作架構(gòu)雖然PLC所使用之階梯圖程序中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱(chēng)，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以?xún)?nèi)存與程序編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程序的運(yùn)作方式是

9、逐行的先將程序碼以?huà)呙璺绞阶x入CPU中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過(guò)程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程序執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說(shuō)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(diǎn)開(kāi)關(guān)或傳感器狀態(tài)（1或0代表開(kāi)或關(guān)），并將其狀態(tài)寫(xiě)入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置Xn。步驟二“程序執(zhí)行”：將階梯圖程序逐行取入CPU中運(yùn)算，若程序執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自?xún)?nèi)存中查詢(xún)?nèi)〕?。輸出線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)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(diǎn)，并且重回步驟一。此三步驟稱(chēng)為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱(chēng)為PLC之反

10、應(yīng)時(shí)間，PLC輸入信號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程序執(zhí)行后與下一次程序執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱(chēng)此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程序結(jié)束再生”。硬件結(jié)構(gòu)編輯LTUSillJlmi?.15gIJ_.ltBN-FfUrrc噸4rd冋(mLUUHWfC3ilk的旳-JliwCJX!BMffbrv.J.S,Ss和1膈科i奇y-CPIJIWzg嚴(yán)kfWTjflWi-1-可編程邏輯控制器硬件構(gòu)成一般講，PLC分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格

11、。對(duì)模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內(nèi)存、電源模組、底板或機(jī)架。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的PLC，都屬于總線式開(kāi)放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶(hù)需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下：電源模組編輯有些PLC中的電源，是與CPU模組合二為一的，有些是分開(kāi)的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源如果為交流電源通常為220VAC或11OVAC，若為直流電源常用的為24V。中央處理單元編輯PLC中的CPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)劃的暫

12、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(hù)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，與個(gè)人電腦一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的資料、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有周邊芯片、總線界面及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存編輯內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及資料，是PLC不可缺少的組成單元。PLC內(nèi)部會(huì)存放撰寫(xiě)完成編輯的程序指令及資料，通常也可使用RAM或EEPROM等專(zhuān)用內(nèi)存卡片方式擴(kuò)充，但擴(kuò)充能力得依各廠牌與型號(hào)有所不同。輸入/輸出單元編輯PLC的對(duì)外功能，主要是

13、通過(guò)各種輸入/輸出模組與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模組規(guī)格及數(shù)量，I/O模組可多可少，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。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入單元是用來(lái)連結(jié)擷取輸入元件的信號(hào)動(dòng)作并透過(guò)內(nèi)部總線將資料送進(jìn)內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動(dòng)程序指令部分oPLC輸入模組PLC系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入模組產(chǎn)品的選擇端視需要被監(jiān)測(cè)的輸入信號(hào)位準(zhǔn)而定。來(lái)自不同類(lèi)型被監(jiān)測(cè)的傳感器與流程控制之變量信號(hào)，可以涵蓋從10mV至10V的輸入信號(hào)范圍。輸出單元是用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的接口，主要原理是由CPU處理以書(shū)寫(xiě)在PLC里的

14、程序指令，判斷驅(qū)動(dòng)輸出單元在進(jìn)而控制外部負(fù)載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣（油）壓閥等。PLC輸出模組在工業(yè)環(huán)境中用來(lái)控制制動(dòng)器、氣閥及馬達(dá)等的PLC系統(tǒng)模擬輸出范圍包括SV、10V、0V到SV、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。通訊編輯現(xiàn)在PLC大多具有可擴(kuò)充通信網(wǎng)絡(luò)模組的功能，簡(jiǎn)單的PLC以BUS纜線或RS-232方式通訊連結(jié)，較高階的PLC會(huì)采用USB或以太網(wǎng)路方式做通訊連結(jié)。它使PLC與PLC之間、PLC與個(gè)人電腦以及其他智慧設(shè)備之間能夠交換資訊，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信網(wǎng)絡(luò)功能，它和電腦一樣具有RS-232接口，通過(guò)雙絞

15、線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換資訊。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專(zhuān)用的，PLC與電腦之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)定靠近，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與電腦之間可以方便地進(jìn)行通訊與網(wǎng)絡(luò)。PLC通訊協(xié)定規(guī)格可分為RS-232、RS-422、RS-432、RS-485、IEEE1394IEEE-488（GPIB），其中RS-432最為少見(jiàn)。目前國(guó)際中最常用的通信協(xié)定為MODBUS-ASCII模式及MODBUS-RTU模式，此為Modicon公司所制定的通訊協(xié)定PROFIBUS則為西門(mén)子公司所制定。日本三菱公司則推出CC-LINK通信協(xié)

16、定。外部設(shè)備編輯外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類(lèi)編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智慧圖形編程器，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。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，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。監(jiān)控設(shè)備：資料監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視資料或通過(guò)畫(huà)面監(jiān)視資料。存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟碟或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶(hù)資料,使用戶(hù)程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫(xiě)入器等。輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。程序設(shè)計(jì)編輯lesMJita*碇就tostPLC程序設(shè)計(jì)示意

17、圖PLC的編程編程語(yǔ)言與一般電腦編程語(yǔ)言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高階語(yǔ)言，也不同與一般的組合語(yǔ)言，它既要滿(mǎn)足易于編寫(xiě)，又要滿(mǎn)足易于調(diào)試的要求。目前，還沒(méi)有一種對(duì)各廠家產(chǎn)品都能相容的編程語(yǔ)言。IEC61131-3是一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了PLC相關(guān)之軟件硬件的標(biāo)準(zhǔn)，其最終的目的是可以讓PLC的使用者在不更改軟件設(shè)計(jì)的狀況下可以輕易更換PLC硬件。圧C61131-3主要是提供了五種編程語(yǔ)言，包含：指令表（InstructionList，IL或StatementList，SL）:類(lèi)似組合語(yǔ)言的描述文字。由指令語(yǔ)句系列構(gòu)成，如MitsubishiFX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS與OUT等，一般配合書(shū)寫(xiě)器寫(xiě)入程序，而書(shū)寫(xiě)器只能輸入簡(jiǎn)單的指令，與電腦程序中的階梯圖比較起來(lái)簡(jiǎn)單許多。書(shū)寫(xiě)器不