基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(完整資料)

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）題目基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名班級學(xué)號(hào)題目類型工程指導(dǎo)教師系主任一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)溫室產(chǎn)業(yè)及相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展速度很快。高水平大型溫室的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠根據(jù)傳感器采集室溫、葉濕、地濕、室內(nèi)溫度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、以及植物作物生長狀態(tài)等有關(guān)參數(shù)，結(jié)合作物生長所需最佳條件,有效調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備裝置，將室內(nèi)溫、濕、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。（1）根據(jù)外界環(huán)境對植物影響因素，選擇作物環(huán)境條件的實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)、智能溫室控制系統(tǒng)兩個(gè)部分。自動(dòng)檢測包括：溫室、濕度、光照、二氧化碳、土壤水分等傳感器與變送器。智能控制系統(tǒng)包括：雙向天窗角度開閉驅(qū)動(dòng),遮陽網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，通風(fēng)機(jī),噴灌滴灌控制，節(jié)能加溫、降溫控制等。(2）開發(fā)智能溫室組態(tài)監(jiān)控界面。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的任務(wù)1。熟悉題目要求,查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)2.方案設(shè)計(jì)(包括方案論證與確定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等內(nèi)容）3.硬件和軟件設(shè)計(jì)（其中還包括理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、設(shè)備及元器件選擇等）4。撰寫設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文），繪制圖紙5。指定內(nèi)容的外文資料翻譯6.其它三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容（1）智能溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（2）智能溫室控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)2、功能與技術(shù)指標(biāo)（1）介紹所使用PIC及控制系統(tǒng)所涉及其它設(shè)備的基本情況（2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括PIC控制程序和上位機(jī)組態(tài)軟件3、其它需要說明的問題四、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)提交的成果1、開題報(bào)告(不少于3000字）2、設(shè)計(jì)說明書(約3萬字左右），或畢業(yè)論文（約2萬字左右）3、圖紙（2＃圖紙至少三張，圖紙數(shù)量根據(jù)論文情況自定）4、中、英文摘要（中文摘要約200字，3—5個(gè)關(guān)鍵詞)5、論文簡介6、外文資料翻譯（約5000漢字）五、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）的主要參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料1、參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料［1]郁漢琪.可編程控制器原理及應(yīng)用。中國電力出版社，2004[2］努爾哈孜·朱瑪力.可編程控制器在電爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的研究.新疆大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，13(2)：267—268［3]黃柱深,黃超麟.基于PLC的高精度溫度控制系統(tǒng).機(jī)電工程技術(shù)，2006，10(2)：123—125[4]高欽和?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例。人民郵電出版社，2004[5]趙燕.可編程控制器原理及應(yīng)用。中國林業(yè)出版社，2006［6］李方園.人機(jī)界面設(shè)計(jì)及應(yīng)用。化學(xué)工業(yè)出版社,2008［7］嚴(yán)盈富.觸摸屏與PLC入門。人民郵電出版社，2006［8]張揚(yáng)。S7—200PLC原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社,2007[9］付家才。PLC實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐。高等教育出版社，2006[10]劉繼修。PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。福建科技出版社，2007[11］徐亞飛，劉官敏,高國章。溫箱溫度PID與預(yù)測控制.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)交通科學(xué)與工程版，2004，28（4):554-557[12]曾貴娥，邱麗,朱學(xué)鋒。PID控制器參數(shù)整定方法的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.石油化工自動(dòng)化，2005，7(4)：89-91[13]肖寶興.西門子S7—200PLC的使用經(jīng)驗(yàn)和技巧.機(jī)械工業(yè)出版社，2011六、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）加選專題部分畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）選做內(nèi)容說明七、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段安排設(shè)計(jì)(論文）內(nèi)容起止周完成情況熟悉設(shè)計(jì)題目要求，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料.1-2初步完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3—4優(yōu)化系統(tǒng)硬件，確定硬件系統(tǒng)。5—6初步完成軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。7—9優(yōu)化系統(tǒng)軟件，確定軟件系統(tǒng)。10—11整理材料，撰寫論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯.12指導(dǎo)教師簽字：摘要溫室大棚對現(xiàn)在的人們來說，是非常熟悉的一個(gè)名詞，因?yàn)楝F(xiàn)在我們生活中的很多花卉、蔬菜、水果都是從溫室大棚中種植出來的。如何利用自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制系統(tǒng)有效的控制好溫室大棚內(nèi)的各種環(huán)境因子，以提高溫室大棚環(huán)境的控制精度和效果,對我國溫室業(yè)的發(fā)展有著不可估量的重要意義。本設(shè)計(jì)采用西門子S7-300系列可編程控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的溫室大棚。溫度、濕度等環(huán)境因子在植物過程中起重要作用，在檢測這環(huán)境因子的時(shí)候考慮到精度,反應(yīng)速度，方便設(shè)備連接等問題，將采用溫度傳感器,濕度傳感器對環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測,傳感器將檢測的結(jié)果送入PLC中，由PLC將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)﹑卷簾等設(shè)備運(yùn)行或停止來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、濕度，從而達(dá)到智能化，自動(dòng)化控制的目的。關(guān)鍵詞：蔬菜大棚;PLC；溫濕度控制;AbstractGreenhouseforthepeoplenowisaveryfamiliarnoun,becausenowweliveinalotofflowers,vegetables，fruitwhichfromgreenhouseshelterofplantingout.Howtouseautomaticdetectionandautomaticcontrolsystemofeffectivecontrolofgreenhousetrellisinside，inordertoimprovetheenvironmentalfactortrellisenvironmentcontrolprecisionofthegreenhouseeffectandhasbecomethegreenhouseindustryresearchinChinaatpresent.ThisdesignUSEStheSiemenss7-300PLCtorealizetheautomationcontrolgreenhousetrellis.Temperature，humidityenvironmentfactorsintheprocessofplantsplaysanimportantroleindetectingtheenvironmentalfactor，whenconsideringtheaccuracy，thereactionspeed，convenientdeviceconnectedbysuchissues，willthetemperaturesensor，humiditysensorsdetecttheindicatorsofenvironment，thesensorwilltestresultsbyPLCsentPLCcompareitwithsetting，thensendsoutthecorrespondingorder-drivenheatingelement，，thefan，ventilationwindow，fillinglightequipment，sunshadeshadeequipmentoperationorstoptoadjustindoortemperature，light，humidity,soastoachievethepurposeofintelligent，automationcontrol。DiscussPLCcontrolsystemapplicationinplantsgreenhousecanopy，Keywords：Vegetablesgreenhouse；PLCsystem;Temperatureandhumiditycontrol目錄TOC\o”1—3”\h\u188041緒論1162871。1概述12371.2研究背景110502國外狀況198271。2.2國內(nèi)狀況2246431.3研究意義391931。4我國溫室存在的主要問題3121761.5溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢4188202研究方案的設(shè)計(jì)6171232.1溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制6182422.1。1溫度的調(diào)節(jié)與控制6220482。1。2濕度的調(diào)節(jié)與控制6197822。1。3溫度、濕度之間的耦合6218892。1.4光照的調(diào)節(jié)與控制7104932.1。5二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制726732。2溫室環(huán)境的特點(diǎn)7125582.3溫室的控制對象8612。3.1溫度876282。3。2濕度8264332。3。3光照強(qiáng)度867012.3.4二氧化碳9129202。3。5土壤含水量9311293PLC概述10191003。1PLC簡介1084633.1.1PLC的產(chǎn)生和定義10192563。1.2PLC的發(fā)展現(xiàn)狀11262113。1.3PLC的發(fā)展趨勢1285403.1。4PLC的分類13324363。1。5PLC的特點(diǎn)14247823.1。6PLC的應(yīng)用1574973.2PLC的組成和工作原理1630573.2.1PLC的組成16118763.2.2PLC的工作原理20111913。3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、主要內(nèi)容及步驟24137963。3。1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則24164783.3。2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容25224313.3.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟2563374控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案28327304。1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)28198444。2系統(tǒng)的控制方案2852044.3系統(tǒng)的工作原理29180305控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3068325。1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3091235。1。1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)30264515.1。2系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)30290855。2PLC硬件電路的設(shè)計(jì)34163525。2。1PLC型號(hào)選擇3415665。2.2PLCI/O地址分配43304675。2。3硬件接線圖設(shè)計(jì)4554795。3PLC的硬件配置45294845.3。1傳感器45169685.3.2S7-300各個(gè)模塊4733776控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5222346。1PLC程序設(shè)計(jì)的方法53138246.2編程軟件STEP7概述53287996。3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)53215676.3。1程序的設(shè)計(jì)思路5483746。3。2控制程序流程圖54327336.3.3控制程序設(shè)計(jì)及分析58209196.4STEP7軟件介紹6759927結(jié)論7014601參考文獻(xiàn)7120152致謝721緒論1.1概述傳統(tǒng)溫室是指具有防寒、加溫和透光等設(shè)施，供冬季或極寒地區(qū)培育喜溫植物或作物的房間。而智能溫室也稱作自動(dòng)化溫室，是指配備了由計(jì)算機(jī)控制的可移動(dòng)天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、濕簾窗/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動(dòng)苗床等自動(dòng)化設(shè)施，基于農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技智能溫室。智能溫室的控制一般由信號(hào)采集系統(tǒng)、中心計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)三大部分組成.本文主要討論關(guān)于智能溫室控制系統(tǒng)這一部分。智能溫室控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效的農(nóng)業(yè)設(shè)施，其是以傳統(tǒng)的日照溫室為基礎(chǔ)，配以計(jì)算機(jī)自控技術(shù)，智能傳感技術(shù)等高尖端技術(shù)發(fā)展起來的新型農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。自上世紀(jì)90年代，我國農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究人員在吸收了發(fā)達(dá)國家的高科技溫室技術(shù)上，加以針對我國農(nóng)業(yè)環(huán)境，傳統(tǒng)日照式溫室的溫度、濕度、日照時(shí)長及二氧化碳濃度研發(fā)出了適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能溫室控制系統(tǒng).1.2研究背景1.2。1國外狀況世界發(fā)達(dá)國家如荷蘭、美國、以色列等大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、光照、水、氣、肥實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)調(diào)控,從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)范化技術(shù)體系。美國是最早發(fā)明計(jì)算機(jī)的國家，也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國家之一。美國有發(fā)達(dá)的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高.環(huán)境控制計(jì)算機(jī)主要用來對溫室環(huán)境(氣象環(huán)境和栽培環(huán)境）進(jìn)行監(jiān)測和控制。以花卉溫室為例，溫室內(nèi)監(jiān)控項(xiàng)目包括：室內(nèi)氣溫、水溫、土壤溫度、鍋爐溫度、管道溫度、相對空氣濕度、保溫幕狀況、通窗狀況、泵的工作狀況、二氧化碳濃度、EC調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值、pH調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值；室外監(jiān)控項(xiàng)目包括：大氣溫度、太陽輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對濕度等.溫室專家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來了很大方便。以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀(jì)80年代以來就開始全面開發(fā)溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷地開發(fā)模擬控制軟件。目前，荷蘭自動(dòng)化智能玻璃溫室制造水平處于世界先進(jìn)水平，擁有玻璃溫室1。2萬多平方米，占世界1/4以上,有85％的溫室用戶使用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境。荷蘭開發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是通過人機(jī)交互界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示，可繪制出設(shè)定參數(shù)曲線、修正值曲線以及測量的數(shù)據(jù)曲線,可以從數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)出設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)參數(shù)以便于必要的數(shù)據(jù)查詢,并能直接對計(jì)算機(jī)串行口進(jìn)行操作，完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和氣候的控制和管理。此外，國外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。遙測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中?？刂埔竽茉谶h(yuǎn)離溫室的計(jì)算機(jī)控制室就能完成，即遠(yuǎn)程控制。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶可以在遙遠(yuǎn)的地方通過形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對話，就像在現(xiàn)場操作一樣,給人以身臨其境之感.1。2.2國內(nèi)狀況我國農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開始于20世紀(jì)70年代，80年代開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域.20世紀(jì)90年代初期,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所,研制開發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)，并開發(fā)了基于Windows操作系統(tǒng)的控制軟件；90年代中后期,江蘇理工大學(xué)毛罕平等人研制開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對營養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、二氧化碳、施肥等進(jìn)行綜合控制，是目前國產(chǎn)化溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為典型的研究成果.在此期間，中國科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院上海植物生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究溫室設(shè)施的計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)?！熬盼濉逼陂g，國家科技攻關(guān)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè)）研究項(xiàng)目，并且在項(xiàng)目中加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究的力度，其中“九五”國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”中，直接設(shè)置了“智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施”的專題。20世紀(jì)90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閆忠文研制了作物大棚溫濕度測量系統(tǒng)，能對大棚內(nèi)的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量與控制。中科院合肥智能機(jī)械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境-DET系列軟件”和智能溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長期、減少人工操作的盲目性。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“WJG-1"溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。河南省農(nóng)科院自動(dòng)化控制中心研制了“GCS—I型智能化溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)”，采用上位機(jī)加PLC的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的“山東省濟(jì)寧大型育苗溫室計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式控制。1。3研究意義溫室大棚近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占的比重越來越大，而相對來說，溫室大棚的控制系統(tǒng)也隨著科技的進(jìn)步不斷的發(fā)展進(jìn)步、提升。目前常見的是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，正在向智能控制系統(tǒng)方向發(fā)展。溫室大棚智能控制系統(tǒng)是其管理的智能化系統(tǒng)，因?yàn)?1世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的快速發(fā)展和普及而逐漸應(yīng)用到蔬菜大棚上.主要監(jiān)測參數(shù)和指標(biāo)是:棚內(nèi)的溫度、含濕量、光照強(qiáng)度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等。一方面我們需要先向計(jì)算機(jī)內(nèi)輸入植物生長過程中的最適合生長的環(huán)境參數(shù),另一方面在溫室大棚各處合理地安排檢測設(shè)備和傳感設(shè)備，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)，并實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)通過比對，檢測到不適宜條件，發(fā)出指令指揮棚內(nèi)的自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚內(nèi)環(huán)境，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，使植物在最適宜情況下生長.智能控制系統(tǒng)將信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來,在農(nóng)業(yè)上加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展的變革,也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向。智能控制系統(tǒng)在應(yīng)用上有很大的方便和優(yōu)勢.首先是，智能控制系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)性和及時(shí)性。它的基本功能是對環(huán)境的檢測,加上一些傳感器和智能機(jī)器的應(yīng)用，加強(qiáng)了人們對于作物生長環(huán)境的深層了解，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)精準(zhǔn)的控制，而且可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的反饋和操作,反應(yīng)及時(shí)，給植物營造出最適應(yīng)的生長環(huán)境，溫室大棚能夠種植出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的綠色蔬菜.其次是，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前比較常用的是浙江大學(xué)研發(fā)的托普物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這種系統(tǒng)可以再距離較遠(yuǎn)時(shí)通過電腦控制棚內(nèi)的操作，一方面減少了操作人員的工作量，提高了工作效率，另一方面，可以使得操作人員無論在任何地方都能監(jiān)察整個(gè)大棚的狀況，實(shí)現(xiàn)了科技的有利性。從發(fā)展前景上里說，溫室大棚采用智能控制系統(tǒng)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢和方向，它會(huì)將人們從繁雜的工作中解放出來，利用科技的手段得到最完美的效果，還會(huì)幫助降低成本,是農(nóng)業(yè)走向高質(zhì)量、高效率、高收益的道路。1.4我國溫室存在的主要問題1）科技含量和總體發(fā)展水平較低。我國設(shè)施栽培起步晚、基礎(chǔ)差，沒有將其作為整體工程問題研究。從設(shè)施裝備到栽培技術(shù)的生產(chǎn)管理不配套，生產(chǎn)不規(guī)范,難以形成大規(guī)模商品生產(chǎn)。2)我國現(xiàn)有的溫室控制系統(tǒng)仍以控制一個(gè)溫室為主，沒有基于溫室群的控制系統(tǒng)。這樣降低了生產(chǎn)管理的效率。3)溫室測控系統(tǒng)的通信仍然采用有線方式。我國溫室測控系統(tǒng)的通信主要有485總線以及CAN總線等有線方式.這些有線通信方式不僅使得溫室內(nèi)的信號(hào)線和動(dòng)力線錯(cuò)綜復(fù)雜，而且導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，安裝維護(hù)工作量變大,同時(shí)也不利于農(nóng)業(yè)機(jī)器人等移動(dòng)設(shè)備的作業(yè)，難以達(dá)到溫室生產(chǎn)的“工廠化農(nóng)業(yè)”水平。4）缺少基于農(nóng)業(yè)專家知識(shí)的上位機(jī)管理系統(tǒng).我國目前的溫室控制系統(tǒng)中，一些上位機(jī)只限于存儲(chǔ)采集的歷史數(shù)據(jù),沒有根據(jù)農(nóng)業(yè)專家知識(shí)的實(shí)時(shí)控制管理系統(tǒng).5)設(shè)施水平低，抵御自然災(zāi)害的能力差。我國目前部分溫室的建筑材料主要是鋼材和玻璃。但沒有形成國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工廠系列的產(chǎn)品，且應(yīng)用率僅占設(shè)施栽培面積的10％,而絕大部分由農(nóng)民自行建造的塑料日光溫室也只能起到一定的保溫作用，根本不能實(shí)現(xiàn)對溫度、濕度、光照等環(huán)境因子的調(diào)控。6)機(jī)械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。生產(chǎn)管理主要靠經(jīng)驗(yàn)和單因子定性調(diào)控。1.5溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢1。智能化：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主.因此軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。因此近幾年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在溫室栽培中得到了不同程度的發(fā)展和應(yīng)用。2.網(wǎng)絡(luò)化:目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為當(dāng)前世界最有活力、發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息傳播。因此,設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。我國幅員遼闊，氣候復(fù)雜，勞動(dòng)者整體素質(zhì)低,利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線和離線服務(wù)，可以對不同區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測、比較，不僅給管理帶來很大的方便，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。3。分布式：分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯?、下兩層。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測量與控制任務(wù)等,主要由下層完成。下層由許多各自獨(dú)立的功能單元組成,每個(gè)單元只完成一部分工作。面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)，每一個(gè)功能單元針對一個(gè)對象、每一根進(jìn)線、每一根出線、每個(gè)傳感器、接觸器等都可作為對象。4.綜合環(huán)境調(diào)控:所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，把影響作物生長的多種環(huán)境參數(shù)，如光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等，都保持在適宜作物生長的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，既省時(shí)又節(jié)能，還能使勞動(dòng)者愉快地從事生產(chǎn)勞動(dòng)。5。變動(dòng)的壞境控制系統(tǒng)：當(dāng)前，主要使用精確的計(jì)算機(jī)壞境控制程序根據(jù)設(shè)定值對溫室中的環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，但研究發(fā)現(xiàn)，這并不能使溫室內(nèi)的作物達(dá)到最佳產(chǎn)量。如作物的生長和發(fā)育并不取決于某一時(shí)刻某個(gè)特定溫度，而主要取決于在一個(gè)時(shí)間段中的平均溫度水平。這導(dǎo)致控制系統(tǒng)向“自由設(shè)置”系統(tǒng)的方向發(fā)展，如綜合溫度控制系統(tǒng)的研制，在該系統(tǒng)中并不設(shè)置一個(gè)固定的溫度值，溫室中的溫度在最高和最低溫度范圍內(nèi)可進(jìn)行變動(dòng),以求在一個(gè)較長的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到理想的平均溫度。這樣計(jì)算機(jī)可以根據(jù)室外的氣候，在使用最低能耗、最佳的利用溫室中現(xiàn)有設(shè)備的情況下自由進(jìn)行調(diào)節(jié)?？勺儎?dòng)的環(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側(cè)重于溫度、光照、相對濕度、二氧化碳濃度等方面的研究，在溫室作物產(chǎn)量上已表現(xiàn)出比較滿意的效果.6。藍(lán)牙技術(shù)：藍(lán)牙技術(shù)是近年發(fā)展起來的新型低成本、短距離的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù).運(yùn)用這種技術(shù)把溫室環(huán)境自動(dòng)檢測與控制系統(tǒng)中的各個(gè)電子檢測裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無線地連接起來，以達(dá)到便捷地對溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測，靈活地對溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制的目的。便攜式環(huán)境參數(shù)采集器內(nèi)部裝有溫度、濕度、光照等各種傳感器，并嵌入了藍(lán)牙芯片，因此，這種參數(shù)采集器具有無線通信功能，可以便捷地放置在溫室內(nèi)的不同位置。控制器同樣嵌入了藍(lán)牙芯片，它一方面與便攜式環(huán)境參數(shù)采集器無線連接，另一方面通過RS-485通信總線與溫室內(nèi)的計(jì)算機(jī)控制裝置相連接.2研究方案的設(shè)計(jì)2.1溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制溫度的調(diào)節(jié)與控制與其他環(huán)境因子比較，溫度是設(shè)施栽培中相對容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。溫室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫3種。溫度調(diào)控要求達(dá)到能維持適宜于作物生育的設(shè)定溫度。溫度的空間分布均勻，時(shí)間變化平緩.(1）保溫，為了提高大棚的保溫能力,常采用各種保溫覆蓋。具體方法就是增加保溫覆蓋的層數(shù),采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設(shè)施的氣密性。(2)加溫，我國傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫,近年來也有采用鍋爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式.(3)降溫,保護(hù)設(shè)施內(nèi)降溫最簡單的途徑是通風(fēng),但在溫度過高，依靠自然通風(fēng)不能滿足作物生育要求時(shí)，必須進(jìn)行人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強(qiáng)制通風(fēng)法。遮光降溫法是一種在室外與溫室屋頂部相距40cm處張掛遮光幕,對溫室降溫很有效。另一種在室內(nèi)掛遮光幕,降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝成本,清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達(dá)到降溫目的。蒸發(fā)冷卻法有濕簾-—風(fēng)機(jī)降溫法、細(xì)霧降溫法、屋頂噴霧法.2。1.2濕度的調(diào)節(jié)與控制土壤濕度要與空氣相對濕度協(xié)調(diào)一致才能達(dá)到溫室濕度的有效控制，濕度調(diào)控范圍一般在60%RH-80％RH，精度為±5％。濕度的調(diào)控影響溫度，要求濕度與溫度的調(diào)控需按一定的程序進(jìn)行。常用的濕度調(diào)節(jié)方式是加濕和去濕。（1）加濕，一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。水噴霧法采用雙位或多位控制來實(shí)現(xiàn)；蒸汽加濕則采用電極加濕器或澆蒸加濕器實(shí)現(xiàn)。(2）去濕，在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法—化學(xué)除濕器、排濕換氣。在濕度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室內(nèi)的加濕和去濕則由溫室內(nèi)的調(diào)節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側(cè)窗、濕簾、風(fēng)機(jī)等。溫度、濕度之間的耦合溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系，對一個(gè)因子的控制常會(huì)帶來另一個(gè)因子的變化。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則,在溫度條件滿足后，再來滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主導(dǎo),只有當(dāng)溫度上升到一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對濕度降低。在夏季降溫加濕的過程中,采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過小時(shí)，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。而當(dāng)溫度過高需要啟動(dòng)蒸發(fā)降溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須先檢測室內(nèi)的相對濕度，只有濕度低于某一設(shè)定范圍時(shí)，才能啟動(dòng)蒸發(fā)裝置。2。1.4光照的調(diào)節(jié)與控制在溫室內(nèi)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)中通常選用改變溫室大棚的硬件環(huán)境方法，人工調(diào)節(jié)大棚外部設(shè)施的方法來改變溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度。調(diào)節(jié)方法一般有以下四種：（1）改善設(shè)施的透光率；（2)應(yīng)用反光幕；（3）人工補(bǔ)光；（4)遮光.2。1.5二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制大氣中二氧化碳平均濃度一般為0.03%，變幅較小。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為了保溫，設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少內(nèi)外氣體交換,二氧化碳濃度變幅較大，中午設(shè)施內(nèi)由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補(bǔ)償點(diǎn)，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時(shí)的補(bǔ)充二氧化碳。補(bǔ)充二氧化碳的方法很多,常用的主要有三種：（1）燃燒法;(2）化學(xué)反應(yīng)法（目前在我國的設(shè)施栽培中運(yùn)用較多）;（3）施用顆粒有機(jī)生物氣肥法。2.2溫室環(huán)境的特點(diǎn)因?yàn)闇厥抑杏卸喾N環(huán)境因素，溫室環(huán)境是多因子的、相互影響性的、非線性的、有延時(shí)性的和親合性的復(fù)雜系統(tǒng).如下所示:相互影響性：溫室中有多種環(huán)境因子，它們之間是有影響的，例如升高溫室中的溫度，其濕度必定相應(yīng)降低，對溫室進(jìn)行通風(fēng)降溫還會(huì)影響其二氧化碳的濃度。所以，溫室內(nèi)的環(huán)境都是相互影響的；非線性：溫室內(nèi)的各個(gè)環(huán)境因素沒有一個(gè)是穩(wěn)定不變的，溫室或多或少還是會(huì)受到外界影響。而且溫室中農(nóng)作物自身不停的進(jìn)行化學(xué)變化,也會(huì)影響環(huán)境因素,因此該環(huán)境因素都是非線性的；延時(shí)性：當(dāng)我們調(diào)控溫室環(huán)境時(shí),各個(gè)環(huán)境不是瞬時(shí)就能改變的,這需要一個(gè)過程，而且傳感器采集到數(shù)據(jù)后，傳送到相應(yīng)的控制器，控制器處理數(shù)據(jù)判斷數(shù)據(jù),做出控制調(diào)整還需要一個(gè)過程。通常改變溫室內(nèi)的某個(gè)環(huán)境因素是慢慢擴(kuò)散的一種現(xiàn)象,例如對溫室內(nèi)加溫，溫度變化就是擴(kuò)散的過程；對溫室內(nèi)補(bǔ)充二氧化碳，二氧化碳濃度的變化也是擴(kuò)散過程,這就是溫室環(huán)境的延時(shí)性；親合性：溫室系統(tǒng)包含了多種的環(huán)境因素，各因素之間不是相互獨(dú)立互不干擾的,各個(gè)因素的控制過程是彼此耦合在一起的，當(dāng)我們對其中一個(gè)變量進(jìn)行調(diào)控，會(huì)影響其他變量發(fā)生相應(yīng)的改變。綜上四個(gè)特點(diǎn)可知，溫室系統(tǒng)是復(fù)雜的，具有多種環(huán)境影響因子的，對溫室系統(tǒng)提出的控制要求并不是一成不變的，要根據(jù)不同作物相應(yīng)調(diào)整,因此想要建立精準(zhǔn)控制模型幾乎無法實(shí)現(xiàn)。通常溫室控制中我們往往采取區(qū)間化控制，例如某作物只要求環(huán)境溫度控制在一定的區(qū)間內(nèi)就能良好的生長,我們在設(shè)計(jì)溫室控制系統(tǒng)時(shí)只要保證溫室內(nèi)部溫度調(diào)控在某一區(qū)間即可，完全沒必要對溫度或其他環(huán)境因素進(jìn)行精準(zhǔn)控制。2.3溫室的控制對象影響農(nóng)作物生長發(fā)育的因素主要有兩個(gè)，其一是由農(nóng)作物自身的遺傳特性決定的，即所謂的品種。如果想通過改變農(nóng)作物的遺傳特性達(dá)到促進(jìn)農(nóng)作物生長發(fā)育的目的需要大量的人力財(cái)力投入，而且會(huì)形成轉(zhuǎn)基因食品；其二是農(nóng)作物所在的生長環(huán)境，智能溫室內(nèi)部就是一個(gè)小生態(tài)，在目前的科學(xué)技術(shù)幫助下，完全通過調(diào)控智能溫室內(nèi)的環(huán)境因子的方式有效的提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。2.3。1溫度溫度是否適宜，是農(nóng)作物生長過程中非常重要的因素之一,溫度可以影響農(nóng)作物體內(nèi)在的化學(xué)變化。每種農(nóng)作物對溫度都有其獨(dú)特的要求，擁有最適宜溫度以及最高最低溫度。當(dāng)農(nóng)作物在極限溫度下，雖然還能維持生存,但已經(jīng)極大的影響其生長發(fā)育；只有生長在最適溫度下，農(nóng)作物才能迅速健康生長,達(dá)到最佳狀態(tài)。因此，對溫室內(nèi)的環(huán)境溫度進(jìn)行范圍內(nèi)的調(diào)控可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，較為常見的溫控設(shè)備包括加熱設(shè)備和通風(fēng)風(fēng)機(jī),同時(shí)在溫室中通過安裝溫度傳感器獲取溫室內(nèi)溫度，將采集的數(shù)值與農(nóng)作物最適宜溫度對比，執(zhí)行相應(yīng)升降溫操作,啟動(dòng)相應(yīng)控制設(shè)備。2.3.2濕度農(nóng)作物對空氣濕度也有不同的要求，如果更加細(xì)致的分析，同一種農(nóng)作物在它整個(gè)生命周期中的不同階段以及一天中的不同時(shí)段對空氣濕度也有不同的需求。針對溫室中所種植不同類別的作物的不同特性，溫室控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制溫室保持相應(yīng)的濕度環(huán)境，保證當(dāng)前農(nóng)作物快速健康生長。同時(shí)濕度調(diào)控與溫度調(diào)控還存在一定的耦合關(guān)系，對其中一個(gè)因子調(diào)控常會(huì)帶來另外一個(gè)因子的變動(dòng)，而且影響較大。因此,在溫室環(huán)境控制中要綜合的考慮這兩個(gè)因素之間的耦合性.2.3.3光照強(qiáng)度陽光是農(nóng)作物生長必不可少的，沒有陽光，農(nóng)作物或植物就無法進(jìn)行光合作用,進(jìn)而農(nóng)作物無法生長發(fā)育。陽光是作物光合作用非常重要的條件，同時(shí)它又是控制農(nóng)作物光周期的因素。充足的光照可以促進(jìn)光合作用，使農(nóng)作物合成更多的有機(jī)物，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。如果光照不足或光照強(qiáng)度過強(qiáng)，都會(huì)極大的影響農(nóng)作物正常的光合作用,還會(huì)減退葉片的同化作用，造成植株脆弱,引發(fā)病蟲害，導(dǎo)致落花落果，產(chǎn)量低，質(zhì)量差等問題.在溫室中，內(nèi)部的光照強(qiáng)度與外部的光照強(qiáng)度有著明顯的相關(guān)性，但是與室外相比室內(nèi)的光照強(qiáng)度明顯較低。當(dāng)溫室內(nèi)光照強(qiáng)度不能滿足農(nóng)作物生長需求時(shí)，需要補(bǔ)光燈進(jìn)行補(bǔ)光。2.3。4二氧化碳二氧化碳也是農(nóng)作物進(jìn)行光合作用必不可少的，光合作用就是植物合成有機(jī)物的過程，而二氧化碳就是為這個(gè)過程提供了碳源，但是二氧化碳濃度過高和不足都影響作物的生長，在一定程度上會(huì)降低產(chǎn)量。一定量的提高二氧化碳濃度可以讓農(nóng)作物的物候期提前,提高農(nóng)作物體內(nèi)有機(jī)物含量.大部分農(nóng)作物的產(chǎn)量隨二氧化碳濃度升高而升高，并且還可以影響某些農(nóng)作物的蛋白質(zhì)、氨基酸和淀粉的含量。同時(shí)二氧化碳的充足還能保證作物幼苗期的質(zhì)量,促進(jìn)其快速生長,抑制或減輕疾病的發(fā)生.2。3.5土壤含水量土壤中總有一定間隙的，而占據(jù)了間隙的是水與空氣.當(dāng)水分含量太少時(shí),植物根系吸收的水分不充足，而植物的蒸騰作用又使植物失去大量水分，從而導(dǎo)致植物失水萎蔫.同時(shí)土壤缺乏水分時(shí)，造成土壤板結(jié)、裂縫的產(chǎn)生會(huì)將植物根系拉斷,嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致植物死亡。當(dāng)含水量過多時(shí),土壤縫隙中空氣所占的比例就很小,導(dǎo)致植物根系有氧呼吸大大減弱,植物根系被迫轉(zhuǎn)向無氧呼吸。無氧呼吸會(huì)生成酒精傷害作物根部，導(dǎo)致根部潰爛。嚴(yán)重時(shí)同樣致使植物枯萎死亡。3PLC概述3.1PLC簡介3。1。1PLC的產(chǎn)生和定義在PLC誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，起著不可替代的作用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求。繼電器控制系統(tǒng)通常是針對某一固定的動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)，他的控制功能也局限于邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些簡單的控制，一旦動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化,就必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、布線、裝配和調(diào)試,造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi).繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差.為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需求，并能在競爭激烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，擬定了10項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求,即:

1、編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；2、維護(hù)方便，最好是插件式；3、可靠性高于繼電器控制柜;4、體積小于繼電器控制柜;5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、在成本上可與繼電器控制柜競爭；

7、輸入可以是交流115V；8、輸出可以是交流115V、2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等；9、在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB；

根據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái)PLC，并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用成功。這種新型的工控裝置，以其體積小、可變性好、可靠性高、使用壽命長、簡單易懂、操作維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快就在美國的許多行業(yè)里得到推廣應(yīng)用,也受到了世界上許多國家的高度重視。1971年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了他們的第1臺(tái)PLC。1973年,西歐國家也研制出他們的第1臺(tái)PLC。我國從1974年開始研制，到1977年開始應(yīng)用于工控領(lǐng)域。在這一時(shí)期,PLC雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上PLC只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算等簡單功能，所以人們將它稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）簡稱為PLC。

20世紀(jì)70年代末至80年代初期,微處理器日趨成熟，使PLC的處理速度大大提高,增加了許多功能.在軟件方面，除了保持原有的邏緝運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊,并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，而且還提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器。為此,美國電氣制造協(xié)會(huì)將可編程序邏輯控制器,正式命名為編程序控制器(ProgrammableController），簡稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（PersonalComputer）混淆,故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的簡稱。

1985年，國際電工委員會(huì)(IEC）對PLC作出如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì).它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過數(shù)字的,模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。

由該定義可知：PLC是一種由“事先存貯的程序"來確定控制功能的工控類計(jì)算機(jī).

PLC它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的專用電子計(jì)算機(jī)。它是將邏輯運(yùn)算,順序控制，時(shí)序和計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容,經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的裝置。3.1.2PLC的發(fā)展現(xiàn)狀目前,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC已由最初一位機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。

現(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品,按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。其中,美國是PLC生產(chǎn)大國，有100多家PLC廠商,著名的有A—B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。歐洲PLC產(chǎn)品主要制造商有德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，韓國的三星（SAMSUNG）、LG等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品占有80%以上的PLC市場份額.

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，國內(nèi)PLC應(yīng)用市場仍然以國外產(chǎn)品為主.國內(nèi)公司在開展PLC業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競爭優(yōu)勢，如：需求優(yōu)勢、產(chǎn)品定制優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、服務(wù)優(yōu)勢、響應(yīng)速度優(yōu)勢。3。1。3PLC的發(fā)展趨勢

隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。(1)在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。一方面，大力發(fā)展速度更快、性價(jià)比更高的小型和超小型PLC.以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術(shù)完善的大型PLC方向發(fā)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對PLC的信息處理速度要求也越來越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來越大。（2）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流.PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力.各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn),以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分.

（3）向模塊化、智能化發(fā)展

為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。

(4)編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化

多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢.PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。3。1。4PLC的分類1）按I/O點(diǎn)數(shù)分類

PLC所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)分別稱為PLC的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)。其輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的數(shù)目之和稱為PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù),簡稱I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。

一般而言，PLC控制系統(tǒng)處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，則控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量也較大，要求PLC指令及其他功能比較多。按PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。

（1）小型機(jī)

小型PLC輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K字左右.小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，適合單機(jī)控制和小型控制系統(tǒng)。

(2）中型機(jī)

中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右.中型機(jī)適用于組成多機(jī)系統(tǒng)和大型控制系統(tǒng)。

(3）大型機(jī)

大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)載2084點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到16K字以上。大型機(jī)適用于組成分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的集散控制網(wǎng)絡(luò).

上述劃分沒有一個(gè)十分嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，一些小型PLC也具備中型或大型PLC的功能，這也是PLC的發(fā)展趨勢.

2)按結(jié)構(gòu)形式分類

按照PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整體式、模塊式兩大類。

（1）整體式結(jié)構(gòu)

把PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、電源等集成在一個(gè)基本單元中,其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便.基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口,通過電纜與擴(kuò)展單元相連，可配接特殊功能模塊。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)，S7-200系列屬整體式結(jié)構(gòu)。

(2）模塊式結(jié)構(gòu)

模塊式結(jié)構(gòu)的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊包括CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種特殊功能模塊等，使用時(shí)將這些模塊插在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架內(nèi)即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的。模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，裝配和維修方便，易于擴(kuò)展。

目前，中、大型PLC多采用模塊式結(jié)構(gòu)形式，如西門子的S7-300和S7—400系列.3.1。5PLC的特點(diǎn)

1）可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設(shè)備的可靠性要求很高，并且要有很強(qiáng)的抗干擾能力。PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作,平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，已被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。

PLC本身具有較強(qiáng)的自診斷功能，保證硬件核心設(shè)備（CPU、存儲(chǔ)器、I/O總線等）在正常情況下執(zhí)行用戶程序，一旦出現(xiàn)故障則立即給出出錯(cuò)信號(hào),停止用戶程序的執(zhí)行，切斷所有輸出信號(hào)，等待修復(fù)。PLC的主要模塊均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路,I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路。在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精確的考慮，在硬件上采用隔離，屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，在軟件上采用數(shù)字濾波等措施.與繼電器系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)相比，PLC更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求。

2）硬件配套齊全，使用方便,適應(yīng)性強(qiáng)

PLC是通過執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí),只要修改程序即可，最大限度地縮短了工藝更新所需要的時(shí)間。PLC的產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，而且PLC及配套產(chǎn)品的模塊品種多，用戶可以靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)線即可，不需要進(jìn)行大量且復(fù)雜的硬接線，并且PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器.

3)編程直觀、易學(xué)易會(huì)

PLC提供了多種編程語言，其中梯形圖使用最普遍。PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖的簡單指令形式。梯形圖與繼電原理圖相似，這種編程語言形象直觀,易學(xué)易懂，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，現(xiàn)場工程技術(shù)人員可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用.用戶在購買PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和進(jìn)行簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便

PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大為減少。同時(shí)PLC的用戶程序大部分可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場,進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試,既安全,又快捷方便。

PLC的故障率很低,并且有完善的自診斷和顯示功能.當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC的狀態(tài)指示燈顯示或編程器提供的信息迅速查找到故障原因，排除故障。

5）體積小,能耗低

由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、便于安裝,是機(jī)電一體化的理想控制器。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用PLC后,一般可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/10~1/2.3。1.6PLC的應(yīng)用

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用的范圍還在不斷擴(kuò)大,PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾類。

1)開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC的邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電系統(tǒng)控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單機(jī)控制,也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制等。如機(jī)床電氣控制、裝配生產(chǎn)線、電梯控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)以及各種生產(chǎn)線的控制。

2）運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。目前,大多數(shù)的PLC制造商都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能可廣泛用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)床、機(jī)器人、電梯等.

3）過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法.過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代的大、中型PLC一般都有閉環(huán)PID控制模塊，這一功能可以用PID子程序來實(shí)現(xiàn),而更多的是使用專用PID模塊來實(shí)現(xiàn).

4）數(shù)據(jù)處理

PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以通過通信接口傳送到指定的智能裝置進(jìn)行處理，或?qū)⑺鼈兇蛴溆?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng).

5）通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信包括PLC相互之間、PLC與上位機(jī)、PLC與其它智能設(shè)備間的通信.PLC與其它智能控制設(shè)備一起，可以構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的需要。3.2PLC的組成和工作原理3。2.1PLC的組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口和電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi),對于模塊式PLC,各部件獨(dú)立封裝成模塊,各模塊通過總線連接,安裝在機(jī)架或?qū)к壣?。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合.盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進(jìn)行簡單介紹。

1、中央處理單元（CPU）

同一般的微機(jī)一樣,CPU是PLC的核心.PLC中所配置的CPU隨機(jī)型不同而不同,常用有三類:通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等）。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。

目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8個(gè)CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個(gè)為位處理器,采用由各廠家設(shè)計(jì)制造的專用芯片。字處理器為主處理器,用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時(shí)器，監(jiān)視掃描時(shí)間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和位處理器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn)PLC編程語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換.位處理器的采用，提高了PLC的速度,使PLC更好地滿足實(shí)時(shí)控制要求.

在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能,指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面:接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù).2)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯(cuò)誤等。3）通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中.4)從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。5）根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制.有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。

2、存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，另一種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠家編寫的,和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改.

用戶程序是隨PLC的控制對象而定的,由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常,不需要改變，可將其固化在只讀存儲(chǔ)器EPROM中。現(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲(chǔ)器.工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū),這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的.根據(jù)需要,部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時(shí)可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū).由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系,所以在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲(chǔ)器的形式及容量是指用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng)PLC提供的用戶存儲(chǔ)器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能.

3、輸入/輸出單元

輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊,是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù),以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù)；同時(shí)PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實(shí)現(xiàn)控制目的.由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換.I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護(hù)。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口,有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量)輸入、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等.常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。常用的開關(guān)量輸出接口按輸出開關(guān)器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出.繼電器輸出接口可驅(qū)動(dòng)交流或直流負(fù)載，但其響應(yīng)時(shí)間長,動(dòng)作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應(yīng)速度快,動(dòng)作頻率高，但前者只能用于驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載，后者只能用于交流負(fù)載。PLC的I/O接口所能接受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為PLC輸入/輸出(I/O）點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一.當(dāng)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過PLC的I/O擴(kuò)展接口對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。

4、通信接口

PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接,可將控制過程圖像顯示出來；與其它PLC連接，可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?？刂啤Ｅc計(jì)算機(jī)連接,可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。5、智能接口模塊智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)模塊,通過總線與PLC相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨(dú)立地進(jìn)行工作。PLC的智能接口模塊種類很多,如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等.6、編程裝置編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲(chǔ)器接插口等部件組成.專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入.簡易編程器體積小、價(jià)格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上,或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試.有些簡易編程器帶有存儲(chǔ)盒，可用來儲(chǔ)存用戶程序，如三菱的FX-20P—E簡易編程器。智能編程器又稱圖形編程器,本質(zhì)上它是一臺(tái)專用便攜式計(jì)算機(jī)，如三菱的GP—80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序,使用更加直觀、方便,但價(jià)格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動(dòng)器，提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。專用編程器只能對指定廠家的幾種PLC進(jìn)行編程，使用范圍有限，價(jià)格較高。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢是使用以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)?；趥€(gè)人計(jì)算機(jī)的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大.它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。

7、電源

PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用.與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高,一般允許電源電壓在其額定值±15％的范圍內(nèi)波動(dòng)。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。

8、其它外部設(shè)備除了以上所述的部件和設(shè)備外，PLC還有許多外部設(shè)備,如EPROM寫入器、外存儲(chǔ)器、人/機(jī)接口裝置等。EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲(chǔ)器中的一種PLC外部設(shè)備。為了使調(diào)試好用戶程序不易丟失,經(jīng)常用EPROM寫入器將PLC內(nèi)RAM保存到EPROM中。PLC內(nèi)部的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)器。有時(shí)可用外部的磁帶、磁盤和用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作成的存儲(chǔ)盒等來存儲(chǔ)PLC的用戶程序,這些存儲(chǔ)器件稱為外存儲(chǔ)器.外存儲(chǔ)器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)存儲(chǔ)器之間相互傳送用戶程序。人/機(jī)接口裝置是用來實(shí)現(xiàn)操作人員與PLC控制系統(tǒng)的對話。最簡單、最普遍的人/機(jī)接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、LED顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。對于PLC系統(tǒng)，還可采用半智能型CRT人/機(jī)接口裝置和智能型終端人/機(jī)接口裝置。半智能型CRT人/機(jī)接口裝置可長期安裝在控制臺(tái)上,通過通信接口接收來自PLC的信息并在CRT上顯示出來；而智能型終端人/機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與PLC相連,也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入PLC網(wǎng)絡(luò)。3。2.2PLC的工作原理PLC的工作方式是循環(huán)掃描的方式.每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的?？删幊炭刂破鳎⑽姆QProgrammableLogicController，簡稱PLC。PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性,以及信息的使用等問題.特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。1、實(shí)現(xiàn)控制要點(diǎn)輸入輸出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。輸入輸出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序（不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序.系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái),同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理.用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序?？煽课锢韺?shí)現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出(OUTPUT）電路。PLC的I/O電路,都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個(gè)I或O電路。PLC有多少個(gè)I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路.但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)對應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對應(yīng)的這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計(jì)算機(jī)內(nèi)存交換信息通過計(jì)算機(jī)總線,并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新.PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū).這個(gè)區(qū)的每一對應(yīng)位（bit)稱之為輸入繼電器,或稱軟接點(diǎn)。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，位置成0為接點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以,它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對應(yīng)的.一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位（bit)與其對應(yīng),這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\(yùn)行系統(tǒng)程序,輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器.這個(gè)映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的.這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序。這是一個(gè)數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。2、實(shí)現(xiàn)控制過程簡單地說，PLC實(shí)現(xiàn)控制的過程一般是：輸入刷新——再運(yùn)行用戶程序—-再輸出刷新——再輸入刷新—-再運(yùn)行用戶程序—-再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著。圖3—1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時(shí)間關(guān)系。有了上述過程,用PLC實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的.因?yàn)椋河辛溯斎胨⑿?，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū);經(jīng)運(yùn)行用戶程序,輸出映射區(qū)將得到變換后的信息;再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài),并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個(gè)過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應(yīng)的時(shí)間上,略有滯后。當(dāng)然，這個(gè)滯后不宜太大，否則，所實(shí)現(xiàn)的控制不那么及時(shí)，也就失去控制的意義。為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是PLC實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。事實(shí)上，它的速度是很快的,執(zhí)行一條指令,多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點(diǎn)幾，或零點(diǎn)零幾微秒。而且這個(gè)速度還在不斷提高中。圖3—1所示的過程是簡化的過程，實(shí)際的PLC工作過程還要復(fù)雜些.除了I/O刷新及運(yùn)行用戶程序，還要做些公共處理工作。公共處理工作有：循環(huán)時(shí)間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。監(jiān)控循環(huán)時(shí)間的目的是避免"死循環(huán)"，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。辦法是用“看門狗”(Watchingdog）.只要循環(huán)超時(shí)，它可報(bào)警，或作相應(yīng)處理。外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對它的操作,或通過接口向輸出設(shè)備如打印機(jī)輸出數(shù)據(jù)。通訊處理是實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計(jì)算機(jī)，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的.這也是增強(qiáng)PLC控制能力的需要。也就是說，實(shí)際的PLC工作過程總是:公共處理——I/O刷新—-運(yùn)行用戶程序-—再公共處理——……反復(fù)不停地重復(fù)著。3、可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的方式用這種不斷地重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式.是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一種方式。此外，計(jì)算機(jī)用于控制還有中斷方式.在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應(yīng)后正運(yùn)行的程序停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷,又返回運(yùn)行原來程序.哪個(gè)控制需要處理，哪個(gè)就去申請中斷。哪個(gè)不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的.在中斷方式下，計(jì)算機(jī)能得到充分利用,緊急的任務(wù)也能得到及時(shí)處理。但是，如果同時(shí)來了幾個(gè)都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦,低的呢?可能會(huì)出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場的日常使用。但是,PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式.即，大量控制都用掃描方式，個(gè)別急需的處理，