淺述對PLC的認(rèn)識

翟玉澎　代鎖蕾

摘 要：PLC（中文：可編程邏輯控制器），又稱為可編程控制器，是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的主要部分，出現(xiàn)于20世紀(jì)中期。自PLC出現(xiàn)以來，一直處于快速發(fā)展中，更是被稱為20世紀(jì)70年代的一場工業(yè)革命，其重要性不言而喻。IEC（國際電工委員會）于1982年11月發(fā)布了可編程邏輯控制器草案的第一稿，第二稿發(fā)布于1985年1月，第三稿發(fā)布于1987年2月，其中對可編程邏輯控制器做出了如下定義：“可編程序控制器屬于電子系統(tǒng)的一種，也是一種數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)，致力于解決工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際問題。它使用的存儲器是可編程的，可以解決數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯控制，此外，它的輸入和輸出包括數(shù)字量與模擬量的形式，可以控制機(jī)械生產(chǎn)過程。”

關(guān)鍵詞：PLC

1 PLC發(fā)展的進(jìn)程

最初PLC的出現(xiàn)要?dú)w功于美國通用汽車公司（GM），由于當(dāng)時(shí)的汽車生產(chǎn)線是由繼電器控制的，而繼電器系統(tǒng)耗電大、體積大、靈活性差，已不能適應(yīng)快速發(fā)展的需求。為了減少生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，通用公司決定招標(biāo)新一代的工業(yè)控制器，并提出了10條控制標(biāo)準(zhǔn)。第二年，DEC（中文：美國數(shù)字設(shè)備公司）根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出了世界上第一臺可編程序控制器PDP-14，并投入了實(shí)際生產(chǎn)。之后PLC得到了快速發(fā)展，日本、德國、法國等相繼研發(fā)出了自己的PLC。到了20世紀(jì)70年代中期，微處理器被用于PLC中，使其在原來邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)據(jù)處理、數(shù)值運(yùn)算等很多新功能，運(yùn)算速度的到了提高。之后PLC進(jìn)入快車道發(fā)展，特別是模擬量處理、數(shù)字運(yùn)算與I/O接口等方面取得了巨大進(jìn)步，并在過程控制方面逐步發(fā)展。目前，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，16位和32位微處理器的PLC 得到了快速發(fā)展，PLC的控制功能不斷增強(qiáng)，可靠性不斷提高，功耗和體積逐步降低。隨著智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特殊模塊的開發(fā)，PLC不僅能完成順序控制，也可以對模擬量控制和位置控制進(jìn)行更好的控制。此外還可以實(shí)現(xiàn)FMS（柔性制造），應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 現(xiàn)在，大多數(shù)用于執(zhí)行系統(tǒng)邏輯的控制元素都被PLC替代。

2 PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC內(nèi)部的存儲器是可用于編程的，除了可以存儲程序之外，還可以用來進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、順序控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制等指令的操作，并通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種機(jī)械生產(chǎn)過程。我們在應(yīng)用PLC之前，應(yīng)該首先了解PLC的基本結(jié)構(gòu)和原理。市場上的PLC種類繁多，但PLC的基本組成是大致相同的。PLC（可編程邏輯控制器）在本質(zhì)上是一種工業(yè)控制領(lǐng)域的專用計(jì)算機(jī)，在系統(tǒng)組成方面雖然與微型計(jì)算機(jī)稍有不同，但總體上是相似的。所有PLC系統(tǒng)都包含檢測輸入數(shù)據(jù)，處理和控制各種輸出的相同基本構(gòu)建塊，它包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器（編程軟件）五個(gè)部分。

PLC是用微處理器作為核心的電子系統(tǒng)，盡管各廠家的產(chǎn)品種類繁多，功能系統(tǒng)和指令系統(tǒng)也存在著一定的差異，但他們的結(jié)構(gòu)和工作原理大體上相同。PLC包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器等，如下圖1所示。我們?nèi)绻麑LC看成是一個(gè)系統(tǒng)，與輸入接口相連接的各種開關(guān)信號作為PLC的輸入變量，之后它們經(jīng)過PLC的輸入接口輸入到PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器中，然后PLC內(nèi)部對其進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理，再將處理后的信號送到輸出接口，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。

3 PLC的工作原理

PLC工作原理與工業(yè)計(jì)算機(jī)大致相同，但在說到應(yīng)用時(shí)，沒有必要用計(jì)算機(jī)的知識去對PLC做深入的分析，我們只需將PLC看成是由繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等等組成的一個(gè)控制系統(tǒng)，之后我們就可以將PLC等效成三部分，分別是輸入部分、邏輯控制部分與輸出部分。

輸入部分需要把輸入的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可以接受的電平信號，也就是要添加輸入模塊。而邏輯控制部分是由CPU與存儲器等組成的，在經(jīng)過數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算后，邏輯部分會輸出電平信號。輸出部分要將其轉(zhuǎn)換為外部部件所需要開關(guān)量信號，因此輸出部分需要添加輸出模塊。在這個(gè)過程中，PLC按照原先由編程器編寫好的控制程序，掃描各輸入接口的狀態(tài)，并逐條掃描用戶程序。經(jīng)過PLC內(nèi)部處理后，會輸出最后的信號，并用該信號驅(qū)動(dòng)外部的器件，以此達(dá)到控制的要求。

PLC是通過掃描的方式工作的，也就是使用的是順序掃描和循環(huán)不斷的方法。在PLC運(yùn)行的時(shí)候，CPU會根據(jù)事先編寫好的程序（這些程序按照控制要求編寫好并存放于用戶存儲器中），依照地址號（或指令步序號）作循環(huán)的周期性的掃描。在這個(gè)過程中，跳轉(zhuǎn)指令不出現(xiàn)的情況下，程序會從第一條指令開始并逐條依次執(zhí)行，一直到程序完結(jié)。結(jié)束后，程序會再次返回到第一條指令，并重新開始下一輪的掃描。在每次工作的過程中，PLC還要收集輸入信號以及及時(shí)的刷新輸出情況等工作。

在PLC開始使用后，我們可以將它的工作過程分為三個(gè)階段，分別是輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。一個(gè)掃描周期包括這三個(gè)階段，在PLC運(yùn)行的過程中，PLC的CPU會重復(fù)掃描這三個(gè)階段，完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。

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