PLC簡介
可程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入／輸出裝置的回授信號及儲(chǔ)存程序，控制機(jī)械或程序的操作。在工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)中，PLC因?yàn)榫邆鋬r(jià)格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性佳的特點(diǎn)，故一直為自動(dòng)化業(yè)界所采用。近幾年來，各PLC制造廠家無不致力于新機(jī)種的研發(fā)，所以在CPU 處理速度、擴(kuò)展模塊及通訊的功能上，相較于早期PLC控制器，已有長足的進(jìn)展。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC)。
個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡稱PC)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。
上世紀(jì)80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
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)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。
1-1 什么是可程序邏輯控制器 早期的自動(dòng)控制都是以繼電器并配合計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及傳感器等控制組件以完成順序控制的目的。 由于工業(yè)的變革，在生產(chǎn)制造方面，傳統(tǒng)的方法已無法滿足，因此有業(yè)者根據(jù)其需要，訂出以下的規(guī)格， 希望有這樣的控制器，能夠改善傳統(tǒng)的控制方式，藉以提高效率，增加產(chǎn)量。 1. 編程簡單方便，可以在現(xiàn)場修改程序。 2. 硬件維護(hù)與檢修簡單。 3. 高度可靠性，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。 4. 體積小。 5. 資料之讀取和聯(lián)機(jī)容易。 6. 價(jià)格具競爭性。 7. 擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只做很少的改變 基于以上之規(guī)格及廣大市場之需求，促使PLC 迅速的發(fā)展。 PLC 能儲(chǔ)存如順序指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、演算指令、數(shù)據(jù)控制指令以及通訊指令，并藉 以控制工業(yè)的機(jī)械裝置及流程。如下圖所示為PLC 在應(yīng)用方面的概念圖。 PLC 是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算器與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的工業(yè)控制裝置，這種控制器按照 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)的定義是可程序邏輯控制器又稱為PC 或PLC。這種裝置，內(nèi)部儲(chǔ)存預(yù)先編寫相應(yīng)的程序， 待輸入輸出連接完成之后，PLC 運(yùn)行這個(gè)程序，便可自動(dòng)完成預(yù)定的操作，屬于一種程序記憶型的電 子控制裝置，亦可視為一般的繼電器或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等集合體。 PLC 之操作模式乃藉監(jiān)測按鍵、感應(yīng)器及開關(guān)等等輸入之信號，假如這些輸入的信號被偵測到改變， 控制系統(tǒng)就會(huì)透過使用者所已經(jīng)加載的程序作動(dòng)作，產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出信號。 一般PLC 有以下的功能規(guī)格，使用者可根據(jù)該規(guī)格，評估該P(yáng)LC 是否符合所需之應(yīng)用。 1. 輸入點(diǎn)數(shù)：該P(yáng)LC 能處理的信號點(diǎn)數(shù)。 2. 輸出點(diǎn)數(shù)：該P(yáng)LC 能控制的輸出點(diǎn)數(shù)。 3. 定時(shí)器數(shù)量：該P(yáng)LC 內(nèi)部仿真的定時(shí)器數(shù)量。 4. 計(jì)數(shù)器數(shù)量：該P(yáng)LC 內(nèi)部仿真的計(jì)數(shù)器數(shù)量。 5. PLC 支持指令：該P(yáng)LC 所能處理及涵蓋的指令范圍。 6. 執(zhí)行速度：PLC 執(zhí)行每個(gè)指令的執(zhí)行度，這關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的掃描時(shí)間 (Scan-time)。 7. 使用者的程序空間：即PLC 程序所占有的******空間。 8. 程序輸入的方式：由專有的書寫器輸入或是由其它方式加載。 9. 系統(tǒng)的擴(kuò)充性：該P(yáng)LC 可以再作哪一方面的擴(kuò)展等等。
PLC 有效消除了許多傳統(tǒng)上需要以繼電器為主之系統(tǒng)的線路連接問題，它可以很簡便地根據(jù)生產(chǎn)線 的需要重新規(guī)劃控制線路，給予一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)并且改變制造環(huán)境的彈性空間很大。
1-2 PLC 可程控器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：
PLC的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示，其各組成部分如下：
1. 輸入單元
這是各種輸入信號 (動(dòng)作命令信號及回授的檢測信號) 的輸入接口，為直流輸入類型并采用光耦合隔離，可將外部信號與PLC 內(nèi)部隔離。
2. 輸出單元 這是把PLC 處理結(jié)果即輸出信號送給控制對象的輸出點(diǎn)。輸出點(diǎn)型式有繼電器輸出及晶體 管輸出二種類型，可將PLC 內(nèi)部信號與外部負(fù)載電源隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA0-20mA）、電壓型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其******數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受******的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。
3. 中央處理單元 (CPU) CPU 是PLC 的核心，它由控制器、運(yùn)算器所組成。它由程序內(nèi)存中順序取出使用者的程序 指令，并對其譯碼，根據(jù)指令功能，發(fā)出有序的控制信號，從輸入單元或組件區(qū)讀取資料，在 運(yùn)算器中進(jìn)行處理，而后把處理結(jié)果給輸出單元存入組件區(qū)。不斷循環(huán)掃描整個(gè)程序區(qū)，實(shí)行預(yù)定的控制程序。
CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶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，去指揮有關(guān)的控制電路。
在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 |
