可编程序控制器

计算机部件

可编程序控制器其实和微机差不多。由微处理器（CPU），存储器（ROM，RAM），输入/输出单元（I/O），编程器和电源。CPU相当于人的大脑，存储器是存储文件的。把文件扫描，在把文件打印出来，这是I/O的功能，相当与人的五官。编程器用于用户程序的编制，调试检查和监视，还可通过键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。电源是提供PLC的能源。

基本介绍

可编程序控制器的产生

20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产及多机群控的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制，代替传统的继电接触器控制。但采用小型计算机实现工业控制价格昂贵，输入、输出电路不匹配，编程技术复杂，因而没能得到推广和应用。

20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要，在1968年美国通用汽车公司首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为①它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；②它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来。但编程又比计算机简单易学、操作方便；③系统通用性强。

1969年美国数字设备公司根据上述要求，研制出世界上第一台可编程序控制器，并在通用公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动控制。其后日本、德国等相继引入，可编程序控制器迅速发展起来。但这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程序逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。

20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程逻辑控制器更多地具有计算机功能，不仅用逻辑编程取代硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程序控制器，简称PC（Programmablc Controller）。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

可编程序控制器的特点

（1）可靠性高，抗抗干扰能力强（平均无故障时间一般可达3—5万小时）

（2）维修方便

（3）灵活、通用

（4）功能完善

（5）接线简单

（6）编程简单，使用方便

可编程序控制器的工作原理

PLC的工作原理就是无限循环扫描，扫描过程是，初始化处理；处理输入信号阶段；程序处理阶段；处理输出信号阶段。扫描周期过程是T=（读入一点时间*点数）+（运算速度*程序步数）+故障诊断时间。

可编程序控制器的性能

（1）工作环境，一般PLC的工作的温度为0摄氏度到55摄氏度，最高为60摄氏度，存储温度为-20摄氏度至+85摄氏度；相对温度为5%~95%。（空气条件，周围不能混有可然性，易爆性和腐蚀性气体）

（2）耐振动，冲击性能强，一般PLC能承受振动和冲击频率为10~55HZ，振幅为0.5mm加速度为2g，冲击为10g

（3）循环扫描，一周期扫描时间为10ms左右，因此PLC故障率低，不易坏，可靠性高。

可编程序控制器应用场合

（1）开关量逻辑控制

（2）模拟量闭环控制

（3）数字量智能控制

（4）数据采集与监控

（5）通讯，联网及采集控制

可编程序控制器的分类

整体式：CPU单元，存储器，I/O单元，安装在同一机体内，构成主机。

组合式：所有单元都分散在模块上，不同的模块可以实现不同的功能。

小型机：控制点数100~500点左右。（整体试）

中形机：控制点数500~1000点左右。（整体试）

大型机：控制点数1000以上（组合试）。

设计理论

什么是开关量?什么是模拟量?

开关量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平，继电器线圈的通电和断电，触电的接通和断开，PLC可以直接输入和输出开关量信号。有的PLC（例如西门子的S7系列）将开关量称为数字量。

模拟量是连续变化的物理量，例如电压，温度，压力和转速等PLC，不能直接处理模拟量，需要用模拟量输入模块中的A/D转换器，将模拟量转换为与输入信号成正比的数字量。PLC中的数字量（例如PID控制器的输出）需要用模拟量输出模块中的D/A转换器将它们转换为与相应数字成比例电压或电流，供外部执行机构（例如电动调节阀或变频器）使用。

那么什么是开关量?什么是模拟量?

开关量不是通电，就是断电，或称为0和1，0代表通电，1代表断电。例如，按钮，开关，时间继电器，过电流压力继电器，这类属于输入，输出的有接触器，继电器，电磁阀，等

模拟量是一种连续变化的量，例如，输入的有：传感器，（好多种）输出的有：伺服电动机，电磁阀，距离，速度，等控制信号。

换句说法说：开关量是真实物体，而模拟量是一个虚拟物体，比如在电脑上画画等.

哪些编程语言最常用?

梯形图是使用最多的PLC图形语言。梯形图与继电器电路相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适合于开关量逻辑控制。

语句表是一种类似于微机的汇编语言的文本语言，多条语句组成一个程序段。语句表的输入方便快捷，还可以在没条语句的后面加上注释，便于复杂程序的阅读和理解。在设计通讯，数字运算等高级应用程序时建议使用语句表，语句表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，在设计有复杂的触电控制电路的程序时最好使用梯形图语言。

功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，一些复杂的功能（例如数字运算功能等）用指令框来表示，功能块图适合于熟悉数字电路的人使用。国内使用梯形图的人最多，指令表语言使用的也较多，欧洲人比较偏爱功能块图。

顺序功能图是一种位于其他编程之上的图形语言，是用来描述开关量控制系统的功能和编写顺序控制程序的有力工具。

结构文本是为IEC 61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。

梯形图有什么特点?

（1）PLC梯形图中的某些编程元件沿着继电器这一名称，例如输入继电器，输出继电器辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件，每一编程元件与PLC存储器中的元件映像寄存器的一个存储器单元相对应。以辅助继电器M0为例，如果对应的存储单元

（2）根据梯形图中的个触点的状态的逻辑关系，求出与图中个线对应的编程元件的ON/OFF的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下，从左到右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。

（3）编程元件的常开触点的状态来进行的。

（4）输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈。

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