Plc是什么

Plc是什么——Plc定義

　　在國際電工委員會(IEC)的標(biāo)準(zhǔn)中，可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)的定義為：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？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)成一個整體，易于擴充其功能的原則進行設(shè)計。

　　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，后來隨著不斷的發(fā)展，這些當(dāng)初功能簡單的計算機模塊已經(jīng)有了包括邏輯控制，時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能，名稱也改為可編程控制器(Programmable Controller)，但是由于它的簡寫也是PC與個人電腦(Personal Computer)的簡寫相沖突，也由于多年來的使用習(xí)慣，人們還是經(jīng)常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，并在術(shù)語中仍沿用PLC這一縮寫。

　　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數(shù)器才能組成具有相同功能的自動化系統(tǒng)，而現(xiàn)在，經(jīng)過編程的簡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。可編程邏輯控制器的系統(tǒng)程序一般在出廠前已經(jīng)初始化完畢，用戶可以根據(jù)自己的需要自行編輯相應(yīng)的用戶程序來滿足不同的自動化生產(chǎn)要求。

　　現(xiàn)在工業(yè)上使用可編程邏輯控制器已經(jīng)相當(dāng)接近于一臺輕巧型電腦所構(gòu)成，甚至已經(jīng)出現(xiàn)整合個人電腦(采用嵌入式操作系統(tǒng))與PLC結(jié)合架構(gòu)的可編程自動化控制器(Programmable Automation Controller，簡稱PAC)，能透過數(shù)字或模擬輸入/輸出模組控制機器設(shè)備、制造處理流程、及其它控制模組的電子系統(tǒng)。可編程邏輯控制器廣泛應(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。

　　圖1：常見的可編程邏輯控制器外觀

Plc是什么——發(fā)展歷史

　　常見的可編程邏輯控制器外觀可編程控制器的興起與美國現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。PLC源起于1960年代，當(dāng)時美國通用汽車公司，為解決工廠生產(chǎn)線調(diào)整時，繼電器順序控制系統(tǒng)之電路修改耗時，平時檢修與維護不易等問題。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，汽車制造業(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、定時器以及專門的閉回路控制器來實現(xiàn)。它們體積龐大、有著嚴(yán)重的噪音，不但每年的維護工作要耗費大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。

　　針對這些問題，美國通用汽車公司在1968年向社會公開招標(biāo)，要求設(shè)計一種新的系統(tǒng)來替換繼電器系統(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PDP-14控制器，并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。由于當(dāng)時系統(tǒng)主要用于順序控制、只能進行邏輯運算，所以被命名為可編程邏輯控制器(PLC)。最早期的PLC只具有簡易的邏輯開/關(guān)(on/off)功能，但比起傳統(tǒng)繼電器控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與不占空間等優(yōu)點。

　　1970年代初期，PLC引進微處理機技術(shù)，使得PLC具有算術(shù)運算功能與多比特之?dāng)?shù)字信號輸出/輸入功能，并且能直接以階梯圖符號進行程序編寫。這項新技術(shù)的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。日本在1971年從美國引進了這項技術(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技術(shù)。中國則于1977年研制成功自己的第一臺可編程邏輯控制器，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PLC高速通訊網(wǎng)絡(luò)功能，同時加入一些特殊輸出/輸入界面、人機界面、高功能函數(shù)指令、資料收集與分析能力等功能。

　　PLC功能早已不止當(dāng)初數(shù)字邏輯之運算功能，因此近年來PLC常簡稱為可編程控制器(Programmable Controller)。

Plc是什么——PLC內(nèi)部運作方式

　　雖然PLC所使用的流程圖程序中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程序編程方式做邏輯控制，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需硬件空間。實際上PLC執(zhí)行流程圖程序的運作方式是逐行的先將程序碼以掃描方式讀入CPU中并最后執(zhí)行控制運作。整個掃描過程包括三大步驟“輸入狀態(tài)檢查”、“程序執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”，具體說明如下：

　　圖2：PLC內(nèi)部運作架構(gòu)

　　步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：

　　PLC首先檢查輸入端元件所連接各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)(1或0代表開或關(guān))，并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應(yīng)位置Xn。

　　步驟二“程序執(zhí)行”：

　　將階梯圖程序逐行取入CPU中運算，若程序執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)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，并且重回步驟一。

　　此三步驟稱為PLC掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC反應(yīng)時間，PLC輸入信號時間若小于反應(yīng)時間，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)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程序結(jié)束再生”。

Plc是什么——硬件結(jié)構(gòu)：

　　可編程邏輯控制器硬件構(gòu)成一般分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式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，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內(nèi)存、電源模組、底板或機架。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　圖3：可編程邏輯控制器硬件構(gòu)成

　　圖4：可編程邏輯控制器功能概況

　　1，電源模組：

　　有些PLC中的電源是與CPU模組合二為一的，但有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源，同時有的電源還為輸入電路提供24V的工作電源。電源如果為交流電源通常為220VAC或110VAC，若為直流電源常用的為24V。

　　2，中央處理單元：

　　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程序和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)劃的暫存器中，同時，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誤等。進入運行后，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，與個人電腦一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(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。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。

　　3，內(nèi)存：

　　內(nèi)存主要用于存儲程序及資料，是PLC不可缺少的組成單元。PLC內(nèi)部會存放撰寫完成編輯的程序指令及資料，通常也可使用RAM或EEPROM等專用內(nèi)存卡片方式擴充，但擴充能力得依各廠牌與型號有所不同。

　　4，輸入/輸出單元：

　　PLC的對外功能主要是通過各種輸入/輸出模組實現(xiàn)與外界聯(lián)系的，按I/O點數(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)量受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。

　　輸入單元是用來連結(jié)擷取輸入元件的信號動作并透過內(nèi)部總線將資料送進內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動程序指令部分。

　　輸出單元是用來驅(qū)動外部負載的接口，主要原理是由CPU處理PLC內(nèi)的程序指令，判斷驅(qū)動輸出單元進而控制外部負載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣(油)壓閥等。

　　5，通訊：

　　現(xiàn)在PLC大多具有可擴充通信網(wǎng)絡(luò)模組的功能，簡單的PLC以BUS纜線或RS-232方式進行通信，較高級的PLC會采用USB或以太網(wǎng)通信。它使PLC與PLC之間、PLC與個人電腦以及其他智慧設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一整體，實現(xiàn)分散集中控制。現(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，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。PLC通訊協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)可分為RS-232、RS-422、RS-432、RS-485、IEEE 1394、IEEE-488(GPIB)。

Plc是什么——外部設(shè)備

　　外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類：

　　1， 編程設(shè)備：

　　有簡易編程器和智慧圖形編程器，用于編程、對系統(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開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。

　　2，監(jiān)控設(shè)備：資料監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視資料或通過畫面監(jiān)視資料。

　　3，存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟碟或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶資料，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。

　　4，輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器，打印機等。

Plc是什么——程序設(shè)計

　　PLC的編程語言與一般電腦編程語言相比，既不同于高階語言，也不同于一般的組合語言，而是既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種編程語言對各廠家產(chǎn)品都能相容。IEC 61131-3是一個國際標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)范了PLC相關(guān)的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，讓使用者在不更改軟件設(shè)計的情況下可以輕易更換PLC硬件。IEC 61131-3主要提供了五種編程語言，包含：

　　1. 指令表(Instruction List，IL或Statement List，SL)：

　　類似組合語言的描述文字。由指令語句系列構(gòu)成，如Mitsubishi FX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS與OUT等，一般配合書寫器寫入程序，而書寫器只能輸入簡單的指令，與電腦程序中的階梯圖比較起來簡單許多。書寫器不太直觀，可讀性差，特別是遇到較復(fù)雜的程序，更難讀;但其優(yōu)點就是不需要電腦就可以更改或察看PLC內(nèi)部程序。使用書寫器時，必須注意的是PLC指令中輸出有優(yōu)先次序，其中若有輸出至相同的單元時(如Y000)，輸出的優(yōu)先次序以位址越大優(yōu)先次愈越高，一般不容易從書寫器中察覺所輸入的單元。

　　2. 結(jié)構(gòu)式文件編程語言(Structured Text，ST)：

　　類似PASCAL與C語言的語法，適合撰寫較復(fù)雜的算法，除錯上也比階梯圖要容易得多。ST語言類似于編程語言的特性，因此可利用與微電腦及個人電腦相同的程序設(shè)計技術(shù)進行階梯式語言所難以執(zhí)行的復(fù)雜計算，完成程序的建立。

　　3. 階梯圖(Ladder Programming，LAD)：類似于傳統(tǒng)上以繼電器控制接觸器的階梯圖，梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。

　　它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載(LD)指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令(含LD指令)，以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為資料控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應(yīng)的工作。

　　4. 順序功能流程圖(Sequential Function Chart，SFC)：

　　類似于流程設(shè)計(Flow Design)，流程圖中的步驟組合而完成，主要是規(guī)劃動作順序的流程圖，故謂之順序功能流程圖。所謂步序式控制，即是一步一步控制，而這一步與上一步是有關(guān)連性的，有順序性的。必須有上一個動作(STL)，才會啟動(SET)下一個動作(STL)。

　　5.功能圖(Function Chart Programming，F(xiàn)BD)：以畫電路圖的方式來寫PLC程序。常用的程序及回路可透過FB(功能區(qū)塊)的建立輕易地重復(fù)利用。

　　圖5：PLC程序設(shè)計示意圖

　　其他一些高檔的PLC還具有與電腦相容的C語言、BASIC語言、專用的高階語言(如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP、富士電機的Micrex-SX系列)，還有用布爾邏輯語言、通用電腦相容的組合語言等。

Plc是什么——特性

　　PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。美國通用汽車公司在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：

　　1.編程方便，現(xiàn)場可修改程序;

　　2.維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu);

　　3.可靠性高于繼電器控制裝置;

　　4.體積小于繼電器控制裝置;

　　5.數(shù)據(jù)可直接送入計算機;

　　6.成本可與繼電器控制裝置競爭;

　　7.輸入可以是交流115V;

　　8.輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等;

　　9.在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更;

　　10.用戶程序存儲器容量能擴展。

Plc是什么——與單片機的區(qū)別：

　　1.PLC的核心控制器采用單片機，是建立在單片機之上的產(chǎn)品，單片機是一種集成電路，兩者不具有可比性。

　　2.單片機可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一個特例。

　　3.不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進。這正是PLC獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。而單片機應(yīng)用系統(tǒng)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護都很困難。

　　從工程的角度，PLC與單片機系統(tǒng)的選用原則也是不同的：

　　1.對單項工程或重復(fù)數(shù)極少的項目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。

　　2.對于量大的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗。最好的方法是單片機系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡化單片機系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證。

Plc是什么——PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點和差異

　　1，PLC

　　(1)從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運送處理，是從下往上的。

　　(2)連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中。

　　(3)可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。

　　(4)也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。

　　(5)PLC網(wǎng)格既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。

　　(6)大系統(tǒng)同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。

　　(7)PLC網(wǎng)絡(luò)如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4(錯了，去掉)、S5、S6(錯了，去掉)、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。

　　(8)主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。

　　(9)制造商：GOULD(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON(日)、MITSUBISHI(日)、Siemens(德)等。

　　2，DCS或TDCS

　　(1)分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)TDCS是集4C(Communication，Computer， Control、CRT)技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。

　　(2)從上到下的樹狀拓撲大系統(tǒng)，其中通信(Communication)是關(guān)鍵。

　　(3)PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。

　　(4)是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。

　　(5)模擬信號，A/D—D/A、帶微處理器的混合。

　　(6)一臺儀表一對線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。

　　(7)DCS是控制(工程師站)、操作(操作員站)、現(xiàn)場儀表(現(xiàn)場測控站)的3級結(jié)構(gòu)。

　　(8)缺點是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，大DCS系統(tǒng)是各家不同的。

　　(9)用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。

　　(10)制造商：Bailey(美)、Westinghous(美)、HITACH(日)、LEEDS NORTHRMP(美)、SIEMENS(德)、Foxboro(美)、ABB(瑞士)、Hartmann Braun(德)、Yokogawa(日)、Honewell(美國)、Taylor(美)等。

　　3，F(xiàn)CS

　　(1)基本任務(wù)是：本質(zhì)(本征)安全、危險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。

　　(2)全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。

　　(3)用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。

　　(4)在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。

　　(5)多變量、多節(jié)點、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點、并行、模擬系統(tǒng)。

　　(6)是互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。

　　(7)用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。

　　(8)由現(xiàn)場電腦操縱，還可掛到上位機，接同一總線的上一級計算機。

　　(9)局域網(wǎng)，再可與internet相通。

　　(10)改變傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。

　　(11)制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。

　　(12)3類FCS的典型

　　1)連續(xù)的工藝過程自動控制如石油化工，其中“本安防爆”技術(shù)是絕對重要的，典型產(chǎn)品是FF、WorldFIP、Profibus—PA;

　　2)分立的工藝動作自動控制如汽車制造機器人、汽車，典型產(chǎn)品是Profibus—DP、CANbus;

　　3)多點控制如樓宇自動化，典型產(chǎn)品是LON Work、Profibus—FMS。

　　圖6：PLC控制系統(tǒng)示意圖

　　參考資料：

最經(jīng)典的PLC實用案例匯總，包括原理、設(shè)計技巧、選型要素

　　可編程邏輯控制器PLC使用方便，編程簡單，性價比高，在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用極廣。本文為大家介紹了10個PLC實用案例設(shè)計方案。

基于PLC的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方案

　　觸摸屏作為人機交互界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點的使用以及減輕系統(tǒng)外部按鈕開關(guān)的連線復(fù)雜程度，同時也提高了運行維護的方便性。隨著工業(yè)現(xiàn)場對控制設(shè)備小型化、易操作化、智能化的要求的不斷提高，基于PLC和觸摸屏的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用前景將非常廣闊。

基于PLC和M2M的智能控制器設(shè)計

　　M2M泛指人、機器之間建立連接的所有技術(shù)和手段，其中M可以是人(Man)，也可以是機器(Machine)，在現(xiàn)有的許多大型工程裝備類行業(yè)，通常采用可編程邏輯控制器PLC作為設(shè)備的控制系統(tǒng)