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可程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一种固态电子装置，主要利用输入／输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU 处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC控制器，已有长足的进展。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。

个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

上世纪80年代至90年代中期是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

　1-1 什么是可程序逻辑控制器

　　早期的自动控制都是以继电器并配合计数器、定时器及传感器等控制组件以完成顺序控制的目的。

由于工业的变革，在生产制造方面，传统的方法已无法满足，因此有业者根据其需要，订出以下的规格，

希望有这样的控制器，能够改善传统的控制方式，藉以提高效率，增加产量。

　　1. 编程简单方便，可以在现场修改程序。

　　2. 硬件维护与检修简单。

　　3. 高度可靠性，能适应恶劣的工作环境。

　　4. 体积小。

　　5. 资料之读取和联机容易。

　　6. 价格具竞争性。

　　7. 扩展时，原系统只做很少的改变

　　基于以上之规格及广大市场之需求，促使PLC 迅速的发展。

　　PLC 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令，并藉 以控制工业的机械装置及流程。如下图所示为PLC 在应用方面的概念图。

　　PLC 是以微处理机为基础，综合了计算器与自动化技术而开发的工业控制装置，这种控制器按照 IEC 的定义是可程序逻辑控制器又称为PC 或PLC。这种装置，内部储存预先编写相应的程序， 待输入输出连接完成之后，PLC 运行这个程序，便可自动完成预定的操作，属于一种程序记忆型的电 子控制装置，亦可视为一般的继电器或定时器、计数器等集合体。

　　PLC 之操作模式乃藉监测按键、感应器及开关等等输入之信号，假如这些输入的信号被侦测到改变， 控制系统就会透过使用者所已经加载的程序作动作，产生相对应的输出信号。

　　一般PLC 有以下的功能规格，使用者可根据该规格，评估该PLC 是否符合所需之应用。

　　1. 输入点数：该PLC 能处理的信号点数。

　　2. 输出点数：该PLC 能控制的输出点数。

　　3. 定时器数量：该PLC 内部仿真的定时器数量。

　　4. 计数器数量：该PLC 内部仿真的计数器数量。

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　　5. PLC 支持指令：该PLC 所能处理及涵盖的指令范围。

　　6. 执行速度：PLC 执行每个指令的执行度，这关系到整个系统的扫描时间 (Scan-time)。

　　7. 使用者的程序空间：即PLC 程序所占有的大空间。

　　8. 程序输入的方式：由专有的书写器输入或是由其它方式加载。

　　9. 系统的扩充性：该PLC 可以再作哪一方面的扩展等等。

　　PLC 有效消除了许多传统上需要以继电器为主之系统的线路连接问题，它可以很简便地根据生产线 的需要重新规划控制线路，给予一个非常经济并且改变制造环境的弹性空间很大。

1-2 PLC 可程控器的内部结构：

PLC的构成

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从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

　　PLC 的基本结构如图1-1 所示，其各组成部分如下：

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1. 输入单元

　　这是各种输入信号 (动作命令信号及回授的检测信号) 的输入接口，为直流输入类型并采用光耦合隔离，可将外部信号与PLC 内部隔离。

　2. 输出单元

　　这是把PLC 处理结果即输出信号送给控制对象的输出点。输出点型式有继电器输出及晶体 管输出二种类型，可将PLC 内部信号与外部负载电源隔离。

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA0-20mA）、电压型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。

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除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或机架槽数限制。

　3. 中央处理单元 (CPU)

　　CPU 是PLC 的核心，它由控制器、运算器所组成。它由程序内存中顺序取出使用者的程序 指令，并对其译码，根据指令功能，发出有序的控制信号，从输入单元或组件区读取资料，在 运算器中进行处理，而后把处理结果给输出单元存入组件区。不断循环扫描整个程序区，实行预定的控制程序。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

    可编程控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
1.1实现控制要点
输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
输入输出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人（bbbbb）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。
I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。
输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序，输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。
1.2实现控制过程
简单地说，PLC实现控制的过程一般是：

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                          图1.1 PLC典型开机流程
输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……yongbu停止地循环反复地进行着。
图1.1所示的流程图反映的就是上述过程。它也反映了信息的时间关系。
有了上述过程，用PLC实现控制显然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是yongbu停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。
为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。
图1.1所示的过程是简化的过程，实际的PLC工作过程还要复杂些。除了I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。
公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。
监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用"看门狗"（Watchingdog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理.
外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据.
通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。
也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--……反复不停地重复着。
1.3可编程控制器实现控制的方式
用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。
在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。
但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。
PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现--信息处理、I/O电路--空间、时间关系--扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。