可編程邏輯控制器

可編程序邏輯控制器PLC（Programmable logic Controller），又稱可編程序控制器PC（Programmable Controller），是微機技術與繼電器常規控制技術相接合的產物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機。

自1969年針對工業自動控制的特點和需要而開發的第一台PLC問世以來，迄今已經30多年了，它的發展雖然包含了前期控制技術的繼承和演變，但又不同於順序控制器和通用的微機控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優點來滿足各種工業領域的實時控制要求，同時也照顧到現場電器操作維護人員的技能和習慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟體結構，使用戶程序的編製清晰直觀、方便易學，調試和查錯都很容易。用戶買到所需PLC后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編製工作，就可靈活而方便地將PLC應用於生產實踐。而用戶程序的編製、修改和調試不需要具有專門的計算機編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機技術的普遍應用。可編程序控制器PLC在現代工業自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。PLC現已成為現代工業控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能、易於與計算機介面、能對模擬量進行控制、具備告訴計數與位控等高性能模塊等優異性能，日益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、計數繼電器等組成的傳統繼電－接觸控制系統在機械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通、等行業得到廣泛應用。PLC的應用深度和廣度已經成為一個國家工業先進水平的重要標誌之一。

由於目前各國生產的PLC種類繁多、性能規模各異、指令系統不盡相同。

最初的可編程邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能(IO控制)，所以被命名為可編程邏輯控制器，後來隨著不斷的發展，這些當初功能簡單的計算機模塊已經有了包括邏輯控制，時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能，名稱也改為可編程式控制制器（ProgrammableController），但是由於它的簡寫也是PC與個人電腦（PersonalComputer）的簡寫相衝突，也由於多年來的使用習慣，人們還是經常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，並在術語中仍沿用PLC這一縮寫。

現在工業上使用可編程邏輯控制器(PLC)已經相當接近於一台輕巧型電腦所構成，甚至已經出現整合個人電腦(採用嵌入式操作系統)與PLC架構的PC-BASE控制器，能透過數位或類比輸入/輸出模組控制機器設備、製造處理流程、及其它控制模組的電子系統。PLC可接收(輸入)及發送(輸出)多種型態的電氣或電子訊號，並使用他們來控制或監督幾乎所有種類的機械與電氣系統。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。在工業控制領域中，PLC控制技術的應用已成為工業界不可或缺的一員。

1987年2月國際電工委員會(IEC)在其標準中將PLC定義為：

可程式邏輯控制器是一種數位運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它採用一類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可程式邏輯控制器及其有關外部設備，都按易於與工業控制系統聯成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。

可編程邏輯控制器實質是一種專用於工業控制的計算機，其硬體結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：

一、電源

可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的製造商對電源的設計和製造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)範圍內，可以不採取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。

二、中央處理單元(CPU)

中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統程序賦予的功能接收並存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，並能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，並分別存入I/O映象區，然後從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之後，最後將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還採用雙CPU構成冗餘系統，或採用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

三、存儲器

存放系統軟體的存儲器稱為系統程序存儲器。

四、輸入輸出介面電路

1．現場輸入介面電路由光耦合電路和微機的輸入介面電路，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的介面界面的輸入通道。

2．現場輸出介面電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出介面電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。

五、功能模塊

如計數、定位等功能模塊。

六、通信模塊

美國的A-B（Allen-Bradly）公司-AB PLC，

GE（General Electric）公司-通用PLC，

日本的三菱電機（Mitsubishi Electric）公司-三菱PLC，

歐姆龍（OMRON）公司-歐姆龍PLC，

德國的AEG公司-AEG PLC、

西門子（Siemens）公司-西門子PLC，

法國的TE（Telemecanique）-TE PLC

以上是一些國際比較知名的，而國產的有：

台達PLC

匯川PLC

在可編程邏輯控制器系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的、標準的，按照易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，可編程邏輯控制器的系統硬體、軟體配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利於縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和範圍確定所需的操作和動作，然後根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性等，最後選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統。

I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據製造廠商可編程邏輯控制器的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬體存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小於存儲器容量。設計階段，由於用戶應用程序還未編製，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之後才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常採用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10～15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量。

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程 功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1、運算功能

簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較複雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用於模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要解碼和編碼等運算。2、控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用於順序邏輯控制，因此，大多數場合常採用單迴路或多迴路控制器解決模擬量的控制，有時也採用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節省存儲器容量。例如採用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。3、通信功能

大中型可編程邏輯控制器系統應支持多種現場匯流排和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網路。

可編程邏輯控制器系統的通信介面應包括串列和并行通信介面、RIO通信口、常用DCS介面等；大中型可編程邏輯控制器通信匯流排（含介面設備和電纜）應1：1冗餘配置，通信匯流排應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

可編程邏輯控制器系統的通信網路中，上級的網路通信速率應大於1Mbps，通信負荷不大於60%。可編程邏輯控制器系統的通信網路主要形式有下列幾種形式：

1）PC為主站，多台同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網路；

2）1台可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構成主從式可編程邏輯控制器網路；

3）可編程邏輯控制器網路通過特定網路介面連接到大型DCS中作為DCS的子網；

4）專用可編程邏輯控制器網路（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網路）。

為減輕CPU通信任務，根據網路組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場匯流排、）通信處理器。

4、編程功能

離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現場控制，並在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編製的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常採用。

五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

5、診斷功能

可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬體和軟體的診斷。硬體診斷通過硬體的邏輯判斷確定硬體的故障位置，軟體診斷分內診斷和外診斷。通過軟體對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟體對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，並影響平均維修時間。

6、處理速度

可編程邏輯控制器採用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小於掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。

處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟體質量等有關。目前，可編程邏輯控制器接點的響應快、速度高，每條二進位指令執行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大於0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大於0.2ms/K。

可編程邏輯控制器按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。

整體型可編程邏輯控制器的I/O點數固定，因此用戶選擇的餘地較小，用於小型控制系統；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用於大中型控制系統。

現在市面上所使用的PLC控制系統大致可以分成三類：分別是集中式，遠程式，分散式控制。

下面就先簡單介紹一下功能：

1.集中式：系統是用一個PLC控制一台設備，主要用於輸入，輸出點數少的，設備放置位置比較集中，且相互之間的動作有一定聯繫的場合，其特點是控制結構簡單。

2.遠程式：是指控制單元遠離設備現場，PLC通過通信電纜與被控制的設備進行信息傳遞。此系統一般用於被控制的設備十分分散或者工作條件非常惡劣的場合，特點就是採用了遠程通信模塊，提高了系統的成本和複雜性。

3.分散式：用於控制多台設備的大型控制系統，每個設備之間的數據信息傳遞場合。起特點就是靈活性強，控制範圍大，但是需要增強用於通信和設備硬體的成本，系統的複雜性也更大。

購買編程式控制制器一定要選擇好適用自己的品牌，按自己的要求去選擇更好的產品，第二要選擇好的供應廠家，市場進口產品有大量的翻新與高仿機，這就好比買手機，國產山寨的與進口的品質上還是有一定的差距。