基于可編程控制器的自動控制

方園

摘要：PLC是利用微機技術再結合繼電器常規控制概念而產生的，從某一方面將，PLC就可以當做是計算機系統，它與一般的計算機相比，他有特備的輸入，輸出接口用來連接工業過程，它有專門的編程語音去滿足控制要求，由于自身強大的特性，使其具有較強的適應能力，且其信息傳輸較為穩定。所以PLC適于在生產車間應用的監控微機，其主要由硬件與軟件兩大系統構成，和一般微型計算機系統相似。

關鍵詞：PLC；可編程控制器；自動控制；分析

1可編程序控制器的硬件系統

其硬件系統包含有以下幾部分：主機系統、輸入，輸出拓展環節及其外部裝備。

1.1主機系統

（1）微處理器單元（central Processing Unit，CPU）。PLC的核心是CPU，CPU有微處理器和控制接口電路組成。在PLC中，微處理器的作用是對運算進行控制，它也是運算控制中心，它能夠進行邏輯運算并對控制系統的內部工作起到協調作用。它完全是執行系統程序所發出的指令。

（2）存儲器。在PLC中，存儲器是用來存放數據、用戶程序和運行數據。它分為只讀存儲器（ROM）和隨機存取存儲器（RAM）兩種。其中只讀存儲器（ROM）是只能讀不能儲存，而隨機存取存儲器（RAM）卻可以隨時取出和存儲。

（3）輸入/輸出模塊單元。處于PLC系統中，該模塊單元的功能即是運用模塊接口通過接連線路已實現相關工業設施與生產狀況的監控與監測。經該模塊輸入接口，將所收集的信息進行處理，并將處理的結果信息經輸出接口傳出以實現系統的協調運作。信息經輸入模塊接口傳人到PLC系統中，經系統處理后獲得設備運作的相關參數；再經輸出接口將獲得參數傳出，并開始對生產相關設備的參數進行調節。以實現相關功能。在PLC中。儲存有各類參數的子系統。其存在是為了保障PLC較強的適應性。

（4）I/O擴展接口。其功能是為了拓寬PLC中的數據輸入與輸出數量與類別的設備，該接口可以實現多種類輸入，輸出單元和PLC之間的連接，此外其本身的存在串、并接口，進一步拓展了連接輸出模式。

（5）外設I/O接口。在PLC系統中，其主要功能是人機指令、機機指令相互聯系的媒介。其主要實現系統與外部設施之間的聯系，同時也能夠實現與其他PLC系統的連接。其接口型號通常是RS232C或RS422A。其連接方式通常是串行，該接口的作用在于實現數據變換、信息的辨別、驗證數據信息是否準確、及其信息平臺變換等。對于型號較小的PLC中，該接口采取并行方式，可以與專業的編碼器相連。

（6）電源。其功能是實現系統動力源。具體的作用是實現外部高壓電源轉換成系統內部所需要的適配電源，其開關電源與外部電源相連接。該單元還包含斷電保護與備用電源，保障系統在突然斷電后系統的主要部分單元還能實現數據保存的相關功能，例如RAM數據存儲功能。PLC系統中，電源采用的模式均是開關模式。其優點如下：可以適應多種外部電源環境、質輕體小、較快實現系統運作、避免干擾性能較好。

1.2輸入/輸出擴展環節

該環節屬于PLC的輸入與輸出的拓展結構，當工作人員在需求系統不能達到時。可以通過該環節來處理。該環節常與PLC的輸入/輸出系統連接，其主要存在的種類有兩種，簡單與智能兩類。簡單類的輸入/輸出拓展過程沒有CPU。對外處理的方式主要靠主機指令來進行調配，主要基于主機的軟件系統的執行。一般裝在靠近主機處，并經并行接口與主機進行數據傳遞，通常這種簡單類型多被小型的PLC系統采用。智能型拓展接口其內部常存在有CPU，其功能是實現工作現場的信息的輸入與輸出的監管。不需要將信息傳遞給主機。一般采用串行方式和主機進行信息的傳遞，能與主機分開裝置，常用于大型的PLC中。

1.3外部設備

（1）編程器。其功能是實現對PLC程序的編寫與調節。是實現人機對話的窗口。經過該裝置能將外部所需的信息編入到系統的RAM當中，或針對RAM當中的原有程序的進行改編。經該裝置能夠實現對PLC系統的運行的監控與追蹤，可以較為方便實現程序的編寫與調節。

此外能實現編輯器功能方式，即是運用微機與PLC相關的生產者供給的程序相配合實現編輯器的功能，像這種編輯方式已經成為PLC未來的發展方式。目前。很多PLC生產廠家一般不再提供編輯器，只是提供有關微機編寫的程序，并與相關的通信連接裝置。

（2）彩色圖形顯示器。一般大中型的PLC系統轉配了彩色圖形顯示器。其功能是用于呈現生產現狀模擬圖、現場監控參數、生產動態參數及其預警相關參數等過程中數據，全面掌控現場動態。

（3）打印機。屬于系統外部裝置，其作用是用于動態參數、系統參數、及其預警參數等錄取。

PLC系統常可以裝備有相關外部設備，主要為系統輸入輸出做輔助，例如配備相應的存儲設備用于存儲信息。

2可編程序控制器的軟件系統

PLC系統不僅包含有硬件設備，還有相關程序作以輔助，二者相互聯系，一起構建PLC系統。PLC系統程序包含有兩部分，系統內部程序與應用程序。

2.1系統程序

其主要由PLC生產廠家編寫，其存儲與PROM或EPROM內，裝與PLC中，一般產品出售時，其隨之附上給需求者。PLC系統程序主要包含有以下幾部分：管理程序、應用相關指令程序與相關單元調節版塊等。

2.2用戶程序

基于應用實際情況監控需求由使用者編寫用于進行現場控制的程序。用戶程序包含有以下幾類：開關監控軟件、假想量運作軟件、閉環監控軟件與運作控制系統的應用軟件等。

3可編程序控制器的工作原理及主要技術指標

3.1可編程序控制器的工作原理

適應于生產監管的專用系統的微機，其運行的原理與微機監管程序運行原理大致一樣。

PLC的工作模式是屬于周期性循環模式，中央處理器不斷重復應用軟件與任務的重復性工作，這樣的過程叫做掃描。CPU根據運行軟件進行運作就是CPU的連續重復掃描的過程，不斷地重復性的集中進行采樣與輸出的模式來實現的。一個工作周期被劃分為幾部來實現：

3.2輸入采樣掃描階段

這屬于集中過程其中之一，處于這樣的過程中，PLC根據相應的次序進行逐一收集將全部的輸入信息進行集中，不管輸入端是否有數據傳入，CPU都會按照次序將每個輸入端上信息進行讀取，并寄存于映像儲存器上。在目前的工作周期中。應用軟件選用的信息狀態都是通過映像儲存器獲取的，此時外面的信息是否改變都不會影響此時工作的運行，及時信息發生改變也是在下一個工作過程中出現改變，雖然每個數據傳輸都出現次序，由于PLC工作周期較為短暫，這個現象基本可以不計，因此所收集的輸入信息幾乎是同一時間傳到的。

3.3執行用戶程序掃描階段

該階段主要是工作階段的另一個信息集中中心，在該階段時，中央處理器工作應用軟件是根據一定的次序開展的。假如軟件的呈現模式是梯形圖，那么掃描順序就是先上后下、從左至右，當信號被輸入之后在掃描過程中不會被立即讀取，掃描過程中的信息均是從輸入映像寄存器中去讀取。但是還有另一種情況，當其他數據輸入時，能夠從PLC的相關單元映像寄存器獲取，應用軟件被執行時，元件映像寄存器首先獲得每一次運算所得的中間結果，對輸出繼電器進行掃描時，其掃描結果要先寫入輸出映像寄存器也再去驅動外部負載。這個過程中，可以許可數字量I/O與沒有建立數字過濾的模擬量I/O二者指令進行運作，在工作期限內每個部分都可以對于間斷的信息做出反應。

在該階段中，輸入映像寄存器常常是不改變的。與其不同的是。其他單元相關內容隨時都在改變。并伴隨著軟件的運行而改變。

3.4輸出刷新掃描階段

該階段屬于信息集中輸出區，中央處理器對于PLC中所有的應用軟件進行掃描。當該過程結束以后，可以將單元映像寄存器當中的各輸出繼電器的狀態同時送到輸出鎖存器中，再由輸出鎖存器經輸出端子去驅動各輸出繼電器所帶的負載。

每個工作周期的最后一個環節即是輸出刷新，當該環節結束之后，中央處理器將會進行下一個工作周期，這個過程不斷重復，即是PLC工作狀態。

4可編程序控制器的主要技術指標

（1）輸入/輸出點數

描述的PLC大小的重要參數就是PLC的輸入，輸出點數，這個點數是外部輸入、輸出端子數量的總和。

（2）存儲容量

PLC中存在的存儲器有三個部分組成：用來儲存系統內部程序的存儲器；面向用戶的存儲器用來儲存用戶輸入的程序；數據存儲器。通常。用戶程序存儲器的容量加上數據存儲器容量就是PLC存儲容量通，它代表系統提供給用戶的可用資源的大小，是衡量系統性能的重要衡量標準。

（3）掃描速度

PLC的掃描方式是循環掃描，每進行1次掃描，所經歷的掃描時間叫做掃描周期。掃描速度跟有用戶程序的長度和PLC產品的類型都有關系。PLC的運行受PLC中CPU的類型直接影響。

（4）指令系統

指令系統匯聚了PLC中全部的指令。PLC的編程指令和軟件功能是掛鉤的。指令越多。功能就越強，然而想掌握它也是相當不易的。用戶在選擇可編程控制器時，一定要從實際出發，選擇滿足要求可編程控制器。

（5）通信功能

通信分兩種情況。一種是PLC內部的通信。另一種是PLC與其他設備之間的通信。通信涉及的內容較多。例如通信模塊和接口、通信協議和指令等。衡量PLC產品的好壞的重要標準是PLC的組網和通信能力。

參考文獻：

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