PLC的概述及發展應用

田海 劉膨于

【摘 要】本文主要介紹了PLC的結構、特點，進而闡述了PLC的發展、應用。

【關鍵詞】PLC（可編程序控制器）；發展；應用

1985年，國際電工委員會IEC對可編程序控制器做出了規定：可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式模塊式的輸入與輸出，控制各種類型的機械或生產過程。為區別個人計算機PC（Personal Compter），人們仍習慣地稱可編程序控制器PC（Programmable Controller）為PLC。

作為工業環境中一種能夠被直接使用的數據裝置設備，PLC可以將微處理軟件作為各項工作的基礎軟件，在對計算機技術自動控制裝置以及通信裝備進行綜合對比分析以后，可以采取面相用戶的控制原則、對使用者的“自然語言”進行有效的調控的一種現代化的高控制工藝，具有一定的時效性、準確性、自動化特點。

作為一種專業化程度很高的控制工作，PLC這種計算機在工作中所使用的原理其實和普通類型的計算機是一樣的。它通過周期性循環掃描的方法，即“順序掃描，不斷循環”來提高整個工作的效率。

PLC的種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，其實質是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現，應用于工業現場。PLC專為工業場合設計，采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。

1.中央處理單元（CPU）

CPU一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。CPU通過數據總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接。用戶程序和數據事先存入存儲器，當PLC處于運行方式時，CPU按掃描方式工作，從用戶程序第一條指令開始，直到用戶程序的最后一條指令，不停地周期性掃描，每掃描完成一次，用戶程序就執行一次。

2.存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存儲系統程序、用戶程序、邏輯變量、系統組態和其他一些信息。

3.輸入輸出單元

可編程序控制器的輸入和輸出信號類型可以是開關量、模擬量和數字量。輸入輸出單元從廣義上包含兩部分，一是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。輸入單元接受來自用戶設備的各種控制信號，通過接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，并將處理結果放到輸出映像寄存器。輸入輸出映像寄存器由輸入輸出點相對應的觸發器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、顯示燈等被控設備的執行原件。

現在你市場上的PLC產品種類繁多，大致可有下面兩種分類方法：從結構上可編程序控制器從結構上可分為整體式和模塊式。從規模上，按PLC的輸入輸出點數可分為小型、中型和大型。

可編程序控制器誕生后不久即顯示了在工業控制中的重要地位，日本、德國、法國等國家相繼研制成各自的PLC。PLC技術隨著計算機和微電子技術的發展而迅速發展，由一位機發展為8位機。隨著微處理器CPU和微型計算機技術在PLC中的應用，形成現代意義上的PC。之后的PLC產品已使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現了多處理器的多道處理。通信技術使PLC的應用得到進一步發展。如今，可編程序控制技術已比較成熟。目前，世界上有200多個廠家生產可編程序控制器產品，比較著名的廠家如美國的A-B，通用GE，日本的三菱、歐姆龍、松下電器，德國的西門子，法國的TE，許多亞洲國家如韓國的三星、LG等發展也十分迅速。我國自20世紀70年代改革開放以來，先是引進技術，后來是合作開發，現在是自行設計開發。

可編程序控制器的總發展趨勢是高集成度、小體積、大大容量、高速度、易使用、高性能方向發展。具體表現在以下幾個方面：

（1）與計算機聯系密切

從功能上，PLC不僅能完成邏輯運算，計算機的復雜運算功能在PLC中也進一步得到利用；從結構上，計算機的硬件和技術越來越多地應用到PLC；從語言上，PLC已不再是單純用梯形圖語言，而且可用多種語言編程，如類似計算機匯編語言的語句表，甚至可直接用計算機高級語言編程；在通信方面，PLC與計算機可直接相連進行信息傳遞。

（2）發展多樣化

可編程控制器發展的多樣化體現在3個方面：產品類型、編程語言和應用領域。

（3）模塊化

PLC的擴展模塊發展迅速。針對具體場合開發的可擴展模塊，功能明確化專用化的復雜功能由專門模塊來完成，主機僅僅通過通信設備向模塊發布命令和測試狀態，這使得PLC的系統功能進一步增強，控制系統設計進一步簡化。

（4）網絡與通信能力增強

計算機與PLC之間及各個PLC之間的聯網和通信能力不斷增強。工業網絡可以有效地節省資源、降低成本、提高系統可靠性和靈活性，這方面的應用也進一步推廣。目前，工業普遍采用生產金字塔結構的多級工業網絡。

（5）多樣化和標準化

生產PLC產品的各廠家都在大力度地開發自己的新產品，以求占據市場的更大份額，因此產品向多樣化方向發展，出現了歐、美、日多種流派。與此同時，為了推動技術標準化的進程，一些國際性組織，如國際電工委員會（IEC）不斷為PLC的發展制定一些新的標準：如對各種類型的產品作一定的歸納或定義，或對PLC未來的發展制定一種方向或框架。

（6）工業軟件發展迅速

與可編程序控制器硬件技術的發展相適應，工業軟件的發展非常迅速，它使系統的應用更加簡單易行，大大方便了PLC系統的開發人員和操作使用人員。

現在所說的可編程序控制器PC（Programmable Controller）是1980年以來，美、日、德等國由先前的可編程序控制器PLC進一步發展而來。它采用中央處理單元CPU（Central Processing Unit），不但繼承了PLC原有的功能，而且具有更為強大的功能，指令系統豐富，程序結構靈活，通用性和適應性強，可以用來實現復雜的控制。它是目前工業自動化應用最廣的控制設備。

參考文獻：

[1]臺方. 可編程序控制器應用教程.北京：中國水利水電出版社，2004.

[2]胡曉林 廖世海.電氣控制與PLC應用技術。北京：北京理工大學出版社，2010.