淺述對PLC的認識

翟玉澎　代鎖蕾

摘 要：PLC（中文：可編程邏輯控制器），又稱為可編程控制器，是工業自動化系統的主要部分，出現于20世紀中期。自PLC出現以來，一直處于快速發展中，更是被稱為20世紀70年代的一場工業革命，其重要性不言而喻。IEC（國際電工委員會）于1982年11月發布了可編程邏輯控制器草案的第一稿，第二稿發布于1985年1月，第三稿發布于1987年2月，其中對可編程邏輯控制器做出了如下定義：“可編程序控制器屬于電子系統的一種，也是一種數字運算系統，致力于解決工業應用的實際問題。它使用的存儲器是可編程的，可以解決數學運算和邏輯控制，此外，它的輸入和輸出包括數字量與模擬量的形式，可以控制機械生產過程。”

關鍵詞：PLC

1 PLC發展的進程

最初PLC的出現要歸功于美國通用汽車公司（GM），由于當時的汽車生產線是由繼電器控制的，而繼電器系統耗電大、體積大、靈活性差，已不能適應快速發展的需求。為了減少生產成本、提高生產效率，通用公司決定招標新一代的工業控制器，并提出了10條控制標準。第二年，DEC（中文：美國數字設備公司）根據此標準設計出了世界上第一臺可編程序控制器PDP-14，并投入了實際生產。之后PLC得到了快速發展，日本、德國、法國等相繼研發出了自己的PLC。到了20世紀70年代中期，微處理器被用于PLC中，使其在原來邏輯運算的基礎上，增加了數據處理、數值運算等很多新功能，運算速度的到了提高。之后PLC進入快車道發展，特別是模擬量處理、數字運算與I/O接口等方面取得了巨大進步，并在過程控制方面逐步發展。目前，隨著電子技術的發展，16位和32位微處理器的PLC 得到了快速發展，PLC的控制功能不斷增強，可靠性不斷提高，功耗和體積逐步降低。隨著智能化、網絡化等特殊模塊的開發，PLC不僅能完成順序控制，也可以對模擬量控制和位置控制進行更好的控制。此外還可以實現FMS（柔性制造），應用范圍不斷擴大。 現在，大多數用于執行系統邏輯的控制元素都被PLC替代。

2 PLC的基本結構

PLC內部的存儲器是可用于編程的，除了可以存儲程序之外，還可以用來進行數學運算、順序控制、定時控制、計數控制等指令的操作，并通過數字量或模擬量的輸入輸出來控制各種機械生產過程。我們在應用PLC之前，應該首先了解PLC的基本結構和原理。市場上的PLC種類繁多，但PLC的基本組成是大致相同的。PLC（可編程邏輯控制器）在本質上是一種工業控制領域的專用計算機，在系統組成方面雖然與微型計算機稍有不同，但總體上是相似的。所有PLC系統都包含檢測輸入數據，處理和控制各種輸出的相同基本構建塊，它包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器（編程軟件）五個部分。

PLC是用微處理器作為核心的電子系統，盡管各廠家的產品種類繁多，功能系統和指令系統也存在著一定的差異，但他們的結構和工作原理大體上相同。PLC包括CPU中央處理器模塊、存儲器、輸入/輸出模塊、電源模塊與編程器等，如下圖1所示。我們如果將PLC看成是一個系統，與輸入接口相連接的各種開關信號作為PLC的輸入變量，之后它們經過PLC的輸入接口輸入到PLC的內部數據寄存器中，然后PLC內部對其進行邏輯運算或數據處理，再將處理后的信號送到輸出接口，進而控制執行機構實現相應的運動。

3 PLC的工作原理

PLC工作原理與工業計算機大致相同，但在說到應用時，沒有必要用計算機的知識去對PLC做深入的分析，我們只需將PLC看成是由繼電器、計數器、定時器等等組成的一個控制系統，之后我們就可以將PLC等效成三部分，分別是輸入部分、邏輯控制部分與輸出部分。

輸入部分需要把輸入的開關量信號轉換成PLC內部可以接受的電平信號，也就是要添加輸入模塊。而邏輯控制部分是由CPU與存儲器等組成的，在經過數學和邏輯運算后，邏輯部分會輸出電平信號。輸出部分要將其轉換為外部部件所需要開關量信號，因此輸出部分需要添加輸出模塊。在這個過程中，PLC按照原先由編程器編寫好的控制程序，掃描各輸入接口的狀態，并逐條掃描用戶程序。經過PLC內部處理后，會輸出最后的信號，并用該信號驅動外部的器件，以此達到控制的要求。

PLC是通過掃描的方式工作的，也就是使用的是順序掃描和循環不斷的方法。在PLC運行的時候，CPU會根據事先編寫好的程序（這些程序按照控制要求編寫好并存放于用戶存儲器中），依照地址號（或指令步序號）作循環的周期性的掃描。在這個過程中，跳轉指令不出現的情況下，程序會從第一條指令開始并逐條依次執行，一直到程序完結。結束后，程序會再次返回到第一條指令，并重新開始下一輪的掃描。在每次工作的過程中，PLC還要收集輸入信號以及及時的刷新輸出情況等工作。

在PLC開始使用后，我們可以將它的工作過程分為三個階段，分別是輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段。一個掃描周期包括這三個階段，在PLC運行的過程中，PLC的CPU會重復掃描這三個階段，完成上述三個階段稱作一個掃描周期。

參考文獻

[1]崔雅嵩，淺談 PLC原理及應用[J]，科技天地，2011年36期

[2]陳宏，可編程控制器（PLC）的選型[J]，化工進展，2003年

[3]劉思華，可編程控制器（PLC）應用程序的仿真[D]，山東大學，2005年