可編程控制器—PLC系統(tǒng)原理
可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務 。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的 能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。用來完成各種各樣的復雜程度不同的工業(yè)控制任務。
自1836年繼電器問世，人們就開始用導線將它同開關器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯 控制或順序控制。至今，在PLC的編程語言——梯形圖中還可以看到這些布線的影子。直到60年代末、70年代初可編程控制器問世，隨著微電子技術、計算機技術和數(shù)據(jù)通信技術的飛速發(fā)展，以及微處理器的出現(xiàn)，PLC產(chǎn)品朝小型和超小型化方面進行了一次飛躍，最終使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。
一、可編程控制器的主要功能
PLC是應用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造 系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。廣州科沃變頻器PLC電路板工控維修培訓班，每月10號和25號準時開班。
PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成：
多種控制功能
數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能
通信聯(lián)網(wǎng)功能
輸入/輸出接口調(diào)理功能
人機界面功能
編程、調(diào)試功能
1、控制功能
邏輯控制：PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關量控制。
定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設定：接通延時、關斷延時和定 時脈沖等方式。
計數(shù)控制：用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。
順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。
2、數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能
數(shù)學運算功能：基本算術：加、減、乘、除。擴展算術：平方根、三角函數(shù)和浮點運算。比較：大于、小于和等于。數(shù)據(jù)處理：選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。模擬數(shù)據(jù)處理：PID、積分和濾波。
3、輸入/輸出接口調(diào)理功能 廣州科沃—PLC工控維修培訓中心
具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用 戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。
4、通信、聯(lián)網(wǎng)功能
現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門 子S7-200的Profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達到12Mbps。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。
5、人機界面功能
提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。實現(xiàn)人機界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和 用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。
6、編程、調(diào)試等
使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。
二、可編程控制器的主要特點
在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應用在汽車、糧食加工、化學/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。為了使各位初學者更方便地了解PLC，本文對 PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位有所幫助。
一、PLC的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，具有大量的開關量順序控制，要求按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集等。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司公開招標，提出研制能夠取代繼電器的控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable
Controller（PC）。
個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。
PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。
上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，而且在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
現(xiàn)今，廣州科沃PLC培訓中心認為，PLC已經(jīng)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。在可預見的將來，PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的主導地位，是其他控制技術無法取代的。
二、PLC的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體（如上左圖）。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置（如上右圖）。
三、PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能：
1、CPU的構(gòu)成及功能－－－－－－CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC
串行通訊簡介
通訊即是不同的設備通過線路互相交換數(shù)據(jù)，其主要目的在于將數(shù)據(jù)從某端傳送到另一端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。通常有并行和串行兩種方式，由于并行傳輸方式在數(shù)據(jù)電壓傳送的過程中容易因線路的因素而使得電壓準位發(fā)生變化（衰減、線路互相干擾），而串行通訊方式則能很好的解決這些問題，因此在工業(yè)應用中絕大多數(shù)使用串行通訊。
……
最常用的就是梯形圖，這是一種由繼電器電路圖演化來的編程語言。由于梯形圖與電氣繼電器電路圖很類似，因而廣大自動化技術人員很自然地選用梯形圖。
然而梯形圖也有很大局限。由于梯形圖直接操作大量元件輸入輸出，系統(tǒng)的時序、邏輯、掃描周期等多重交織的影響往往會造成編程開發(fā)的困難。
1、什么是RS-232-C接口？采用RS-232-C接口有何特點？傳輸電纜長度如何考慮？
計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定