可编程控制器基础

可编程控制器基础

3.1可编程控制器概述可编程控制器的英文名称是ProgrammableController，早期简称PC，后来为了与个人计算机（PC）区分，在行业中多称之为ProgrammableLogicController，即可编程逻辑控制器，简称PLC，而这种称呼又与可编程控制器的起源和它本身的特点有关。

返回3.1.1可编程控制器的产生与发展

美国数字设备公司（DEC）根据提出10项指标，于1969年研制出第一台控制器，型号为PDP-14，它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计算机技术在工业控制领域的应用开辟了空间。

至上世纪70年代，PLC技术已经进入成熟期。推动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面：其一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要和追求；其次，大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了空间。返回3.1.2可编程控制器的特点

可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是面向工业控制领域的专用设备，它具有以下特点：

CPU为可靠性高，抗干扰能力强；灵活性强，控制系统具有良好的柔性；编程简单，使用方便；控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；维修方便；体积小，能耗低；功能强，性能价格比高

。

3.2可编程控制器的组成PLC的基本组成部件如下图所示：返回3.2.1中央处理单元（CPU）

中央处理单元是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。它在系统程序的管理下运行，主要功能有

：

接受并存储由编程器键入的用户程序和数据；诊断电源故障以及用户程序的语法错误；读取输入状态和数据并存储到相应的存储区；读取用户程序指令，解释执行用户程序，完成逻辑运算、数字运算、数据传递等任务，刷新输出映像，将输出映像内容送至输出单元。

返回3.2.2存储器单元PLC的存储器单元分成两个部分：系统程序存储器；用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM或EPROM中。用户程序存储器。可分为程序存储区和数据存储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据。3.2.3电源单元

电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。

电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源，以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在面板上通常有发光二极管（LCD）指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。

3.2.4输入输出单元

PLC的输入、输出单元也叫I/O单元，对于模块式的PLC来说，I/O单元以模块形式出现，所以又称为I/O模块。

I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之间的联系通过I/O单元实现。

工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。PLC的输入、输出单元还应包括一些功能模块，所谓功能模块就是一些智能化了的输入和输出模块。

3.2.5接口单元接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口和存储器接口及其它外部设备接口等。PLC的I/O单元也属于接口单元的范畴，它完成PLC与工业现场之间电信号的往来联系。除此之外，PLC与其它外界设备和信号的联系都需要相应的接口单元。

3.2.6外部设备

PLC的外部设备种类很多，可以概括为以下四类：编程设备；除了用于编程，还可对系统作一些设定，以确定PLC的工作方式。监控设备；将现场数据动态实时显示出来，以便操作人员随时掌握系统运行的情况。存储设备；用于保存用户数据，避免程序丢失。输入输出设备。用于接受信号和输出信号的专用设备。返回3.3可编程控制器的工作原理可编程控制器是基于电子计算机的工业控制器，从PLC产生的背景来看，PLC系统与继电器控制系统有着极深的渊源，因此可以比照着继电器系统来学习PLC的工作原理。返回3.3.1可编程控制器的等效电路

PLC的等效电路如下图所示：3.3.2可编程控制器的工作过程

PLC的工作过程以循环扫描的方式进行，当PLC处于运行状态时，它的运行周期可以划分为3个基本阶段：输入采样阶段；PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区。程序执行阶段；在系统程序的指示下，CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。输出刷新阶段。系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。

返回3.4可编程控制器的硬件基础

I/O单元是组成PLC系统的重要环节，本节以介绍I/O单元的硬件电路为主，在此基础上简单介绍PLC系统的硬件配置。应当说明的是，不同PLC在硬件的具体实现方案上总是有区别的，本节的任务是讨论一般性的原理，而非某一具体型号的结构特征，本书后续章节将针对不同型号的PLC，分别介绍其特点。

返回3.4.1可编程控制器的I/O模块

PLC的输入输出部分，可以分为数字I/O（DI/DO）和模拟I/O（AI/AO）两大类：数字量I/O（DI/DO）：数字量输入单元；数字量输出单元。

模拟量I/O（AI/AO）：模拟量输入单元；模拟量输出单元。

3.4.2可编程控制器的配置

PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自已的特点，适用场合也各有侧重。站在硬件选型的角度，首先需要考虑的是设备容量与性能是否与任务相适应；其次要看PLC运行速度是否能够满足实时控制的要求。所谓设备容量，主要是指系统I/O点数的多少以及扩充的能力。对于纯开关量控制的应用系统，如果对控制速度的要求不高，比如单台机械的自动控制，可选用小型一体化PLC。返回3.5可编程控制器的软件基础

PLC是一种通用的、商业化的工业控制计算机，与个人计算机相仿，用户程序必须在系统程序的管理下才能运行。本节首先介绍PLC系统监控程序的运行情况，然后再介绍用户指令系统的相关内容。

返回3.5.1系统监控程序

系统监控程序执行过程分为以下几部分：初始化程序；CPU自诊断；通信信息处理；输入刷新；用户程序执行；输出刷新；外部设备服务。

3.5.2用户应用程序

用户程序是由用户编写的，能够完成系统控制任务的指令序列。不同厂家的PLC会提供不同的指令集，但基本的编程元件和编程形式有许多共同之处。返回3.6可编程控制器的性能指标及分类

本章前几节对PLC的工作原理和编程形式做了简单介绍，除此之外，如果对PLC设备的基本性能指标以及它们的类型情况有所了解的话，则对具体的系统设计和选型非常有帮助。返回返回3.6.1可编程控制器的性能指标

各厂家的PLC产品虽然各有特色，但是总体来讲均可用以下几项指标来衡量对比其性能：I/O点数；存储器容量；扫描速度；内部寄存器；指令系统；特殊功能及模块；工作环境