老電工2分鐘帶你全面認識PLC

很多的電力作業(yè)人員都知道，PLC相對于繼電器控制柜要簡單的多，自動化程度非常高，很多的電工師傅都想系統(tǒng)的學習PLC，可是很多人都沒有合適的途徑，甚至工作多年了，還對PLC不了解，今天我們就重點來看看PLC的發(fā)展歷程，原理結構，硬件和軟件支持等等，來系統(tǒng)全面的進行一個基礎的認識：

可編程序控制器（Programmable LogicController）簡稱（PLC），是在繼電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。

定義：

國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：

“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儲器，用來在其內部存儲執(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)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。

PLC的產生

1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司（GM）的要求研制成第一臺可編程序控制器。

產生背景：

1）繼電控制系統(tǒng)的缺點：通用性和靈活性差、可靠性低。

繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性低、接線復雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產工藝變化的適應性差，但簡單易懂、價格便宜。

2）1968年，美國通用汽車公司（GM公司）為適應汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量），提出要用一種新型的控制裝置取代繼電----接觸器控制裝置。

擬訂了十項公開招標的技術要求：

①編程方便，可現(xiàn)場修改程序；

②維修方便，采用插件式結構；

③可靠性高于繼電器控制裝置；

④體積小于繼電器控制盤；

⑤數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；

⑥成本可與繼電器控制盤競爭；

⑦輸入可為市電；

⑧輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器等；

⑨擴展時原系統(tǒng)改變最少；

⑩用戶存儲器大于4KB。

PLC的發(fā)展

1）70年代初期：

可編程序控制器僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)等一些功能。

2）70年代中期：

70年代后隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展，微處理技術應用，PLC還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。

3）80年代以后：

隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示等功能。

4）近年來PLC發(fā)展迅速

具備了計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大技術支柱（PLC技術、機器人、CAD/CAM）之一。

PLC的分類

（1）按I/O點數(shù)分類；

I/O點數(shù)在256以下為微型PLC；I/O點九在256~1024為中型PLC；

I/O點數(shù)大于1024為大型PLC；I/O點數(shù)在4000以上為超大型PLC。

以上劃分不包括模擬量I/O點數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。

（2）按結構形式分類

1.整體式PLC：又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中裝在一個機箱內。一般小型PLC采用這種結構。

2.模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。一般大、中型PLC采用模塊式結構，有的小型PLC也采用這種結構。

整體式

PLC的優(yōu)點

①可靠性高（平均無故障時間3--5萬小時）

②編程簡單

③通用性強

④體積小、結構緊湊、安裝、維護方便PLC的缺點

各公司的PLC編程語言互不兼容。

PLC的主要生產廠家

歐洲：西門子（Siemens）；法國的TE（Telemecanique）公司

美國：A-B（A1len-Bradly）、GE（General Electric）公司

日本：三菱電機（Mitsubishi Electric）、歐姆龍（0MRON）、富士（FUJI）、基恩士（KEYENCE）、松下（PANASONIC）

臺灣：臺達（DELTA）

韓國：LG

中央處理器（CPU）

中央處理單元（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的主要功能：

◆從存儲器中讀取指令

◆執(zhí)行指令

◆順序取指令

◆處理中斷

存儲器

·只讀存儲器ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調試好的程序 ·隨機存儲器RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結果、用戶正調試的程序 輸入輸出（I/O）單元 采用光電隔離，實現(xiàn)了PLC的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾令

1）輸入接口電路：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數(shù)字信號送入主機。

2）輸出接口電路：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執(zhí)行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離

3）輸出三種形式：

繼電器--低速大功率

可控硅--高速大功率

晶體管--高速小功率

輸入接口電路

·開關量輸入接口

》直流輸入單元

》交流輸入單元

》交直流輸入單元

·作用：把現(xiàn)場的開關量信號變成PLC

內部處理的標準信號

輸出接口電路

·開關量輸出接口

1）繼電器型

2）晶體管型

3）可控硅型

作用：把PLC內部的標準信號轉換成現(xiàn)場執(zhí)行機構所需的開關量信號

·模擬量輸出接口

作用：將PLC運算處理后的數(shù)字量信號轉換為模擬量輸出，以滿足生產過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求

PLC的軟件系統(tǒng)

1、系統(tǒng)軟件

管理程序

解釋程序

程序塊

2、應用軟件

應用軟件也叫用戶軟件，是用戶為達到某種控制目的，采用專用編程語言自住編制的程序。

應用軟件常用的編程語言

·梯形圖編程（LD）

采用繼電器電氣工程原理邏輯圖，各種軟元件被表示為觸點和線圈，圖形上各個觸點和線圈之間的電路連接關系就是它們的控制邏輯關系

·指令列表編程（IL）

所有的邏輯和運算都使用指令和操作數(shù)的方式輸入

·順序功能圖編程（SFC）

順序功能圖是根據(jù)機械設備的流程或者工序，將控制分成了多個步和步到步之間轉換的一種語言。一個標準的順序功能圖由初始步、一般步、步間的轉換條件、跳轉和重置組成、每一步就是機械設備的一個處理工序，一個步中可以有內置梯形圖，也就是這一步需要完成的處理工序。

PLC數(shù)據(jù)結構

十進制數(shù)（DEC:DECimalnumber），常用于：

定時器/計數(shù)器的設定值；輔助繼電器（M）、定時器（T）、計數(shù)器（C）、狀態(tài)（S）

等軟元件的地址號；應用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（K）。

十六進制數(shù)（HEX:HEXdecimal number）

與十進制數(shù)一樣，用于指定應用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（H）。

二進制數(shù)（BIN:BINary number）

PLC內部數(shù)據(jù)類型，通過外設進行監(jiān)視時，各軟元件的數(shù)值自動變換為十進制數(shù)或十六進制數(shù)。

八進制數(shù)（0CT：0CTalnumber）——用于輸入繼電器和輸出繼電器的軟元件編號。

輸入繼電器用X00-X07、X10-X17、X20-X27等八進制格式進行編號（三菱PLC）；

輸出繼電器用Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27等八進制格式進行編號（三菱PLC）。

BCD碼（BCD:BINary Code Decima1）——用二進制形式表示的十進制數(shù)，常采用8421BCD碼。常用BCD碼編碼開關將BCD碼數(shù)據(jù)送入PLC；PLC常以BCD碼格式將輸出數(shù)據(jù)送數(shù)碼顯示器顯示。

浮點數(shù)據(jù)（標繪值）二進制浮點數(shù)常用于高精度浮點運算；十進制浮點數(shù)用于實施監(jiān)視。

PLC的軟元件介紹

軟元件分類

◆輸入繼電器（如三菱PLCX開頭）

◆輸出繼電器（如三菱PLCY開頭）

◆輔助繼電器（如三菱PLCM開頭）

◆狀態(tài)繼電器（如三菱PLCS開頭）

◆計數(shù)器（如三菱PLCC開頭）

◆計時器（如三菱PLCT開頭）

◆數(shù)據(jù)寄存器（如三菱PLCD開頭）

PLC軟元件（邏輯元件）

·輸出繼電器（Y）

》輸出繼電器采用八進制編號，有內部觸點和外部輸出觸點（繼電器觸點、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅動。

》在PLC內部，外部輸出觸點與輸出端子相連，向外部負載輸出信號，且一個輸出繼電器只有一個常開型外部輸出觸點。

》輸出繼電器有無數(shù)個內部常開和常閉觸點，編程時可隨意使用。

·輔助繼電器（M）

》由內部軟元件的觸點驅動，常開和常閉觸點使用次數(shù)不限，但不能直接驅動外部負載，采用十進制編號。

》通用輔助繼電器

》掉電保持輔助繼電器

》特殊輔助繼電器

√只能利用其觸點的特殊輔助繼電器

√可驅動線圈的特殊輔助繼電器

》通用輔助繼電器與掉電保持用輔助繼電器的比例，可通過外設設定參數(shù)進行調整。

·狀態(tài)繼電器（S）

》狀態(tài)是對工序步進型控制進行簡易編程的內部軟元件，采用十進制編號。與步進指令STL配合使用；

》狀態(tài)有無數(shù)個常開觸點與常閉觸點，編程時可隨意使用；

》狀態(tài)不用于步進階梯指令時，可作輔助繼電器使用。》狀態(tài)同樣有通用狀態(tài)和掉電保持用狀態(tài)，其比例分配可由外設設定。

·定時器（T）

》定時器實際是內部脈沖計數(shù)器，可對內部1ms、

10ms和100ms時鐘脈沖進行加計數(shù)，當達到用戶設定值時，觸點動作。

》定時器可以用用戶程序存儲器內的常數(shù)k或日作為設定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內容作為設定值。

·數(shù)據(jù)寄存器（D）

》通用數(shù)據(jù)寄存器，只要不寫入其它數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會變化。但是PLC狀態(tài)由運行一停止時，全部數(shù)據(jù)均清零。

》斷電保持數(shù)據(jù)寄存器，只要不改寫，原有數(shù)據(jù)不會丟失。

》特殊數(shù)據(jù)寄存器，這些數(shù)據(jù)寄存器供監(jiān)視PLC中各種元件的運行方式用。

》文件寄存器。

審核編輯 ：李倩