由淺入深的詳解PLC技術(shù)

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(xué)習(xí)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(diǎn)來看看PLC的發(fā)展歷程，原理結(jié)構(gòu)，硬件和軟件支持等等，來系統(tǒng)全面的進(jìn)行一個基礎(chǔ)的認(rèn)識： 可編程序控制器（Programmable LogicController）簡稱（PLC），是在繼電器控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)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(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。 PLC的產(chǎn)生 1969年美國數(shù)字設(shè)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(chǎn)生背景： 1）繼電控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：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(fù)雜、不易更改、查找和排除故障困難，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)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(yīng)汽車型號不斷翻新（小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)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(biāo)的技術(shù)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(jié)構(gòu)； 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(jī)； 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(qū)動接觸器等； ⑨擴(kuò)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(yùn)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(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理技術(shù)應(yīng)用，PLC還增加了算術(shù)運(yùn)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(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，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(jī)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(shù)支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。 PLC的分類 （1）按I/O點(diǎn)數(shù)分類； I/O點(diǎn)數(shù)在256以下為微型PLC；I/O點(diǎn)九在256~1024為中型PLC； I/O點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLC；I/O點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC。 以上劃分不包括模擬量I/O點(diǎn)數(shù)，且劃分界限不是固定不變的。

（2）按結(jié)構(gòu)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(jī)箱內(nèi)。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。

2.模塊式PLC：將PLC各部分分成若干個單獨(dú)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(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。

整體式

PLC的優(yōu)點(diǎn) 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(qiáng) ④體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)方便PLC的缺點(diǎn) 各公司的PLC編程語言互不兼容。 PLC的主要生產(chǎn)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(jī)（Mitsubishi Electric）、歐姆龍（0MRON）、富士（FUJI）、基恩士（KEYENCE）、松下（PANASONIC） 臺灣：臺達(dá)（DELTA） 韓國：LG

中央處理器（CPU）

中央處理單元（CPU）一般由控制器、運(yùn)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(diào)試好的程序? ? ·隨機(jī)存儲器RAM：存儲各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序? ??輸入輸出（I/O）單元? ??采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)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(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主機(jī)。? ? 2）輸出接口電路：將主機(jī)向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)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(jī)與外部強(qiáng)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(guān)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(guān)量信號變成PLC 內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號

輸出接口電路 ·開關(guān)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(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信號 ·模擬量輸出接口 作用：將PLC運(yùn)算處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，以滿足生產(chǎn)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(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件也叫用戶軟件，是用戶為達(dá)到某種控制目的，采用專用編程語言自住編制的程序.
應(yīng)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(diǎn)和線圈，圖形上各個觸點(diǎn)和線圈之間的電路連接關(guān)系就是它們的控制邏輯關(guān)系 ·指令列表編程（IL） 所有的邏輯和運(yùn)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(jī)械設(shè)備的流程或者工序，將控制分成了多個步和步到步之間轉(zhuǎn)換的一種語言。一個標(biāo)準(zhǔn)的順序功能圖由初始步、一般步、步間的轉(zhuǎn)換條件、跳轉(zhuǎn)和重置組成、每一步就是機(jī)械設(shè)備的一個處理工序，一個步中可以有內(nèi)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(jié)構(gòu) 十進(jìn)制數(shù)（DEC:DECimalnumber），常用于： 定時器/計數(shù)器的設(shè)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(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（K）。 十六進(jìn)制數(shù)（HEX:HEXdecimal number） 與十進(jìn)制數(shù)一樣，用于指定應(yīng)用指令的數(shù)值型操作數(shù)及指令動作常數(shù)（H）。 二進(jìn)制數(shù)（BIN:BINary number） PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)類型，通過外設(shè)進(jìn)行監(jiān)視時，各軟元件的數(shù)值自動變換為十進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)。 八進(jìn)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(jìn)制格式進(jìn)行編號（三菱PLC）； 輸出繼電器用Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27等八進(jìn)制格式進(jìn)行編號（三菱PLC）。 BCD碼（BCD:BINary Code Decima1）——用二進(jìn)制形式表示的十進(jìn)制數(shù)，常采用8421BCD碼。常用BCD碼編碼開關(guān)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(diǎn)數(shù)據(jù)（標(biāo)繪值）二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)常用于高精度浮點(diǎn)運(yùn)算；十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)用于實(shí)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(jìn)制編號，有內(nèi)部觸點(diǎn)和外部輸出觸點(diǎn)（繼電器觸點(diǎn)、雙向可控硅、晶體管等輸出元件）之分，由程序驅(qū)動。 >在PLC內(nèi)部，外部輸出觸點(diǎn)與輸出端子相連，向外部負(fù)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(diǎn)。 >輸出繼電器有無數(shù)個內(nèi)部常開和常閉觸點(diǎn)，編程時可隨意使用。 ·輔助繼電器（M） >由內(nèi)部軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動，常開和常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限，但不能直接驅(qū)動外部負(fù)載，采用十進(jìn)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(diǎn)的特殊輔助繼電器 √可驅(qū)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(shè)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 ·狀態(tài)繼電器（S） >狀態(tài)是對工序步進(jìn)型控制進(jìn)行簡易編程的內(nèi)部軟元件，采用十進(jìn)制編號。與步進(jìn)指令STL配合使用； >狀態(tài)有無數(shù)個常開觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)，編程時可隨意使用； >狀態(tài)不用于步進(jìn)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(shè)設(shè)定。 ·定時器（T） >定時器實(shí)際是內(nèi)部脈沖計數(shù)器，可對內(nèi)部1ms、 10ms和100ms時鐘脈沖進(jìn)行加計數(shù)，當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)定值時，觸點(diǎn)動作。 >定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù)k或日作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容作為設(shè)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(yùn)行一停止時，全部數(shù)據(jù)均清零。 >斷電保持?jǐn)?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(yùn)行方式用。 >文件寄存器。

編輯：黃飛