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PLC

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'''PLC'''又称为可编程逻辑[[ 控制器]] 是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作 [[ 电子 ]] 系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行[[逻辑运算]]、[[顺序控制]]、[[定时]]、[[计数和算术运算]]等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。 [1] <ref>[https://edu.jiatuxueyuan.com/ plc教程O基础入门到精通_海量课程低至99元_plc是什么]</ref>
中文名 ：可编程逻辑控制器
[[File:634698177171431250.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC&mode=1&did=13#did12 原图链接][https://www.gkzhan.com/Technology/Detail/12538.html 图片来源于智能制造网]]]
可编程 逻辑 序 控制器(Programmable Logic ，英文称Programmable Controller ，PLC) ， 简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是 一 种具有 个以 微处理器 的用于自动化控制 为核心 的数字运算 控制 操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储 器， 可 用 以 将控制指令随时载入 在其 内 部 存 进行 储 存与 执行 。可编程 逻辑运算、顺序 控制 器由CPU 、 定时/计数和算术运算等操作 指令 及 ，并通过 数 据内存、 字式或模拟式的 输入/ 、 输出接口 、电源、数字模拟转换等功能单元组成。早期的可编程逻辑控制器只有逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器 ， 后来随着不断地发展，这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制、时序控制、模拟 控制 、多机通信等 各 种 类 功能，名称也改为可编程控制器(Programmable Controller)，但是由于它 型 的 简写PC与个人电脑(Personal Computer)的简写相冲突，加上习惯的原因，人们还是经常使用可编 机械或生产过 程 逻辑控制器这一称呼，并仍使用PLC这一缩写 。 [2]
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。 <ref>[http://www.plc100.com/jiaocheng/what's%20PLC.htm 什么是PLC? PLC的的特点是什么?],PLC之家网，2019-11-13　</ref> 现在工业上使用的可编程逻辑控制器已经相当或接近于一台紧凑型电脑的主机，其在扩展性和可靠性方面的优势使其被广泛应用于目前的各类工业控制领域。不管是在计算机直接控制系统还是集中分散式控制系统DCS，或者现场总线控制系统FCS中，总是有各类PLC控制器的大量使用。PLC的生产厂商很多，如西门子、施耐德、三菱、台达等，几乎涉及工业自动化领域的厂商都会有其PLC产品提供。 [2]
=='''发展历史'''==
[[File:634885948521898778.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=PLC&src=tab_www&correct=PLC&ancestor=list&cmsid=dde01e820032a2d6c3ed0e69e20bd0c3&cmran=0&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=49d919fd054edf391b9e7433fc06c91c&currsn=0&ps=97&pc=97 原图链接][http://www.go007.com/Detail/985_1259813.htm 图片来源于呢图网]]]
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编 在工业生产过 程 中，大量的开关量顺序控制，它按照 逻辑 控制器 条件进行顺序动作 ， 使可编程 并按照 逻辑 关系进行连锁保护动作的 控制 器增加了运算、 ，及大量离散量的 数据 采集。 传 送及处理等 统上，这些 功能 ，完成了真正具有计算机特征 是通过气动或电气控制系统来实现 的 工业 。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气 控制装置 。此时 的 可编程逻辑控 要求，第二年，美国数字公司研 制 器为微机 出了基于集成电路和电子 技术 和继电器常规 的 控制 概念相结合的产物。个人计算机发展起来后 装置 ， 为了方便和反映可编 首次采用 程 序化的手段应用于电气 控制 器的功能特点 ， 这就是第一代 可编程 逻辑 序 控制器 定名为Programmable Logic ，称Programmable Controller （PLC （PC ）。 [5]
20世纪70年代中末期 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便 ， 也为了反映 可编程 逻辑 控制器 进入实用化发展阶段 的功能特点 ， 计算机技术已全面引入 可编程 序 控制器 中 定名为Programmable Logic Controller（PLC） ， 使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它 现 在 现代工业中的地位 ，仍常常将PLC简称PC 。 [5]
20世纪80年代初， PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是： 可编程 逻辑 控制器 是一种数字运算操作的电子系统，专为 在 先进 工业 国家中已获得广泛 环境下 应用 而设计 。 世界上生产 它采用 可编程 序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序 控制 器 、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟 的 国家日益增多 输入和输出 ， 控制各种类型的机械或生 产 量日益上升 过程 。 这标志着 可编程 序 控制器 已步入 及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形 成 熟阶段 一个整体，易于扩充其功能的原则设计 。 [5]
20 上 世纪80年代至90年代中期， 是可编程逻辑控制器 是PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高 ，可编程逻辑控制器 ，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 [5]
20世纪末期， PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、 可 靠性高、抗干扰能力强、 编程 逻辑 简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序 控制 器 中 的 发展特点 地位，在可预见的将来， 是 更加适应于现 无法取 代 工业 的 需要 。 这个时期 <ref>[http://www.plc100.com/jiaocheng/jianjie.htm PLC的 发展 了大型机和超小型机 、 诞生了各种各样的特殊功能单元 基本结构 、 生产了各种人机界面单元 配置 、 通信单元，使 应用 可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 [5] ,PLC之家网，2019-11-13</ref>
=='''基本结构'''==
[[File:3139077 s1.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC&mode=1&did=8#did7 原图链接][http://china.herostart.com/sell/3139077.html 图片来源于环球贸易网]]]
1、 电源：电源用于将交流电转换成PLC内部所需的直流电j目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。 [6] 主机
2、中央处理单元： 主机部分包括 中央处理器(CPU) （CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是PLC的 核心，它用以运行用户程序、监 控 制中枢 输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理 ， 也是PLC 即读取输入变量、完成用户指令规定 的 核心 各种操作，将结果送到输出端，并响应外 部 件，其性能决定了PLC 设备（如电脑、打印机等） 的 性能 请求以及进行各种内部判断等 。 [6]
中央处理器由控制器 2 、 运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线、控制总线与存储器的 输入/输出 （I/O） 接口 电路相连。中央处理器的作用是处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统使之协调。 [6]
3 I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮 、 存储器：存储 传感 器 、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口 是 具有记忆 将主机经处理后的结果通过 功 能的半导体 放 电路 ，它的作用是存放系统程序 去驱动输出设备（如接触器 、 用户程序 电磁阀 、 逻辑变量和其他 指示灯等）。I/O接口 一 些信息。其中系统程序是控制PLC实现各种功能 般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC 的 程序 一项主要技术指标 ， 由PLC生产厂家编写 通常小型机有几十个点 ， 并固化到只读存储器(ROM) 中 型机有几百个点 ， 用户不能访问 大型机将超过千点 。 [6]
4 3 、 输入单元：输入单元是PLC与被控设备相连的输入 电源[[File:1657319b6a9f025.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC&mode=1&did=41#did40 原图链接][http://goods.jc001.cn/detail/4458120.html 图片来源于九正建材网]]]电源是指为CPU、存储器、I/O 接口 ，是信号进入PLC的桥梁，它的 等内部电子电路工 作 用是接收主令元件、检测元件传来的信号。输入 所配置 的 类型有 直流 开关稳压电源，通常也为 输入 、交流输入、交 设备提供 直流 输入 电源 。 [6]
5 4 、 输出单元：输出单元也是PLC与被控设备之间的连接部件，它的作用是把PLC的输出信号传送给被控设备，即将中央处理器送出的弱电信号转换成电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出的类型有继电器输出、晶体管输出、晶闸门输出。 [6] PLC除上述几部分外，根据机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程、实现监控以及网络通信。常用的外部设备有 编程 器、打印机、盒式磁带录音机、计算机等。 [6]
=='''工作原理'''==[[File:1465718729748925.png|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC%B5%C4%D0%CD%BA%C5&mode=1&did=33#did32 原图链接][http://www.haiwell.com/news/210-cn.html 图片来源于海为网]]] 当可 编程 逻辑控制器投入运行后 是PLC利用外部设备 ， 其工作过程一般分为三个阶段，即 用户用来 输入 采样 、 用户 检查、修改、调试 程序 执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称 或监示PLC的工 作 一个扫描周期 情况 。 在整个运 通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进 行 期间，可 电脑 编程 逻辑 和监 控 制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 。 [5] 1、输入采样
在 5、 输入 采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和 输出 刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应 扩展 单元 的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 [5]
2、 I/O扩展接口 用 户程序执行于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右 6 、 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 [5] 外部设备接口
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生 此接口可将打印机、条码扫描仪, 变 化，而其他输出点和软 频器等外部 设备 在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化 与主机相联 ， 而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据 以完成相应 的 梯形图起 操 作 用；相反，排在下面 。<ref>[http://www.plc100.com/jiaocheng/jiegou.htm PLC 的 梯形图，其被刷新 结构及各部分 的 逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起 作用 。 [5] ,PLC之家网，2019-11-13</ref>
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 [5]  3、输出刷新=='''工作原理'''==[[File:1657319b6a9f0251465718729748925.jpgpng|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC%B5%C4%D0%CD%BA%C5&mode=1&did=4133#did40 did32 原图链接][http://goodswww.jc001haiwell.cncom/detailnews/4458120210-cn.html 图片来源于 九正建材 海为 网]]]当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 [5]  根据上述过程的描述，可以对PLC工作过程的特点小结如下： [7]  ①PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，这种方式减少了外界干扰的影响。 [5]  ②PLC的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时间的长短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。 [5]
③输出对输入 PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作 的 影响有滞后现象。PLC采 。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于 用 集 户存储器 中 采样、集中输出 的 工 程序，按指令步序号（或地址号） 作 方式 周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序 ， 当采样阶段 直至程序 结束 。然 后 重新返回第一条指令 ， 输入状态的变化将要等到 开始 下一 个采样周期才能被接收，因此这个滞后时间的长短又主要取决于循环周期 轮新 的 长短 扫描 。 此外 在每次扫描过程中 ， 影响滞后时间的因素 还 有 要完成对 输入 滤波时间、 信号的采样和对 输出 电路 状态 的 滞后时间 刷新 等 工作 。 [5]
④ PLC的一个扫描周期必经 输 出映像寄存器的内容取决于用户 入采样、 程序 扫描 执行 的结果 和输出刷新三个阶段 。 [5]
⑤ PLC在 输 出 入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入 锁存器 中 的 内容由上一次 输 出刷新期间 入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的 输 出映像 入状态 寄存器中 的数据决定 ，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段 。 [5]
⑥PLC当前实际 PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放 的 先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入 输出状态 有 寄存器中， 输出 锁 状态寄 存器 中所有 的内容 决定 随着程序的执行而改变 。 [5]
输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。<ref>[http://www.plc100.com/jiaocheng/gongzuoyuanli.htm PLC的工作原理],PLC之家网，2019-11-13　</ref>
=='''功能特点'''==
[[File:1啊啊啊.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=PLC&src=tab_www&correct=PLC&ancestor=list&cmsid=dde01e820032a2d6c3ed0e69e20bd0c3&cmran=0&cmras=6&cn=0&gn=0&kn=50&fsn=130&adstar=0&clw=255#id=d35134f5474475d5190b53b38ebed716&currsn=0&ps=97&pc=97 原图链接][http://article.cechina.cn/Schneider_PLC_control_technology.htm 图片来源于控制工程网]]]
1、可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，提高了系统的可靠性。 [8]
2、编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专业知识，就可进行编程。 [8]
3、组态灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。 [8]
4、输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量、数字量或模拟量、电压或电流等)，均有相应的模板可与工业现场的器件(如按钮、开关、传感电流变送器、电机启动器或控制阀等)直接连接，并通过总线与CPU主板连接。 [8]
5、安装方便。与计算机系统相比，PLC的安装既不需要专用机房，也不需要严格的屏蔽措施。使用时只需把检测器件与执行机构和PLC的I/O接口端子正确连接，便可正常工作。 [8]
6、运行速度快。由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。 [8]
近年来，微处理器的使用，特别是随着单片机大量采用，大大增强了PLC的能力，并且使PLC与微型机控制系统之间的差别越来越小，特别是高档PLC更是如此。 [8] <ref>[http://www.plc100.com/jiaocheng/jibentedian.htm PLC的基本特点],PLC之家网，2019-11-13</ref>
=='''系统集成'''==
[[File:1366178774.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC&mode=1&did=52#did51 原图链接][http://www.qy6.com/cpdq/showprod2329693.html 图片来源于企业录网]]]
PLC产品的种类繁多。PLC的型号不同，对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。 [5]
1、PLC机型
PLC的选择主要应从PLC 的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应的功能要求，响应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。 [5]
2、结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。 [5]
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 [5]
3、安装方式
[[File:20171116170000337.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC&mode=1&did=101#did100 原图链接][http://www.jdzj.com/cp_vlist2/35-p14.html 图片来源于机电之家网]]]
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。 [5]
集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。 [5]
4、功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。 [5]
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算 、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 [5]
5、响应速度
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 [5]
6、可靠性
[[File:1215755261700.jpg|缩略图|250px|[http://pic.sogou.com/d?query=PLC%B5%C4%D0%CD%BA%C5&mode=1&did=6#did5 原图链接][http://goods.jc001.cn/detail/1249474.html 图片来源于九正建材网]]]
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 [5]
7、机型尽量统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题： [5]
1)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。 [5]
2)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。 [5]
3)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 [5]
=='''应用概况'''==
1、开环控制
开关量的开环控制是PLC的最基本控制功能。PLC的指令系统具有强大的逻辑运算能力，很容易实现定时、计数、顺序(步进)等各种逻辑控制方式。大部分PLC就是用来取代传统的继电接触器控制系统。 [9]
2、模拟量闭环
对于模拟量的闭环控制系统，除了要有开关量的输入输出外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出实现对温度、流量、压力、位移、速度等参数的连续调节与控制。目前的PLC不但大型、中型机具有这种功能外，还有些小型机也具有这种功能。 [9]
3、数字量控制
控制系统具有旋转编码器和脉冲伺服装置(如步进电动机)时，可利用PLC实现接收和输出高速脉冲的功能，实现数字量控制，较为先进的PLC还专门开发了数字控制模块，可实现曲线插补功能，近来又推出了新型运动单元模块，还能提供数字量控制技术的编程语言，使PLC实现数字量控制更加简单。 [9]
4、数据采集监控
由于PLC主要用于现场控制，所以采集现场数据是十分必要的功能，在此基础上将PLC与上位计算机或触摸屏相连接，既可以观察这些数据的当前值，又能及时进行统计分析，有的PLC具有数据记录单元，可以用一般个人电脑的存储卡插入到该单元中保存采集到的数据。PLC的另一个特点是自检信号多．利用这个特点，PLC控制系统可以实现白诊断式监控，减少系统的故障，提高系统的可靠性。 <ref>[9http://www.plc100.com/jiaocheng/jibenyingyong.htm PLC的基本应用],PLC之家网，2019-11-13</ref>
== 參考來源 ==
安然
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