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                一章  PLC概述
1.1 PLC的基本概念
  可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為PLC工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC,plc自1966年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大
一、PLC內(nèi)部運作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查"、“程式執(zhí)行"、“輸出狀態(tài)更新"說明如下：
步驟一“輸入狀態(tài)檢查"：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應之位置Xn。
步驟二“程式執(zhí)行"：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。
4、步驟三“輸出狀態(tài)更新"：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生"。
二、 PLC從何處來？
    可編程控制器的10項招標指標1968年，美國通用汽車公司（GM）根據(jù)多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌的戰(zhàn)略思想，以降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期為設想，針對汽當時車生產(chǎn)線的自控系統(tǒng)現(xiàn)狀：工裝基本上由繼電器控制裝置構(gòu)成。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝，因而繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設計和安裝，這不僅費時、費工、費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，希望用新的控制裝置來取代繼電器控制裝置，并提出了以下10項招標指標：
  ①在使用者的工廠里，能以最短的中斷服務時間，迅速、方便地對其控制的硬件和設備進行編程及重新進行程序的設計。
  ②所有的系統(tǒng)組件必須能在工廠內(nèi)無特殊支持的設備、硬件及環(huán)境條件下進行。
  ③系統(tǒng)的維修必須簡單易行。在系統(tǒng)中應設計有狀態(tài)指示器及插入式模塊，以便在在最短的停車時間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡單易行；
  ④裝置的體積應小于原繼電器控制柜的體積，它的能耗也應較??；
  ⑤必須能與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)和運行情況。
  ⑥輸入開關(guān)量可以是已有的標準控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關(guān)的交流115V(注：美國電網(wǎng)電壓為115V，我們中國是AC220V)；
  ⑦輸出的驅(qū)動信號都必須能驅(qū)動以交流運行的電動機驅(qū)動器和電磁閥線圈，每個輸出量將設計為可開停和連續(xù)操縱具有交流115V，2A以下容量的電磁閥等負載設備。
  ⑧具有靈活的擴展能力。在擴展時，必須能以最小的系統(tǒng)變動及最短的更換、停頓時間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴展到系統(tǒng)的大配置。
  ⑨在購買和安裝費用上應有與原有繼電器控制和固態(tài)邏輯控制系統(tǒng)的競爭力，即有高的性價比。
  ⑩用戶存儲器容量至少在4KB1以上（根據(jù)當時汽車裝配廠的要求）
三、PLC的基本結(jié)構(gòu)
   PLC主要由控制單元（CPU）、存儲器（RAM或ROM或 ）輸入輸出模塊（I/O）部分、電源和編程設備組成，有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成某些特殊的任務。術(shù)語“體系結(jié)構(gòu)"是指PLC的硬件，或軟件，或者二者的結(jié)合。開放式的體系結(jié)構(gòu)，是指系統(tǒng)使用現(xiàn)成的標準組件，能方便的與其它生產(chǎn)廠家的設備和程序兼容。封閉的體系結(jié)構(gòu)是指該系統(tǒng)為專用的并且與其他系統(tǒng)不兼容。目前，大多數(shù)PLC系統(tǒng)從本質(zhì)上講都是封閉的系統(tǒng)，所以使用時必須確定所選用的硬件和軟件與所使用的PLC是兼容的。
1.控制單元CPU
   CPU是PLC的“大腦"，通常由一個微處理器和一個存儲器組成。微處理器實現(xiàn)邏輯處理和控制各模塊間通信的功能，不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存由微處理器完成的邏輯操作的結(jié)果（程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)）。  
2.I/O模塊
  I/O系統(tǒng)構(gòu)成了現(xiàn)場設備與控制器連接的接口，作用就是從使現(xiàn)場接收到的信號或送到現(xiàn)場的信號達到處理器的要求。輸入(1nput)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I／O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等過來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流、電壓信號。
3.編程器設備 （或稱編程終端）
   編程設備用來向存儲器中寫入程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維護。個人計算機（PC）是的編程設備。使用編程軟件可以在計算機的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。
4．電源  
   PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC 5V，±12V，24V等直流電源。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器(如接近開關(guān))提供24V直流電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。
  （ 關(guān)于PLC的硬件結(jié)構(gòu)和軟件體系敬請參閱第二講內(nèi)容。）
4.四、 PLC的工作原理
1、PLC替換
   PLC是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“欺繼電器"，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上有某些相似之處。
2、PLC的工作原理分析
   它的工作有兩個要點：入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)。入出信息變換主要由運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。既有系統(tǒng)程序（這程序又稱監(jiān)控程序，或操作系統(tǒng)），又有用戶程序。系統(tǒng)程序為用戶程序提供編輯與運行平臺，同時，還進行必要的公共處理，如自檢，I/O刷新，與外設、上位計算機或其它PLC通訊等處理。用戶程序由用戶按照控制的要求進行設計。什么樣的控制，就有什么樣的用戶程序?？煽课锢韺崿F(xiàn)主要通過輸入（I， bbbbb）及輸出（O， OUTPUT）電路。
   簡單地說，PLC工作過程是：輸入刷新---運行用戶程序---輸出刷新，再輸入刷新---再運行用戶程序---再輸出刷新……停止地循環(huán)反復地進行此外，PLC上電后，也要進行系統(tǒng)自檢及內(nèi)存的初始化工作，為PLC的正常運行做好準備。用這種不斷地重復運行程序以實現(xiàn)控制，稱掃描方式工作。
3.輸入/輸出滯后時間
   輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時問，是指PLC部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間這三部分組成。
五、PLC的特點
   從討論PLC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯(lián)系主要不是靠物理過程，不是用線路，而主要靠變換信息的程序?qū)崿F(xiàn)。輸入輸出主要為軟聯(lián)系，而不是硬聯(lián)系。它的工作基礎是信息流，而不是物流、能量流。信息不同于物質(zhì)與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息可反復重用，重用后自身還不消失，等等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。歸納起來，除了功能豐富，PLC還有以下特點：
1．工作可靠:
   用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非?？煽康?。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多非常有效的根本性措施。
2．使用方便:
   用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多!其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的箱體或模塊。而且，這些箱體或模塊是配套的，已實現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。
3.經(jīng)濟合算：
    的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益，這是科技是生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是生命力之所在。