PLC简要概述

【摘要】随着工业自动化程度越来越高，工业应用的自动化设备逐步普及，因而对远程控制与监控的实用性更高。PLC作为工业控制三大支柱之首，足以证明其重要性。本文主要对PLC进行基本介绍。

【关键词】PLC；自动控制；原理；构成

1.前言

随着城市现代化企业的不断推进与更新，对于企业自动化控制越来越重要，越来越依赖，越来越不可替代。利用PLC程序设计和触摸屏设计，实现远程监控、操作，方便实用，增大对企业的实际利益。

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、编程简单等特点。

2.PLC的定义

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来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，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

3.PLC的发展历程

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。使用PLC进行安全控制。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的10%-1%，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。同时在部分外部信号点的输入也需要插入继电器，来保护PLC的输入输出点，达到高的安全等级。

   上世纪80年代至90年代中期，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在处于模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在默写应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

4.PLC的构成

4.1 I/O模块

I/O分为开关量输入，开关量输出，模拟量输入，模拟量输出等模块。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反

4.2 CPU

　　CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中。同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

　　CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路，是PLC不可缺少的组成单元。

4.3 存储器

PLC的存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器，而用户程序存储器又包括用户程序存储区和用户数据存储区。

（1）系统程序存储器通常采用ROM或EPROM芯片存储器。用于存放PLC生产厂商永久存储的程序和指令，称为监控程序。

（2）用户存储区主要存放用户已编制好的程序或正在调试的程序。一般采用EPROM或E2PROM存储器，用户可檫除重新编程。

（3）用户数据存储区通常采用RAM存储器，为防止掉电时信息丢失，有后备电源做保护。

4.4 电源模块

　 PLC内部有一稳压电源，用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，还为模拟输出模块提供24V的工作电源。电源输入类型为交流电源220VAC、

4.5 通信模块

对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题。

依靠先进的工业网络技术迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

5.PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，工作过程一般包括6个阶段：以故障诊断和处理为主的公共操作、与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理、响应外设。

6.结语

在自动化控制领域，PLC是一种重要的的控制设备。目前，世界上有200多厂家生成300多种品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

自动化生产线运作，很大程度上解决人力问题及稳定性，同时减少生产过程中各种因素对人体的伤害，并大大增加生产节奏，且安全可靠性更高。由于现场的外部条件干涉因素及人员操作范围，设计自动化生产线非常必要。

【参考文献】

[1]谢云敏，郭贵中，党保华.电气与可编程控制技术[M].上海：上海交通大学出版社，2012：65-83

[2]刘锴,周海.深入浅出 S7-300PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社, 2004：75-172

[3]范永胜.电气控制与PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2007：66-79

[4]王.基于西门子PLC以太网模块与WINCC实现的远程监控系统[D].中国航天科工集团第六研究院，内蒙古：呼和浩特 010076