快速了解plc（认识plc的工作原理）

很多电力工作者都知道，PLC比继电器控制柜简单得多，而且自动化程度非常高。很多电工都想系统的学习PLC，但是很多人没有合适的方法。即使工作了很多年，仍然不能。我们对PLC了解不多，所以今天我们重点看一下PLC的发展历史、原理结构、软硬件支持等，以获得一个系统和全面的了解。全面的基本了解：

可编程逻辑控制器（PLC）简称PLC，是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。它已逐渐发展成为以微处理器为基础的集自动化技术、计算机技术、通信技术于一体的系统。它是一种集成的新型工业控制装置。

定义：

国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准第三稿。草案中对可编程控制器的定义如下：

“可编程控制器是一种执行数字运算的电子系统，设计用于工业环境。它使用可编程存储器来存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字和“可编程控制器及其相关外围设备应易于与工业系统集成，以易于扩展其功能为原则进行设计。”

PLC的出现

1969年，美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求，研制出了第一台可编程控制器。

背景：

1）继电器控制系统的缺点：通用性和灵活性较差，可靠性较低。

继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性低、接线复杂、变更困难、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但很容易懂又便宜。

2）1968年，为了适应汽车车型的不断更新换代（小批量、多品种、多规格、低成本、高质量），美国通用汽车公司（GM）提出用新型继电器取代继电器控制装置--接触器控制装置。

制定了十项公开招标技术要求：

编程方便，可现场修改程序；

维护方便，采用插件式结构；

可靠性比继电器控制装置高；

体积比继电器控制板小；

数据可直接发送至管理计算机；

成本可与继电器控制板竞争；

输入可以是市电；

输出可为市电，容量要求2A以上，可直接驱动接触器等；

扩容时对原有系统改动极小；

用户内存大于4KB。

PLC的发展

1) 20 世纪70 年代初：

可编程控制器仅具有逻辑运算、定时、计数等部分功能。

2) 20世纪70年代中期：

20世纪70年代以后，随着电子技术和计算机技术的发展以及微处理技术的应用，PLC还增加了算术运算、数据传输和数据处理等功能。

3）20世纪80年代后：

随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的快速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，带动了PLC的快速发展。 PLC不仅增强了控制功能，提高了可靠性，降低了功耗、体积、成本，而且编程和故障检测更加灵活方便。它还具有通信联网、数据处理、图像显示等功能。

4）PLC近年来发展迅速

它是一种配备计算机功能的通用工业控制装置，已成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC技术、机器人、CAD/CAM）之一。

PLC的分类

(1)按I/O点数分类；

I/O点数在256点以下为微型PLC； I/O点数在2561024之间为中型PLC；

I/O点数大于1024点的为大型PLC； I/O点数大于4000点的为超大型PLC。

上述划分不包括模拟量I/O点，划分边界不固定。

(2)按结构形式分类

1、整体式PLC：也称单元式或箱式。集成PLC将电源、CPU和I/O组件集成到一个机箱中。一般小型PLC均采用这种结构。

2、模块化PLC：将PLC的各个部分划分为若干个独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块和各种功能模块。模块化PLC由框架和各种模块组成。模块已插入插座。一般大中型PLC采用模块化结构，一些小型PLC也采用这种结构。

不可缺少的

PLC的优点

高可靠性（平均无故障时间30,000-50,000小时）

易于编程

通用性强

体积小，结构紧凑，安装维护方便。 PLC的缺点

各公司的PLC编程语言互不兼容。

PLC主要生产厂家

欧洲：西门子；法国TE（Telemecanique）

美国：A-B（A1len-Bradly）、GE（通用电气）公司

日本：三菱电机、欧姆龙、富士、基恩士、松下

台湾：台达

韩国：LG

中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU）一般由控制器、运算单元和寄存器组成，这些电路都集成在一块芯片上。

CPU的主要功能：

从内存中读取指令

执行指令

顺序取指令

中断处理

记忆

只读存储器ROM：存储监控程序和用户已调试过的程序 随机存取存储器RAM：存储各种临时数据、中间结果以及用户正在调试的程序的输入和输出（I/O）单元采用光电隔离，实现PLC内部电路与外部电路电气隔离，减少电磁干扰。

1）输入接口电路：将按钮、行程开关或传感器产生的信号转换成数字信号并发送给主机。

2）输出接口电路：将主机输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，控制接触器线圈等电器的通电和断电；另外，输出电路还将计算机与外部强电隔离

3）输出三种形式：

继电器--低速大功率

SCR--高速大功率

晶体管——高速低功耗

输入接口电路

开关量输入接口

》直流输入单元

》交流输入单元

》AC/DC输入单元

功能：将现场开关量信号送入PLC

内部处理的标准信号

输出接口电路

开关量输出接口

1) 继电器类型

2) 晶体管类型

3）晶闸管型

功能：将PLC内部的标准信号转换为现场执行器所需的开关信号

模拟输出接口

功能：将PLC运算处理后的数字信号转换为模拟量输出，以满足生产过程中现场连续控制信号的需要。

PLC软件系统

1、系统软件

管理程序

口译员

程序块

2、应用软件

应用软件又称用户软件，是用户使用专用编程语言编写的、为实现某种控制目的而编写的程序。

应用软件常用编程语言

梯形图编程（LD）

采用继电器电气工程原理逻辑图，将各种软元件表示为触点和线圈。图中各触点和线圈之间的电路连接关系就是它们的控制逻辑关系。

指令表编程（IL）

所有逻辑和运算都是使用指令和操作数输入的。

顺序功能图编程（SFC）

顺序功能图是一种按照机械设备的流程或过程将控制分为多个步骤并在步骤之间进行转换的语言。标准顺序功能图由初始步骤、一般步骤、步骤之间的转换条件、跳转和复位组成。每一步都是机械设备的一个加工过程。一个步骤可以有一个内置的梯形图，这就是该步骤所需要的。完成处理步骤。

PLC数据结构

十进制数（DEC:DECimalnumber），常用于：

定时器/计数器设定值；辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）、状态（S）

其他软元件的地址号；应用指令的数值操作数和指令动作常数（K）。

十六进制数（HEX:HEX十进制数）

与十进制数一样，用于指定应用指令的数值操作数和指令动作常数（H）。

二进制数（BIN:BINary数）

PLC内部数据类型，通过外设监控时，各软元件的值自动转换为十进制数或十六进制数。

八进制数（0CT：0CTalnumber）—— 用于输入继电器和输出继电器的设备编号。

输入继电器以八进制格式编号，如X00-X07、X10-X17、X20-X27（三菱PLC）；

输出继电器以八进制格式编号，例如Y00-Y07、Y10-Y17、Y20-Y27（三菱PLC）。

BCD码（BCD:BINary Code Decima1）——是以二进制形式表示的十进制数，常采用8421BCD码。 BCD码编码开关常用来向PLC发送BCD码数据； PLC常将输出数据以BCD码格式发送至数码显示器进行显示。

浮点数据（绘图值） 二进制浮点数常用于高精度浮点运算；使用十进制浮点数进行监控。

PLC软件组件简介

软元件分类

输入继电器（如三菱PLCX）

输出继电器（如PLCY开头的三菱）

辅助继电器（如三菱PLCM开头用）

状态继电器（如三菱PLCS开头）

计数器（如以三菱PLCC开头）

定时器（如三菱PLCT开头）

数据寄存器（如以三菱PLCD开头）

PLC装置（逻辑元件）

输出继电器（Y）

》输出继电器以八进制编号，分为内部触点和外部输出触点（继电器触点、双向可控硅、晶体管等输出元件），由程序驱动。

》在PLC内部，外部输出接点连接到输出端子，向外部负载输出信号，而输出继电器只有一个常开外部输出接点。

》输出继电器内部有众多常开常闭触点，编程时可自由使用。

辅助继电器（M）

》由内部软元件触点驱动，常开、常闭触点使用次数不限，但不能直接驱动外部负载，以十进制编号。

》通用辅助继电器

》断电保持辅助继电器

》特殊辅助继电器

只能使用其触点的特殊辅助继电器

可驱动线圈的专用辅助继电器

》通用辅助继电器和断电保持辅助继电器的比例可以通过外围设置参数进行调整。

状态继电器(S)

》状态是一个内部装置，用于简单编程流程步骤控制，以十进制编号。与步进指令STL配合使用；

》状态有无数常开触点和常闭触点，编程时可以随意使用；

》当该状态不用于步进梯形图指令时，可作为辅助继电器使用。 》状态也有一般状态和断电保持状态，其比例分配可由外设设置。

定时器（T）

》定时器实际上是一个内部脉冲计数器，可以测量内部1ms，

对10ms和100ms时钟脉冲进行累加计数，达到用户设定值时，触点动作。

》定时器可以使用用户程序存储器中的常数k或day作为设定值，也可以使用数据寄存器D的内容作为设定值。

数据寄存器(D)

》通用数据寄存器，只要不写入其他数据，写入的数据就不会改变。但当PLC状态由运行变为停止时，所有数据将被清除。

》断电时数据寄存器保持。只要不被重写，原来的数据就不会丢失。

》特殊数据寄存器，这些数据寄存器用于监控PLC中各个部件的运行模式。

》档案登记。

审稿人：李茜