PLC控制器

可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC），一種具有微處理機的數字電子設備，用於自動化控制的數字邏輯控制器，可以將控制指令隨時載入記憶體內儲存與執行。可程式控制器由內部CPU，指令及資料記憶體、輸入輸出單元、電源模組、數字模擬等單元所模組化組合成。

廣泛套用於目前的工業控制領域。在可程式邏輯控制器出現之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計數器才能組成具有相同功能的自動化系統，而現在，經過編程的簡單的可程式邏輯控制器模組基本上已經代替了這些大型裝置。可程式邏輯控制器的系統程式一般在出廠前已經初始化完畢，用戶可以根據自己的需要自行編輯相應的用戶程式來滿足不同的自動化生產要求。

最初的可程式邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能，所以被命名為可程式邏輯控制器，後來隨著不斷的發展，這些當初功能簡單的計算機模組已經有了包括邏輯控制，時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能，名稱也改為可程式控制器（Programmable Controller），但是由於它的簡寫也是PC與個人電腦（Personal Computer ）的簡寫相衝突，也由於多年來的使用習慣，人們還是經常使用可程式邏輯控制器這一稱呼，並在術語中仍沿用PLC這一縮寫。

基本介紹

• 中文名：PLC控制器
• 外文名：Programmable Logic Controller
• 簡稱：PLC
• 性質：具有微處理機的數字電子設備

概述

PLC 的英文全稱是：Programmable logic Controller，可程式邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境套用而設計的。它採用一類可程式的存儲器，用於其內部存儲程式，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業控制的核心部分。PLC控制器主要是指數字運算操作電子系統的可程式邏輯控制器，用於控制機械的生產過程。也是公共有限公司、電源線車等的名稱縮寫。

主要品牌

韓國LG,美國AB，ABB，松下，西門子，三菱，歐姆龍，台達，富士，施耐德，信捷等。其中LG PLC是韓國LG集團LS產電部門提供的一款高性能電晶體輸出的PLC

基本結構

PLC實質是一種專用於工業控制的計算機，其硬體結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：

a、電源

PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的製造商對電源的設計和製造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)範圍內，可以不採取其它措施而將PLC直接連線到交流電網上去

b. 中央處理單元(CPU)

中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程式賦予的功能接收並存儲從編程器鍵入的用戶程式和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，並能診斷用戶程式中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，並分別存入I/O映象區，然後從用戶程式存儲器中逐條讀取用戶程式，經過命令解釋後按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據暫存器內。等所有的用戶程式執行完畢之後，最後將I/O映象區的各輸出狀態或輸出暫存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還採用雙CPU構成冗餘系統，或採用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

c、存儲器

存放系統軟體的存儲器稱為系統程式存儲器。

存放套用軟體的存儲器稱為用戶程式存儲器。

d、輸入輸出接口電路

1、現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道。

2、現場輸出接口電路由輸出數據暫存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。

e、功能模組

如計數、定位等功能模組

f、通信模組

如乙太網、RS485、Profibus-DP通訊模組等

工作原理

一. 掃描技術

當PLC投入運行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入採樣、用戶程式執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重複執行上述三個階段。

(一) 輸入採樣階段 在輸入採樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，並將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入採樣結束後，轉入用戶程式執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈衝信號，則該脈衝信號的寬度必須大於一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

(二) 用戶程式執行階段

在用戶程式執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程式(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，並按先左後右、先上後下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然後根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程式執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程式執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程式起作用。

在程式執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像暫存器的值不會被更新，程式直接從I/O模組取值，輸出過程影像暫存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。

(三) 輸出刷新階段

當掃描用戶程式結束後，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

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、計時器與計數器等名稱，但PLC內部並非實體上具有這些硬體，而是以記憶體與程式編程方式做邏輯控制編輯，並藉由輸出元件連線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體空間。實際上PLC執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 中並最後執行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態檢查”、“程式執行”、“輸出狀態更新”說明如下：

步驟一“輸入狀態檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連線之各點開關或感測器狀態（1 或0 代表開或關），並將其狀態寫入記憶體中對應之位置Xn。步驟二“程式執行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執行中需要輸入接點狀態，CPU直接自記憶體中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入記憶體中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態更新”：將步驟二中之輸出狀態更新至PLC輸出部接點，並且重回步驟一。 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於此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執行後與下一次程式執行前，輸出與輸入狀態會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生”。