PLC控制系統，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，專為工業生產設計的一種數字運算操作的電子裝置，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。
自二十世紀六十年代美國推出可程式邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛套用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術、網路技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限於邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。
基本介紹
- 中文名：可程式邏輯控制器
- 外文名：Programmable Logic Controller
- 推出時間：二十世紀六十年代
- 國別：美國
- 套用：工業環境
基本介紹,基本結構,中央處理單元,存儲器,電源,程式輸入裝置,輸入\輸出迴路,工作原理,套用領域,輸出類型,繼電器輸出,電晶體輸出,晶閘管輸出,對PLC的干擾,PLC特點,未來展望,
基本介紹
定義
它是一種即時系統，有別於個人電腦。傳統式以繼電器為主的電機控制系統中, 每當變更設計時,整個系統幾乎都要重新製作, 不但費時又費力;同時由於繼電器還有接點接觸不良、磨損、體積大之缺點, 因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.為了改善這些缺點,美國DEC在1969年首度發表：可程式式控制器(Programmable Controller).
程式控制器在發表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡稱PLC, 最先的目的是取代繼電器，從而執行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主, 所以也稱順序控制器,其結構也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC),直到1976年,美國電機製造協會正式給予命名為Programmable Controller, 即可程式控制器,簡稱PC,由於目前個人電腦(Personal Computer)極為普遍, 加上常與可程式控制器配合使用,為了區分兩者, 所以一般都稱可程式控制器為PLC 以加以分別.
目前市面上之PLC控制器種類繁多,依照製造廠商及適用場所的不同而有所差異, 但是每種廠牌可依機組複雜度分為大、中、小型;而一般工廠及學校通常使用小型PLC, 其中以日系F系列及我國A系列PLC較受國人愛用.
PLC控制器的發展歷程
作為離散控制的首選產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發展，世界範圍內的PLC控制器年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC控制器市場容量基數的不斷擴大，近年來PLC在工業已開發國家的增長速度放緩。但是，在中國等開發中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據著十分重要的位置。
PLC控制器是由模仿原繼電器控制原理髮展起來的，二十世紀七十年代的PLC控制器只有開關量邏輯控制，首先套用的是汽車製造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；並通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程式表達了生產過程的工藝要求，並事先存入PLC控制器的用戶程式存儲器中。運行時按存儲程式的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC控制器的CPU內有指示程式步存儲地址的程式計數器，在程式運行過程中，每執行一步該計數器自動加1，程式從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然後再返回起始步循環運算。PLC控制器每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC控制器，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1K邏輯程式不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC控制器使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。
相同I/O點數的系統，用PLC控制器比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟體和硬體都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、迴路很少，採用PLC較為合適。PLC由於採用通用監控軟體，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些。
近10年來，隨著PLC控制器價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始採用PLC控制器進行控制，PLC控制器在我國的套用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高，今後一段時期內PLC控制器在我國仍將保持高速增長勢頭。
通用PLC控制器套用於專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC控制器相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩定性。實際工作中碰到的一些用戶原來採用嵌入式控制器，現在正逐步用通用PLC控制器或定製PLC取代嵌入式控制器。
基本結構
PLC控制器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。
中央處理單元
中央處理單元(CPU)是PLC控制器的控制中樞。它按照PLC控制器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控制器投入運行時，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控制器的可靠性，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。
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。
電源
PLC控制器的電源在整個系統中起著十分重要得作用。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控制器直接連線到交流電網上去。
程式輸入裝置
負責提供操作者輸入、修改、監視程式用作的功能
輸入\輸出迴路
負責接收外部輸入元件信號和負責接收外部輸出元件信號.
工作原理
掃描技術
當PLC控制器投入運行後，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控制器的CPU以一定的掃描速度重複執行上述三個階段。
輸入採樣階段
在輸入採樣階段，PLC控制器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。
用戶程式執行階段
在用戶程式執行階段，PLC控制器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。
輸出刷新階段
當掃描用戶程式結束後，PLC控制器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控制器的真正輸出。
同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執行的結果也不同。另外，採用掃描用戶程式的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯並行運行的結果有所區別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什麼區別了。
一般來說，PLC控制器的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等於自診斷、通訊、輸入採樣、用戶程式執行、輸出刷新等所有時間的總和。
套用領域
目前，PLC控制器在國內外已廣泛套用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。
開關量的邏輯控制
這是PLC控制器最基本、最廣泛的套用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用於單台設備的控制，也可用於多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合工具機、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。
模擬量控制
在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可程式控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模組，使可程式控制器用於模擬量控制。
運動控制
PLC控制器可以用於圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用於開關量I/O模組連線位置感測器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模組。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模組。世界上各主要PLC控制器生產廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用於各種機械、工具機、機器人、電梯等場合。
過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC控制器能編制各種各樣的控制算法程式，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模組，目前許多小型PLC控制器也具有此功能模組。PID處理一般是運行專用的PID子程式。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的套用。
數據處理
現代PLC控制器具有數學運算（含矩陣運算、函式運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的採集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智慧型裝置，或將它們列印制表。數據處理一般用於大型控制系統，如無人控制的柔性製造系統；也可用於過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。
通信及聯網
PLC控制器通信含PLC控制器間的通信及PLC控制器與其它智慧型設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網路發展得很快，各PLC控制器廠商都十分重視PLC控制器的通信功能，紛紛推出各自的網路系統。新近生產的PLC控制器都具有通信接口，通信非常方便。
輸出類型
PLC控制器數字量輸出類型分為：繼電器輸出、電晶體輸出和晶閘管輸出三種類型。
繼電器輸出
不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A/點；但繼電器輸出方式不適用於高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決 定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至幾百萬次之間，有的公司產品可達1000萬次以上，回響時間為10ms。
電晶體輸出
適應於高頻動作，回響時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶 DC 5—30V的負載，最大輸出負載電流為0.5A/點，但每4點不得大於0.8A。
晶閘管輸出
晶閘管（可控矽）帶負載能力為0.2A/點，只能帶交流負載，可適應高頻動作，回響時間為1ms。
對PLC的干擾
空間輻射干擾
空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網路、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為複雜。若PLC控制器系統置於所射頻場內，就會收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信區域網路絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設定禁止電纜和PLC控制器局部禁止及高壓泄放元件進行保護。
系統外引線干擾
主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業現場較嚴重。
a來自電源的干擾
PLC控制器系統的正常供電電源均由電網供電。由於電網覆蓋範圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而線上路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，如開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態衝擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC控制器電源通常採用隔離電源，但其機構及製造工藝因素使其隔離性並不理想。實際上，由於分布參數特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。
b來自信號線引入的干擾
與PLC控制器控制系統連線的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。
此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對於隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統匯流排回流，造成邏輯數據變化、誤動和當機。PLC控制器控制系統因信號引入干擾造成I/O模件損壞數相當嚴重，由此引起系統故障的情況也很多。
c 來自接地系統混亂時的干擾
接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。
PLC控制器控制系統的地線包括系統地、禁止地、交流地和保護地等。接地系統混亂對PLC控制器系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環路電流，影響系統正常工作。例如電纜禁止層必須一點接地，如果電纜禁止層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過禁止層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。
此外，禁止層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，禁止層內有會出現感應電流，通過禁止層與芯線之間的耦合，干擾信號迴路。若系統地與其它接地處理混亂，所產生的地環流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC控制器內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC控制器工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC控制器的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、程式跑飛或當機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。
系統內部干擾
主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬於PLC控制器製造廠對系統內部進行電磁兼容設計的內容，比較複雜，作為套用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多套用實績或經過考驗的系統。
PLC特點
1:能夠設定不同類型產品的工位數量及位置參數，並能夠線上監控運行過程；
PLC控制圖片
PLC控制圖片2:設備操作靈活方便，能夠實現啟動與暫停，自動與手動模式切換,計數與清零,氣缸下壓時間調整等；
3:螺絲的自動排放，送料，固定，由機器一次性自動完成，不需人工輔助；
4:高速的生產節拍，可實現單工位速度不低於 1-1.5 件/秒。定位精度高，位置誤差不大於 0.02 毫米；
未來展望
21世紀，PLC控制器會有更大的發展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地套用於可程式控制器的設計和製造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智慧型更強的品種出現；從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求.
PLC控制器是一種專門為在工業環境下套用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編製程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC控制器已經廣泛套用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。
