田海 劉膨于

【摘 要】本文主要介紹了PLC的結(jié)構(gòu)、特點，進(jìn)而闡述了PLC的發(fā)展、應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】PLC（可編程序控制器）；發(fā)展；應(yīng)用

1985年，國際電工委員會IEC對可編程序控制器做出了規(guī)定：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式模塊式的輸入與輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。為區(qū)別個人計算機(jī)PC（Personal Compter），人們?nèi)粤?xí)慣地稱可編程序控制器PC（Programmable Controller）為PLC。

作為工業(yè)環(huán)境中一種能夠被直接使用的數(shù)據(jù)裝置設(shè)備，PLC可以將微處理軟件作為各項工作的基礎(chǔ)軟件，在對計算機(jī)技術(shù)自動控制裝置以及通信裝備進(jìn)行綜合對比分析以后，可以采取面相用戶的控制原則、對使用者的“自然語言”進(jìn)行有效的調(diào)控的一種現(xiàn)代化的高控制工藝，具有一定的時效性、準(zhǔn)確性、自動化特點。

作為一種專業(yè)化程度很高的控制工作，PLC這種計算機(jī)在工作中所使用的原理其實和普通類型的計算機(jī)是一樣的。它通過周期性循環(huán)掃描的方法，即“順序掃描，不斷循環(huán)”來提高整個工作的效率。

PLC的種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。

1.中央處理單元（CPU）

CPU一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片上。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路相連接。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲器，當(dāng)PLC處于運(yùn)行方式時，CPU按掃描方式工作，從用戶程序第一條指令開始，直到用戶程序的最后一條指令，不停地周期性掃描，每掃描完成一次，用戶程序就執(zhí)行一次。

2.存儲器

存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存儲系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量、系統(tǒng)組態(tài)和其他一些信息。

3.輸入輸出單元

可編程序控制器的輸入和輸出信號類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入輸出單元從廣義上包含兩部分，一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。輸入單元接受來自用戶設(shè)備的各種控制信號，通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸入輸出映像寄存器由輸入輸出點相對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、顯示燈等被控設(shè)備的執(zhí)行原件。

現(xiàn)在你市場上的PLC產(chǎn)品種類繁多，大致可有下面兩種分類方法：從結(jié)構(gòu)上可編程序控制器從結(jié)構(gòu)上可分為整體式和模塊式。從規(guī)模上，按PLC的輸入輸出點數(shù)可分為小型、中型和大型。

可編程序控制器誕生后不久即顯示了在工業(yè)控制中的重要地位，日本、德國、法國等國家相繼研制成各自的PLC。PLC技術(shù)隨著計算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由一位機(jī)發(fā)展為8位機(jī)。隨著微處理器CPU和微型計算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成現(xiàn)代意義上的PC。之后的PLC產(chǎn)品已使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多道處理。通信技術(shù)使PLC的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。如今，可編程序控制技術(shù)已比較成熟。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)可編程序控制器產(chǎn)品，比較著名的廠家如美國的A-B，通用GE，日本的三菱、歐姆龍、松下電器，德國的西門子，法國的TE，許多亞洲國家如韓國的三星、LG等發(fā)展也十分迅速。我國自20世紀(jì)70年代改革開放以來，先是引進(jìn)技術(shù)，后來是合作開發(fā)，現(xiàn)在是自行設(shè)計開發(fā)。

可編程序控制器的總發(fā)展趨勢是高集成度、小體積、大大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）與計算機(jī)聯(lián)系密切

從功能上，PLC不僅能完成邏輯運(yùn)算，計算機(jī)的復(fù)雜運(yùn)算功能在PLC中也進(jìn)一步得到利用；從結(jié)構(gòu)上，計算機(jī)的硬件和技術(shù)越來越多地應(yīng)用到PLC；從語言上，PLC已不再是單純用梯形圖語言，而且可用多種語言編程，如類似計算機(jī)匯編語言的語句表，甚至可直接用計算機(jī)高級語言編程；在通信方面，PLC與計算機(jī)可直接相連進(jìn)行信息傳遞。

（2）發(fā)展多樣化

可編程控制器發(fā)展的多樣化體現(xiàn)在3個方面：產(chǎn)品類型、編程語言和應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）模塊化

PLC的擴(kuò)展模塊發(fā)展迅速。針對具體場合開發(fā)的可擴(kuò)展模塊，功能明確化專用化的復(fù)雜功能由專門模塊來完成，主機(jī)僅僅通過通信設(shè)備向模塊發(fā)布命令和測試狀態(tài)，這使得PLC的系統(tǒng)功能進(jìn)一步增強(qiáng)，控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)一步簡化。

（4）網(wǎng)絡(luò)與通信能力增強(qiáng)

計算機(jī)與PLC之間及各個PLC之間的聯(lián)網(wǎng)和通信能力不斷增強(qiáng)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以有效地節(jié)省資源、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性和靈活性，這方面的應(yīng)用也進(jìn)一步推廣。目前，工業(yè)普遍采用生產(chǎn)金字塔結(jié)構(gòu)的多級工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

（5）多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化

生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的各廠家都在大力度地開發(fā)自己的新產(chǎn)品，以求占據(jù)市場的更大份額，因此產(chǎn)品向多樣化方向發(fā)展，出現(xiàn)了歐、美、日多種流派。與此同時，為了推動技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程，一些國際性組織，如國際電工委員會（IEC）不斷為PLC的發(fā)展制定一些新的標(biāo)準(zhǔn)：如對各種類型的產(chǎn)品作一定的歸納或定義，或?qū)LC未來的發(fā)展制定一種方向或框架。

（6）工業(yè)軟件發(fā)展迅速

與可編程序控制器硬件技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，工業(yè)軟件的發(fā)展非常迅速，它使系統(tǒng)的應(yīng)用更加簡單易行，大大方便了PLC系統(tǒng)的開發(fā)人員和操作使用人員。

現(xiàn)在所說的可編程序控制器PC（Programmable Controller）是1980年以來，美、日、德等國由先前的可編程序控制器PLC進(jìn)一步發(fā)展而來。它采用中央處理單元CPU（Central Processing Unit），不但繼承了PLC原有的功能，而且具有更為強(qiáng)大的功能，指令系統(tǒng)豐富，程序結(jié)構(gòu)靈活，通用性和適應(yīng)性強(qiáng)，可以用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制。它是目前工業(yè)自動化應(yīng)用最廣的控制設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]臺方. 可編程序控制器應(yīng)用教程.北京：中國水利水電出版社，2004.

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