PLC原理浅谈 - 蔡闻先生工控博客技术论文

蔡闻先生

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PLC原理浅谈

发表评论（51）作者：蔡闻发布时间：2007年11月9日

    第一讲：PLC的基本概念

    可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工
    业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

    一. PLC的由来
    在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置
    就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：
    1. 编程方便，现场可修改程序；
    2. 维修方便，采用模块化结构；
    3. 可靠性高于继电器控制装置；
    4. 体积小于继电器控制装置；
    5. 数据可直接送入管理计算机；
    6. 成本可与继电器控制装置竞争；
    7. 输入可以是交流115V；
    8. 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
    9. 在扩展时，原系统只要很小变更；
    10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
    1969年，美国数字设备公司(DEC) 研制出第一台PLC，在美国通用汽车
    自动装配线上试用，获得了成功。
    这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用
    到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

    这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971
    日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。
    二. PLC的定义
    PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association) 经
    过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义：
    “PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”
    以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,
    并在1987年2月通过了对它的定义：
    “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,
    顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”
    总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
    三. PLC的特点
    一. PLC的主要特点
    (一) 高可靠性
    1. 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
    2. 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
    3. 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
    4. 采用性能优良的开关电源。
    5. 对采用的器件进行严格的筛选。
    6. 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
    7. 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
    (二)丰富的I/O接口模块
    PLC针对不同的工业现场信号，如：
    • 交流或直流；
    • 开关量或模拟量；
    • 电压或电流；
    • 脉冲或电位；
    • 强电或弱电等。
    有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
    • 按钮
    • 行程开关
    • 接近开关
    • 传感器及变送器
    • 电磁线圈
    • 控制阀
    直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口
    模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。



    (三) 采用模块化结构
    为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模



    　