PLC可编程控制器原理及其在工业上的应用

摘 要 plc可编程控制器的工业应用规划是PLC应用的重要技能。本文对可编程控制器的组成做一分析并对PLC控制器的原理进行了简要分析、并且进一步的对PLC可编程控制器在工业上的应用进行了简要的阐述。

关键词 PLC；原理；工业应用

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0205-02

1 可编程控制器的组成

PLC是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机，因此它与一般的计算机相同，分为硬件和软件两部分。

1.1硬件结构

PLC的硬件它由中央处理单元、存储器、输人输出单元，电源、编程器以及外部设备组成。

1）中央处理单元（CPU）

中央处理单元可比作PLC的大脑，它是PLC的控制运算中心，包括运算器和控制器，用来实现信良处理和控制，并对整机进行协调，其性能的优劣直接影响nC的技术性能指标oPLC的档次越高，CPU的位数就越长，运算速度也越快。

2）存储器

存储器简称为内存，用来存储系统程序、用户程序、工作数据、逻辑变量和其它信息。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，系统程序是控制和完成可编程序控制器各种功能的程序，由控制器制造厂家编写。

3）输入街出（Ⅱ/O）

接口模块输入偷出模块是PLC与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC通过输入模块把工业设备或生产过程的各种控制信号（如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其它一些传感器输出的开关量或模拟量）读入主机，通过用户程序的运算与操作，将结果传输到输出模块。输出模块电路将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、电机等相应的被控执行机构。

4）电源

电源部件将交流电源转换成中央处理单元、存储器及输入输出模块正常工作所需的直流电源。使PLC能正常工作。

5）编程器编程器是编制、编辑、调试、监控用户程序的必备设备。它通过通信接口与CPU联系，完成人机对话的功能；

6）外部设备外部设备除编程器外还有上位计算机、图形监控系统、打印机、条码判读器等，这些外部设备可以通过外部设备接口与主机相连，用以完成相应的控制与操作。

1.2软件系统

1）PLC的软件程序

PLC的软件程序分为系统程序和用户程序。系统程序是PLC工作的基础，采用汇编语言编写，在PLC出厂时就已固化于ROM的系统程序存储器中，不需要用户干预。

2）编程语言PLC

是采用“软”继电器（编程元件）代替“硬”继电器（实际元件），用软件编程逻辑代替传统的硬件布线逻辑，实现控制作用。PLC的编程语言面向被控对象、面向操作者，易于为熟悉继电接触器控制电路的广大电气工程技术人员理解和掌握。

2 可编程控制器的原理

可编程控制器完成各种控制任务是在其硬件支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来完成的。PLC实质上也是一种计算机控制系统，它具有比计算机更强的工业过程相连的接口，具有更适用于控制要求的编程语言。PLC采用顺序扫描、不断循环的工作方式，即在系统软件控制下，按一定的时钟节拍周而复始地进行工作，在每次扫描过程中，进行输入信号的采样、程序执行、输出刷新三个阶段，并进行周期性循环，如图1所示。

1）输入采样阶段PLC中的CPU对各个输入端进行扫描，将现场开关状态及速度、温度、压力等模拟信号的A/D转换数据送到输入状态寄存器中，这一过程称为输入采样阶段；

2）程序执行阶段CPU按用户程序顺序扫描执行每条指令，所需执行条件可从输入状态寄存器中和编程元件中读人CPU，并按程序编排对输人数据进行逻辑和算术运算，再将运算结果送人；

3）输出刷新阶段当程序所有指令执行完毕，CPU将输出状态寄存器中的最新结果送到输出锁存器中，并通过一定输出方式输出，使相应的输出开关动作，以驱动外部相应执行机构工作，这就是输出刷新阶段。以上是PLC的三个工作阶段，再加上PLC的系统自控过程，称为一个扫描周期。完成一个扫描周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期长短是可以估算出来的，不同型号的PLC，可查阅其使用说明书，找出自检过程，输入采样，输出刷新过程所需的时间，一般输入采样和输出刷新只需要lms2ms，所以扫描时间主要由用户程序执行时间决定，而用户程序执行时间与用户程序长短有关，取决于控制对象工艺复杂程度及CPU的运算速度。一般PLC控制系统，每秒钟可扫描数十次，完全可以满足各种工业控制的要求。

3 可编程控制器的工业应用

从结构及功能出发，PLC是一种新型的通用的电器控制器，一种以计算机为内核的电器控制器。作为一个传统的名称，电器控制器可定义为：电器及电路构成的用于电气控制的装置。继电器接触器系统是传统的电器控制器。像所有的计算机一样，可编程控制器工作的根本形式是依程序处理存储器中的各种据。在工业控制中，这些数据大多是通过输入口送入的。有数字量也有模拟量，它们来自系统中的传感器及主令电器。这些数据经PLC处理后经输出口送到机外，用于电动机、电磁阀及其他执行器的控制，输出量也可以是用于其他工业控制设备的数字量或模拟量。以上所说接于PLC输入输出口上的主令电器、传感器及执行器在继电接触器系统中也是必不可少的。它们的动作反映控制系统中的各种事件。如启动按钮按下表示启动事件，热继电器动作表示过载事件，接触器动作表示某电源接通事件等。因此可以说PLC是依一定的应用程序处理现场各类事件（数据）的机器。因此，欲实现特定的控制任务，第一点，像其他的电器控制器一样，可编程控制器必须要接入控制系统电路。即是要与传感器、主令电器、执行电器、通信设备及其他需用的控制设备连接成一体。第二点，将PLC接入系统后，还必须根据控制要求编制应用程序反映输入事件与输出事件的联系，以使可编程控制器得以据此完成既定的控制任务。以上两点也就是可编程控制器工业控制应用的基本模式。

参考文献

[1]龚运新，赵厚玉，戚本志编著.PLC技术及应用：基于西门子S7-200.清华大学出版社，2009，9.

[2]张万忠，刘明芹主编.电器与PLC控制技术.3版.化学工业出版社，2012，2.