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基本原理
可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡(jiǎn)稱PLC。PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。
PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。
1.1實(shí)現(xiàn)控制要點(diǎn)
輸入輸出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。
輸入輸出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信號(hào)與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。
可靠物理實(shí)現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計(jì)的。輸入電路要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。
I/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個(gè)I或O電路。PLC有多I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。
輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)其信息的暫存器。
輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的
這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實(shí)際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計(jì)算機(jī)內(nèi)存交換信息通過計(jì)算機(jī)總線，并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。
輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位（bit）與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。靠運(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個(gè)映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時(shí)序變換成輸出的時(shí)序。這是一個(gè)數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。
1.2實(shí)現(xiàn)控制過程
簡(jiǎn)單地說，PLC實(shí)現(xiàn)控制的過程一般是：
輸入刷新--再運(yùn)行用戶程序--再輸出刷新--再輸入刷新--再運(yùn)行用戶程序--再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著。
圖1.1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時(shí)間關(guān)系。
有了上述過程，用PLC實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。因?yàn)椋河辛溯斎胨⑿拢砂演斎腚娐繁O(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運(yùn)行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個(gè)過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應(yīng)的時(shí)間上，略有滯后。當(dāng)然，這個(gè)滯后不宜太大，否則，所實(shí)現(xiàn)的控制不那么及時(shí)，也就失去控制的意義。
為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是PLC實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。事實(shí)上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點(diǎn)幾，或零點(diǎn)零幾微秒。而且這個(gè)速度還在不斷提高中。
實(shí)際的PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了I/O刷新及運(yùn)行用戶程序，還要做些公共處理工作。
公共處理工作有：循環(huán)時(shí)間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。
監(jiān)控循環(huán)時(shí)間的目的是避免"死循環(huán)"，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。辦法是用"看門狗"（Watchingdog）。只要循環(huán)超時(shí)，它可報(bào)警，或作相應(yīng)處理.
外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對(duì)它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機(jī)輸出數(shù)據(jù).
通訊處理是實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計(jì)算機(jī)，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強(qiáng)PLC控制能力的需要。
也就是說，實(shí)際的PLC工作過程總是：公共處理--I/O刷新--運(yùn)行用戶程序--再公共處理--……反復(fù)不停地重復(fù)著。
1.3可編程控制器實(shí)現(xiàn)控制的方式
用這種不斷地重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的一種方式。此外，計(jì)算機(jī)用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請(qǐng)中斷，被響應(yīng)后正運(yùn)行的程序停止運(yùn)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷，又返回運(yùn)行原來(lái)程序。哪個(gè)控制需要處理，哪個(gè)就去申請(qǐng)中斷。哪個(gè)不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。
在中斷方式下，計(jì)算機(jī)能得到充分利用，緊急的任務(wù)也能得到及時(shí)處理。但是，如果同時(shí)來(lái)了幾個(gè)都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？?jī)?yōu)先級(jí)高的還好辦，低的呢？可能會(huì)出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場(chǎng)的日常使用。
但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個(gè)別急需的處理，允許中斷這個(gè)掃描運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個(gè)別應(yīng)急的也能進(jìn)行處理。
PLC的實(shí)際工作過程比這里講的還要復(fù)雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關(guān)人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實(shí)現(xiàn)--信息處理、I/O電路--空間、時(shí)間關(guān)系--掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實(shí)現(xiàn)控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點(diǎn)了。至于更深入的問題，在進(jìn)一步學(xué)習(xí)中，將再作具體介紹。
2. 基本特點(diǎn)
從討論P(yáng)LC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯(lián)系是靠運(yùn)行存儲(chǔ)于它的內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。它的入出相關(guān)，不是靠物理過程，不是用線路；而是靠信息過程，用軟邏輯聯(lián)系。它的工作基礎(chǔ)是用好信息。
信息不同于物質(zhì)與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲(chǔ)；信息還可重用，等等。正是由于信息的這些特點(diǎn)，決定了PLC的基本特點(diǎn)。
下面介紹PLC的四個(gè)特點(diǎn)：
2.1功能豐富
PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲(chǔ)信息的內(nèi)部器件有關(guān)。
它的指令多達(dá)幾十條、幾百條，可進(jìn)行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算。凡普通計(jì)算機(jī)能做到的，它也都可作到。
它的內(nèi)部器件，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲(chǔ)入、出點(diǎn)信息的，少的幾十、幾百，多的可達(dá)幾千、幾萬(wàn)，以至10幾萬(wàn)。這意味著它可進(jìn)行這么多I/O點(diǎn)的入出信息變換，進(jìn)行這么大規(guī)模的控制。
它的內(nèi)部種種繼電器，相當(dāng)于中間繼電器，數(shù)量更多。內(nèi)存中一個(gè)位就可作為一個(gè)中間繼電器，怎么不多！
它的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可達(dá)成百、成千。這也是因?yàn)橹灰脙?nèi)存中的一個(gè)字，再加一些標(biāo)志位，即可成為定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，所以才那么多。
而且，這些內(nèi)部器件還可設(shè)置成丟電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。
它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)還可用以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬(wàn)字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。
PLC還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機(jī)界面，以進(jìn)行信息交換。可送入程序，送入數(shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時(shí)可在圖文并茂的畫面上進(jìn)行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲(chǔ)，可打印。數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入，等等。
PLC還具有通訊接口，可與計(jì)算機(jī)鏈接或聯(lián)網(wǎng)，與計(jì)算機(jī)交換信息。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機(jī)所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。
PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自診斷。其結(jié)果可自動(dòng)記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。
豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時(shí)，也為工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。
像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。
2.2使用方便
用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因?yàn)椋菏紫萈LC控制邏輯的建立是程序,用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當(dāng)然要方便得多！
其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實(shí)現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場(chǎng)上即可購(gòu)得。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。
正因如此，用可編程序控制器才有這個(gè)"可"字。對(duì)軟件講，它的程序可編，也不難編。對(duì)硬件講，它的配置可變，而且也易于變。
具體地講，PLC有五個(gè)方面的方便：
（1）配置方便：可接控制系統(tǒng)的需要確定要使用哪家的PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場(chǎng)上定貨購(gòu)買即可。
（2）安裝方便：PLC硬件安裝簡(jiǎn)單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡(jiǎn)單，而且一次接好后，更換模塊時(shí)，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內(nèi)部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。
（3）編程方便：PLC內(nèi)部雖然沒有什么實(shí)際的繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器，但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實(shí)實(shí)在在地存在著。其數(shù)量之多是繼電