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PLC基礎知識(PLC入門必看)

PLC的發展歷程

　　在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，並按照邏輯關係進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據採集。傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制係統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基於集成電路和電子技術的控制裝置，採用程序化的手段應用於電氣控制，這就是代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。

　　個人計算機（簡稱PC）發展起來後，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。

　　上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處於統治地位的DCS係統。

　　PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗幹擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

2　PLC的構成

　　從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照規則組合配置。

3　CPU的構成

　　CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的係統程序賦予的功能接收並存貯用戶程序和數據，用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，並存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行後，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析後再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。

　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯係的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括芯片、總線接口及有關電路。內存主要用於存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。

　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用於進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，並存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。

　　CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。

4　I/O模塊

　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC係統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

　　常用的I/O分類如下：

　　開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈衝等模塊。

　　按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或機架槽數限制。

5　電源模塊

　　PLC電源用於為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

6 底板或機架

　　大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯係，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。

7 PLC係統的其它設備

　　7.1 編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用於編程、對係統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的係統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們係統的上位機。

　　7.2　人機界面：簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。

8　PLC的通信聯網

　　依靠的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化係統集成工程中的重要性越來越，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。

　　PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信現在主要採用通過多點接口（MPI）的數據通訊、PROFIBUS 或工業以太網進行聯網。