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了解电气，浅析PLC
龙丰理念：“让千万电工、初学者，掌握PLC编程、从事编程工作！
掌握内容：了解电气，浅析PLC
一、什么是PLC
PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置，在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
二、起源
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；
1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable Logic Controller，简称PLC，是世界上公认的第一台PLC；
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；
1971年，日本研制出第一台DCS-8；
1973年，德国西门子公司（SIEMENS）研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATIC S4；
1974年，中国研制出第一台PLC，1977年开始工业应用；
三、基本结构
1、电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用，如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去；
2、中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢，它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内；
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行，为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行；
3、存储器
A：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；
B：存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；
4、输入输出接口电路
A：现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道；
B：现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号；
5、功能模块
如计数、定位等功能模块；
6、通信模块
四、 PLC的特点
1、可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能，PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时；
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长，从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低,此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息，在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了；
2、配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合，除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域，近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易；
3、易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事打开了方便之门；
4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种，小批量的生产场合；
5、体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦，由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备；
五、PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：
A：开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线，如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；
B、模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量，为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换，PLC产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制；
C：过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样控制算法程序，完成闭环控制，PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法，大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块，PID处理一般是运行专用的PID子程序，过程控制在冶金、化工、热炉控制等场合有非常广泛的应用；
D：数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、功能，可以完成数据的采集、分析及处理，这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表，数据处理一般用于大型控制系统控制的柔性制造系统，也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；
E：通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信，随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统，新近生产的PLC都具有通信接接口,通信非常方便。
【END】
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