PLC系统简介_原创文档pdf

2026-08-30 08:36:05

　　计的一种数字运算操作的电子装置，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

　　取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，

　　PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展

　　和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。

　　今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

　　它是一种即时系统有别于个人电脑。传统式以继电器为主的电机控制系统中,每当变

　　更设计时，整个系统几乎都要重新制作，不但费时又费力；同时由于继电器还有接点接触

　　不良、磨损、体积大之缺点，因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题。为了改善

　　目的是取代继电器,从而执行继电器逻辑及其他计时或计数等功能的顺序控制为主，所以也

　　称顺序控制器，其结构也像一部微电脑,所以也可称为微电脑可程式控制器(MCPC），直到

　　简称PC,由于目前个人电脑(PersonalComputer)极为普遍,加上常与可程式控制器配合使

　　目前市面上之PLC控制器种类繁多，依照制造厂商及适用场所的不同而有所差异,但

　　是每种厂牌可依机组复杂度分为大、中、小型；而一般工厂及学校通常使用小型PLC,其中

　　以日系F系列及我国A系列PLC较受国人爱用。而本CAI将以三菱FX2PLC控制器为

　　主加以介绍,望使用者能对PLC有更深的了解，在使用PLC时能更得心应手.可编程式控

　　制器内部基本结构可用下图来表示，其内部处理单元包括CPU、输入模组、输出模组三大

　　部门,PLC控制器的CPU会经由输入模组取得输入元件所产生的讯号,再从记忆体中逐一

　　取出原先以程式书写器中输入的控制指令,经由运算部门逻辑演算后,再将结果通过输出模

　　作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世

　　界范围内的PLC控制器年增长率保持为20%~30%.随着工厂自动化程度的不断提高和PLC

　　控制器市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓.但是,在中国

　　等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100

　　PLC控制器只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业.它以存储执行逻辑运算、

　　顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械

　　或生产过程.用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC控制器的用

　　户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC

　　控制器的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计

　　数器自动加1，程序从起始步(步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然

　　后再返回起始步循环运算.PLC控制器每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。

　　不同型号的PLC控制器，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间.PLC用梯形图编程，在解

　　算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒.它把所有的输

　　入都当成开关量来处理，16位(也有32位的）为一个模拟量。大型PLC控制器使用另外一

　　相同I/O点数的系统，用PLC控制器比用DCS,其成本要低一些（大约能省40％左右）。

　　PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多.一个

　　PLC的控制器,可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O).如果被控对象主要是设备

　　连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息

　　近10年来,随着PLC控制器价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小

　　设备开始采用PLC控制器进行控制，PLC控制器在我国的应用增长十分迅速。随着中国经

　　济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC控制器在我国仍将保持高

　　通用PLC控制器应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC控制器

　　相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户

　　原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC控制器或定制PLC取代嵌入式控制

　　PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相

　　中央处理单元（CPU）是PLC控制器的控制中枢。它按照PLC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PLC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

　　为了进一步提高PLC控制器的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,

　　或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行.

　　PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用.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PLC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控制器直接连接到交流

　　当PLC控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行

　　和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC控制

　　在输入采样阶段,PLC控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存

　　入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段.在这

　　两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会

　　改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证

　　在用户程序执行阶段,PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形

　　图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按

　　先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结

　　果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象

　　即，在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，

　　而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变

　　化，而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯

　　形图起作用；相反，排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫

　　当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O

　　映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，

　　同样的若干条梯形图,其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序

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