可编程序逻辑控制器

可编程逻辑控制器或plc是基于微处理器的控制器，用于工业机器控制的自动化。PLC是具有可编程存储器的计算机家族的一员，它存储执行不同任务的指令，如逻辑、计时、计数、排序和算术，以控制机器和自动化过程。

在过去，工业自动化是通过复杂的继电器控制系统完成的。这些基于机电继电器的控制系统耗电大，磨损大，需要定期检修和更换。

作为这些复杂的继电器控制系统的替代品，通用汽车公司(GM)开发了一种新的系统，具有以下要求:编程简单，维护成本低，可靠的继电器控制系统。因此，第一个可编程逻辑控制器(PLC)在1968年被开发出来。

plc是执行从简单到复杂的工业操作的高成本效益自动化解决方案的最佳选择。如今，plc已成为工业过程控制和工厂自动化系统的一个组成部分。

由于plc具有各种各样的优点，如高而健壮的性能、连接I/ o(输入/输出)的出色灵活性、通过内置功能块获得更高的准确性和可靠性等，可以为工业环境提供完美优化的解决方案。

可编程逻辑控制器硬件

可编程逻辑控制器(PLC)是一种工业计算机，它接受来自各种传感器的实时参数，并根据其程序中实现的逻辑操作输出设备。PLC用程控指令和固态元件取代了定时器、继电器、计数器和定序器等硬连线控制设备。

PLC的基本硬件组成如下图所示。典型的PLC系统由电源、CPU、内存单元、编程设备、输入输出模块等组成。

CPU，处理器或控制器: PLC内部的操作由一个主中央处理器(CPU)控制和处理。它包含算术和逻辑单元，用于执行数据操作和逻辑操作。CPU读取输入设备的状态并执行控制程序以控制负载。

内存单元它存储运行程序所需的指令、要从输入传感器处理的数据和要发送给输出设备的数据。它由ROM组成，ROM作为CPU使用的操作系统和其他数据的永久存储。RAM用于存储用户程序、各种输入输出设备的状态和各种设备的历史数据。

供电单元:电源单元为PLC提供必要的电源。它根据需要将市电交流电压转换为低直流电压，为处理器和输入、输出和通信模块中的其他电路供电。大多数PLC系统工作在交流230V或直流24V。

输入/输出模块:输入输出模块构成了与主控制器各字段模块的物理连接。I/O模块，即传感器和执行器，允许PLC系统与外界连接。PLC通常由许多通道组成，用于输入和输出设备，带有集成隔离和信号调理电路，以便每个传感器和执行器可以直接连接到PLC，而不需要任何外部电路。

I/O模块可以是固定的，即控制器和I/O打包在一起，也可以是模块化的，即I/O可以很容易地安装在可拆卸的机架上。最常用的I/O设备包括

1. 数字输入模块
2. 数字输出模块
3. 模拟输入模块
4. 模拟输出模块
5. 特殊目的模块

程序和编程装置: PLC的心脏是CPU，我们需要根据要求对CPU进行编程。通常，PLC的编程部分是用专门的语言实现的，通常是一种图形方法。PLC程序可以由操作工程师在没有大量计算机或编程知识的情况下设计。

该程序必须使用外部编程程序加载到PLC的内存中，控制器根据该程序监控输入和输出设备。

额外的硬件:除了上面提到的组件，还有一些额外的组件，如连接外部模块的连接器(USB、RS232、SD卡等)，连接网络的通信接口(以太网)，机箱等。

PLC基本工作原理

PLC的工作可分为四个基本的操作阶段

• 初始设置
• 从输入读取数据
• 执行的指令
• 命令输出外设

下图显示了PLC工作的基本流程图。这个流程只是一个典型的工作流程，并不一定代表实际的工作流。

每当PLC打开时，它就加载所有必要的指令和功能，并相应地检查硬件和软件的故障。这一阶段称为自检，在此期间将检查所有卡片中的错误。

如果没有错误，PLC处理器从各输入模块(各传感器连接到的模块)读取输入值，并将其值复制到内存中。这被称为输入扫描阶段。

下一阶段是执行程序，也称为逻辑扫描。在此期间，逻辑程序(梯形逻辑程序或任何其他类型的程序)比较和处理来自内存的输入数据，并在临时内存中更新相应的输出值。

最后一个阶段是输出扫描，在此期间，连接到输出模块的输出将在逻辑扫描期间使用存储在临时内存中的值进行更新。通常，整个过程在一秒钟内重复10到100次。

我们将看到一个实时的例子，PLC操作在木工行业。下图演示了一个可编程逻辑控制器的操作，以实现切木工的自动操作。

该系统由旋转编码器、气动活塞式切割刀片和可编程逻辑控制器组成。PLC是这样编程的方式，为所需长度的木和平，输出将驱动气动活塞。

PLC还可以根据所需的木片长度来改变程序。它扫描来自旋转编码器的输入，该编码器测量木块的移动距离。PLC根据程序对输入数据进行比较，并相应地将输出数据发送给切割机。

公司的优点

• plc坚固耐用，用于必须承受严格温度、湿度、振动和其他极端操作条件的行业。
• plc消除了与传统继电器控制系统相关的复杂硬布线。
• plc速度快，响应时间很短。
• 可编程逻辑控制器或plc可以采用模块化设计和即插即用模块。
• PLC的程序可以很容易地修改和更新其功能，以重新布线继电器电路。同时对硬件和软件模块的故障排除过程也很简单。

可编程逻辑控制器(PLC)的应用

• 可编程逻辑控制器或plc是为工业环境优化，以控制过程。
• plc几乎用于所有行业，如汽车，化工，食品，金属，采矿，电力等不同的任务，如批处理，材料输送机，包装，操作起重机，废物管理等。

PLC编程语言

与其他计算机编程语言相比，PLC编程并不难。PLC的主要优点是它允许在同一个控制器内使用多种语言进行编程。

因此，用户(或程序开发人员)必须选择最适合的语言来为特定的应用程序开发逻辑。PLC的软件模型和编程语言采用IEC标准1131-3。本标准为PLC推荐的五种语言将在下面讨论。

指令列表(IL)

它是一种低级语言，类似于汇编语言编程。IL由许多行代码组成，其中每一行恰好代表一个操作。如果这个程序是用IEC定义的指令编写的，那么这个程序可以很容易地移动到不同的符合IEC的plc上。IL非常适合于包含简单数学函数的小型应用程序。这种语言更紧凑，在PLC内存中需要更少的空间。

然而，这种语言不是用户友好的，也不是非常强大。此外，实现像PID这样的复杂函数和复杂的数学计算需要付出更大的努力。下面给出了实现OR逻辑控制两源负载的指令表程序，并给出了相应的梯形图。

LD % I1.1(*加载输入位*)

OR % M1(带有前一个结果*的M1的OR)

ST %Q2.3(*设置输出位*)

结构化文本(圣)

它是一种类似于BASIC和Pascal的高级文本语言。它可以通过实现过程控制函数、微积分、三角函数和数据分析来处理程序的复杂性，这比梯形和IL编程要容易得多。

此外，它的运行速度比IL快得多，并且很容易转移到任何其他IEC硬件plc，只需很少的更改。接受过高级文本语言训练的用户应该对结构文本语言很熟悉。

但不适用于故障处理，且对服务维护人员有些陌生。下面是基于温度的冷热开关的结构文本编程语言。

If (temp > 20) then

加热器:=;

冷却器:=;

Elsif (temp > 19)

加热器:=;

冷却器:=;

END_IF;

梯形图(LD)

应用最广泛的PLC编程语言是梯形逻辑，它的发明是为了取代硬线路继电器控制系统。

它是一种简单而广泛采用的语言，即使没有电气背景的程序员也能理解和排除故障。它是一种图形语言，由阶梯和动力轨道之间的几个逻辑函数组成。

上图显示了泵控制系统的硬连线梯形图，其中水平线称为梯级，而在梯级末端的两条垂直线称为动力轨道。左轨为电源线路或热线，右轨为电源中性轨(电源公共端子)。

下面给出了泵控制的等效PLC程序，它类似于由阶梯和动力导轨组成的硬连线逻辑。每一个梯级在其左侧由一个或多个输入指令组成，在其右侧由一个或多个输出指令组成。

在这种情况下，输入指令检查是否打开(XIO)和检查是否关闭(XIC)类似于继电器触点，而输出指令输出激励(OTE)类似于继电器线圈。如图所示，这些输出和输入指令用导线连接。

功能块图

它也是一种图形化语言，是第二大使用最广泛的编程语言。它由各种功能块组成，这些功能块是可重用的软件元素，由一个或多个输入和一个或多个输出组成。

这些功能块包括逻辑门、计数器、计时器、PID、数据转换块等。然而，这种编程风格需要大量的屏幕空间。

上图显示了一个简单的灯控制单元的功能框图，从两个输入源，即从启动和停止开关。本例中连接了三个布尔函数块OR、NOT和and，以生成控制逻辑。如果按下开始按钮，输出变为true并发光。

系统运行输出应用于OR布尔函数，因此一旦按下启动按钮，灯泡将继续发光，即使启动按钮是OFF，但停止按钮必须如下所示处于OFF状态。

顺序功能图

它是一种图形化编程语言，类似于计算机流程图。这种类型的程序控制系统作为一系列的步骤和过渡。

它由操作框组成，每个操作框都可以用我们上面讨论过的任何语言进行编程。每个盒子都是活动的，直到下一个转换步骤被激活。一旦当前方框被关闭，序列中的下一步就是活动的，以此类推。

上图为混合过程的流程图编程，该过程被划分为多个过渡。在满足每个转换的条件之前，依次执行每个转换。

假设一个搅拌槽要被两种液体填满到一定的水平，那么搅拌器必须打开几分钟，最后混合的内容传递(清空槽)到另一个槽。

这个顺序的过程由下图执行。每个转换都可以用任何编程语言进行编程。