1.引言 PLC（Programmable Logic Controller）是可编程控制器的英文缩写，它以微处理器为核心，是综合了计算机技术、自动化技术与继电器逻辑控制概念而开发的一代新型工业控制器，是专为工业环境应用而设计的。随着科技的不断发展，PLC也不断地采用新技术增强系统开放性并融入了控制组态软件之中[1]，使得PLC在各个工业自动化领域中得到广泛应用与迅猛发展。 2.2.2.2.PLCPLCPLCPLC控制系统概述控制系统概述控制系统概述控制系统概述 PLC是一种将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体的数字运算电子系统，具有可靠性高、抗干扰性强、灵活多变、容易掌握等诸多优点。它可以取代传统的继电器完成开关量的控制，比如，将行程开关、按钮开关、无触点开关或敏感元件作为输入信号，输出信号可控制电动阀门、开关、电磁阀和步进电机等执行机构。它采用可编程的存储器，在其内部存储，执行逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术运算等操作的指令，通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械和生产过程实现自动化[3]。 可编程控制器硬件系统由PLC、功能I/O单元和外部设备组成,如图1所示。其中PLC由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成，各部分之间由内部系统总线连接。 近年来，PLC生产商不断推出功能更强的小型PLC，更新换代的周期越来越短,它们的性价比也越来越高，这使得PLC在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。
plc的组成
3.PLC的的的的特点特点特点特点和优势和优势和优势和优势 3.1.极高的可靠性 由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差，因此要求PLC具有很强的抗干扰能力，并且应能在比较恶劣的运行环境中(如高温、过电压、强电磁干扰和高湿度等)长期可靠地运行。 3.2.使用方便 （1）操作方便：对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻，然后进行更改。 （2）编程方便：PLC有梯形图、布尔助记符、功能表图多种程序控制设计语言可供使用。 （3）维修方便：当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的指示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 3.3PLC的灵活性 （1）编程的灵活性：PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图等，只要掌握其中一种语言就可进行编程。 （2）扩展的灵活性：PLC根据应用的规模的不断扩展，它不仅可以通过增加输入、输出卡件增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。 （3）操作的灵活性：操作的灵活性指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。 4444．．．．PLCPLCPLCPLC的应用的
应用的应用的应用 随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制，成为自动化领域PLC、机器人、CAD/CAM的三大技术支柱之一。其主要的应用技术领域有：
4.1用于顺序控制 顺序控制（Squencer Control）,俗称SC控制[2]，它强调的是阶段、步进、程序过程等，其定位或物理量的测量是由外部装置例如光电传感器来决定。其控制可以分成两类：一是单纯进行ON/OFF反复动作的顺序控制，二是依据某条件，所ON/OFF控制的条件控制。 顺序控制的目的就是根据有关开关量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量输入，以使系统能按一定顺序工作，是系统工作最基本的控制，也是离散生产过程常用的控制。 传统的顺序控制就是使用开关触点或继电器触点。用这些触点的通断控制用电器的得电与失电，进而实现对系统的控制。其逻辑关系的不同，则靠不同的接线实现。随后又出现了无触点的继电控制系统。它使用一系列门电路，通过控制电位的高低实现对系统的控制。这两种控制手段存在两个缺点：一是触点的使用次数要受到限制，特别是有触点的继电控制系统；二是如果设计不好，可能存在“冒险竞争”，达不到预期的控制效果。 而使用PLC实现顺序控制，则不存在上述两个问题。因为PLC的触点是状态信息，其使用次数不受限制。它的控制用运行程序实现，而运行程序是执行一条条指令的过程，是有序的，所以，也不“冒险
竞争”，其指令执行的结果总是确定的。 顺序控制有：随机控制， 动作控制， 时间控制， 计数控制 ，混合控制，所有这些控制都得设计程序。程序设计的方法基本上有两类：一类是用逻辑处理方法，用组合或时序逻辑综合，进行输入、输出变换；另一类是用工程方法设计，按不同要求输入控制命令。逻辑处理方法比较严密，可设计出简练、高效的程序，但较难把握，要有相应的逻辑设计知识。而工程设计方法比较简明，好把握，但效率不是太高。不过，当今的PLC的资源已足够丰富，效率已不是什么问题了。此外，还可利用经验设计。 使用PLC实现顺序控制是PLC的初衷，也是它的强项。在顺序控制领域，至今还没有别的控制器能够取代它。 4.2 用于过程控制 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能编制各种各样的控制算法程序，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。过程控制的类型主要有两类：闭环和开环。
闭环控制：用传感器检测被控制量，并传送给PLC的A/D（模拟量到数字量）模块。后者使其离散化、数字化。PLC程序再参考要求值，对其进行处理产生控制输出，再经D/A（数字量到模拟量）模块、执行器，再把这个输出作用到被控对象上。其目的使被控制量按要求变化。闭环控制对种种干扰系统正常工作的扰动无需检测及处理，即可达到控制的目的[5]。这
是它最大的优点。 开环控制：用传感器检测干扰系统正常工作的扰动量，PLC程序依扰动量与被控制量间的关系产生控制输出，再经D/A（数字量到模拟量）模块、执行器，再把这个输出作用到被控对象上。其目的是在干扰量作用于系统的同时，这个控制量也作用于该系统，以克服干扰对系统的不利影响。 4.3 用于运动控制 运动控制主要指对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可以是多坐标的，即控制对象作平面、立体，甚至角度变换等运动。有时还可控制多个对象，而这些对象间的运动可能还要有协调。简单的运动可使用开关量处理。如部件运动的起、停控制，方向控制等。但复杂、精确的运动的控制则要使用脉冲量。脉冲量也是开关量，只是它的取值总是在0（低电平）、1（高电平）之间不断地交替变化着。脉冲量可把对象的位移与脉冲数对应，如每脉冲控制的位移量很小，其控制的运动精度将很高[5]。 4.4 用于信息控制 信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。数据处理一般用于大型控制系统，如无人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。PLC用于信息控制有两种：专用和兼用。 专用：PLC只采集、处理、存储及传送数据。 兼用：在PLC实施控制的同时，也可实施信息控制。 4.5 用于远程控制 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。PLC有多种通信接口，有很强
的联网、通信能力，并不断有新的联网模块与结构推出。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都具有通信接口，通信非常方便。
以上介绍的五大控制，前三个是为了使不同的系统都能实现自动化。信息控制是为了实现信息化，其目的是自动化能建立在信息化的基础上，实现管理与控制相结合。远程控制则是使在信息自动化能远程化。既可实现各个角落信息汇总，保证信息完整，为信息的全面使用提供方便；又为自动化的扩展，能从局部发展到全局，为建立自动化工厂、数字化城市提供可能。显然，这种大规模、大范围的自动化、信息化，将具有更大的威力及得到更大的效益。 5.机电一体化机电一体化机电一体化机电一体化 PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强，机械和电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表电子和计算机的功能综合在一起。 网络技术在现代控制系统中的应用越来越普遍，所谓控制网络一般指以控制“事务对象”为特征的计算机网络系统，它主要面向企业或某个系统的底层。控制网络来源于计算机网络技术，与一般的计算机网络有许多共同点，但又有不同和独特之处，主要表现在以下几个方面： （1）控制网络中数据传输的及时性和系统响应的实时性是其基本要求； （2）控制网络强调在恶劣环境下数据传输的
完整性和可靠性； （3）通讯方式多采用广播或组播方式； （4）控制网络必须解决多家产品和系统在同一网络中相互兼容及互操作性问题。 现场总线是近几年来备受关注并得到迅速发展的控制网络新技术。它以具备数字计算与数字通讯能力的现场设备作为网络节点，以总线作为节点实现数字通信的联系纽带，构成开放式、数字化的控制网络，因而又被誉为自动化领域的通讯与网络技术。建设以现场总线控制网路为基础的实现企业管理、经营、控制一体化的信息系统，是许多现代企业正努力实现的目标。通过企业网络将管理、经营、控制协调为一个整体，实现产品开发、生产加工、原料供应与产品储运、市场信息、企业管理、决策过程等的一体化解决方案。就现场总线系统而言由于各种现场总线采用的通讯协议和介质不同，不同标准的总线设备之间的互连和互操作存在许多障碍。
控制系统第一层通讯网络操作室主机与PLC之间采用PROFIBUS现场总线通讯协议构成现场总线工业控制网络，实现彼此的信息交换。通过网络把高炉系统的工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到PLC，把各个设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的CRT显示。PROFIBUS是一种国际性的开放式现场中线标准，PROFIBUS可使分散数字化控制器从现场的底层到车间级网络化。PROFIBUS采用RS485传输方式，RS485是PROFIBUS最常用的一种传输方式。 控制系统第二层通讯网络操作室主机、调度
室和值班室的工控机之间采用TCP/IP网络通讯协议互相连接成Ether NET网，Ether NET网是IEEE802.3所支持的局域网标准。按照国际标准化组织开放系统互连参考模型的7层结构，Ether NET网标准只定义了链路层和物理层，作为一个完整的通讯系统，它需要高层协议的支持。APARNT在制定了TCP/IP高层通讯协议并把Ether NET网作为其数据链路和物理层的协议之后，Ether NET网便和TCP/IP紧密的捆绑在一起了。以后，由于国际互联网采用了Ether NET网和TCP/IP协议，人们甚至把超文本连接HTTP等与TCP/IP协议组放在一起，俗称为Ether NET网技术 6. PLCPLCPLCPLC的发展的发展的发展的发展 6.1 PLCPLCPLCPLC的国内外状况 自1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，即第一代可编程序控制器（称Programmable 是世界上公认的第一台PLC）以来已有40年。早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规
控制概念相结合的产物。个人计算机（PC）发展起来后，为方便及反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
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