可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器泄肆，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算董容、順序控制鹤协、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令衍震，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程味滞。
基本結(jié)構(gòu)
        可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同钮呀，基本構(gòu)成為：
        一剑鞍、電源
        可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的爽醋、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的蚁署，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視蚂四。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)光戈，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。
        二遂赠、中央處理單元(CPU)
        中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞久妆。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)晌杰；檢查電源、存儲器筷弦、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)肋演，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行時友移，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)状萤，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序洽灿，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)蚕顷。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置满盔，如此循環(huán)運行峰辣，直到停止運行。
        為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性嗡吸，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)拓坠，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣哩拒，即使某個CPU出現(xiàn)故障赎遗，整個系統(tǒng)仍能正常運行。
        三曾谁、存儲器
        存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器峰孝。
        存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
        四莱衩、輸入輸出接口電路
        1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路爵嗅，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。
        2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器笨蚁、選通電路和中斷請求電路集成睹晒，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。
        五括细、功能模塊
        如計數(shù)伪很、定位等功能模塊。
        六奋单、通信模塊
工作原理
        當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后锉试，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣览濒、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段呆盖。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間匾七，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段絮短。
        一、輸入采樣階段
        在輸入采樣階段污涤，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)饶饿，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后狰娱，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段湘涉。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化劈耽，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變若棒。因此，如果輸入是脈沖信號拆楣，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期的唆，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入浅仑。
        二求瞎、用戶程序執(zhí)行階段
        在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)屿扮。在掃描每一條梯形圖時睦作，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右叹放、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算饰恕，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)井仰；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)埋嵌；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
        即俱恶，在用戶程序執(zhí)行過程中莉恼，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化速那，而且排在上面的梯形圖俐银，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反端仰，排在下面的梯形圖捶惜，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

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    在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點荔烧。即使用I/O指令的話吱七，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值社殉，輸出過程影像寄存器會被立即更新陷龟，這跟立即輸入有些區(qū)別眨涯。
        三、輸出刷新階段
        當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后逻事，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段凑溜。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路畜溺，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)柔些。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出理章。
功能特點
        可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點欺枚。
        一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活厂均，擴展容易竖习，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制碱茁；并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)症概，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化早芭。
        二彼城、使用方便，編程簡單退个，采用簡明的梯形圖募壕、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識语盈，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短舱馅，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外刀荒，可在線修改程序代嗤，改變控制方案而不拆動硬件。
        三缠借、能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境干毅，抗干擾能力強，可靠性強泼返，遠(yuǎn)高于其他各種機型等盏。
選型規(guī)則
        在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案沥卦，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型缩睛。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)”绺郑可編程邏輯控制器及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的辉召、標(biāo)準(zhǔn)的允由，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績影虫、成熟可靠的系統(tǒng)谒只，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)涡税。熟悉可編程序控制器赐杏、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間交某，因此醇锌，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點麻诀、控制要求痕寓，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求蝇闭，估算輸入輸出點數(shù)呻率、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能呻引、外部設(shè)備特性等礼仗，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。
        一逻悠、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算
        I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔吭ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后童谒，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)单旁。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點饥伊，對輸入輸出點數(shù)進行圓整象浑。
        二、存儲器容量的估算
        存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小陈谜，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小庸尚，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段牍系，由于用戶應(yīng)用程序還未編制窘携，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的查新，需在程序調(diào)試之后才知道杀终。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代批先。 　　存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式息聪，許多文獻資料中給出了不同公式眉崩，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍员研，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字）徙蜓，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。
        三阶质、控制功能的選擇
        該選擇包括運算功能贫怀、控制功能、通信功能糕伐、編程功能砰琢、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
        1良瞧、運算功能
        簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算陪汽、計時和計數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位褥蚯、比較等運算功能挚冤；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等赞庶；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能训挡。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能歧强，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信澜薄，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能誊锭。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)表悬，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合市砍，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能俏川，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時射疤，才使用代數(shù)運算符殊，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算倾桩。

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    2倘秸、控制功能
        控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算眼骗、比值控制運算等轨皮，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制燎厘，因此薇硬，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能蠢琳，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量啊终。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器傲须、帶速度補償?shù)哪M單元蓝牲、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。
        3泰讽、通信功能
        大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP）例衍，需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)菇绵，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)肄渗。
        可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口镇眷、RIO通信口咬最、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置欠动，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)永乌，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。
        可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中具伍，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps翅雏，通信負(fù)荷不大于60%⊥魉祝可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：
        1）咒娶、PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站营俘，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)吗罪；
        2）、1臺可編程邏輯控制器為主站毛凶，其他同型號可編程邏輯控制器為從站话贯，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)；
        3）帘圣、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)露使；
        4）、專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）饼酱。
        為減輕CPU通信任務(wù)答肤，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線愧杯、）通信處理器黄刚。
        4、編程功能
        離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU民效，編程器在編程模式時憔维，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制畏邢。完成編程后业扒，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制舒萎，不能進行編程程储。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便臂寝。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU章鲤，主機CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換咆贬，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機败徊，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行呆逼。這種方式成本較高侣豌，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用嘲陋。
        五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）幼浩、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）铸烈、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言软健。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時砰吻，還應(yīng)支持多種語言編程形式祸榨，如C，Basic等苦旋，以滿足特殊控制場合的控制要求火晕。
        5、診斷功能
        可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷偏秦。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置液珠，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷辅甥，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷酝润。
        可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間要销。
        6构回、處理速度
        可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看疏咐，處理速度應(yīng)越快越好纤掸，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號浑塞，造成信號數(shù)據(jù)的丟失借跪。
        處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度酌壕、軟件質(zhì)量等有關(guān)掏愁。目前，可編程邏輯控制器接點的響應(yīng)快卵牍、速度高果港，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高陋锚、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要潘谴。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K液炼。
        四剩织、可編程邏輯控制器的類型
        可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類雄工，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類枕络；按CPU字長分為1位、4位番产、8位搜澈、16位、32位逞翰、64位等乏傀。從應(yīng)用角度出發(fā)，通沉叨迹可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型杆坪。 　　整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小鸿市，用于小型控制系統(tǒng)锯梁；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)焰情，功能擴展方便靈活陌凳，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

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