可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller姨桩，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序潜慎，執(zhí)行邏輯運算、順序控制蓖康、定時铐炫、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，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)過程蒜焊。

　　基本結構

　　可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機倒信，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：
      
　　一泳梆、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鳖悠。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的捣睬，因此血洞，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內克蝶，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去僻携。
　　二、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搔肉。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)疹返；檢查電源、存儲器凤婆、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)短揉，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時非畜，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)刚肠，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亦弛，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內冒晰。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)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置竟块，如此循環(huán)運行壶运，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浪秘，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)蒋情，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣耸携，即使某個CPU出現(xiàn)故障棵癣，整個系統(tǒng)仍能正常運行辕翰。
　　三、存儲器
　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器狈谊。
　　存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器喜命。
　　四、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河劝，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壁榕。
　　2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成赎瞎，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)行部件輸出相應的控制信號燕紊。
　　五、功能模塊
　　如計數(shù)癣吝、定位等功能模塊唧痴。
　　六、通信模塊

　　工作原理

　　當可編程邏輯控制器投入運行后馏纱，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣排击、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段素牌。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間患漆，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段墓且。
     
　　一、輸入采樣階段
　　在輸入采樣階段任础，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)讲媚，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后焰究，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段裆操。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化炉媒，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變踪区。因此，如果輸入是脈沖信號吊骤，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期缎岗，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入白粉。
　　二传泊、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)鸭巴。在掃描每一條梯形圖時眷细，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路拦盹，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算薪鹦，然后根據(jù)邏輯運算的結果掌敬，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)池磁；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令犀刀。
　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中捻尉，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化饮茬，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖候钟，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用拉狸；相反，排在下面的梯形圖滤萝，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稿纺。

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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。即使用I/O指令的話碗履，輸入過程影像寄存器的值不會被更新谭驮，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新勾萌，這跟立即輸入有些區(qū)別齐秕。
　　三、輸出刷新階段
　　當掃描用戶程序結束后仙蛉，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段笋敞。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路荠瘪，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設夯巷。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出巧还。

　　功能特點

　　可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點鞭莽。
　　
　　一、系統(tǒng)構成靈活麸祷，擴展容易澎怒，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制阶牍；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)喷面，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化走孽。
　　二惧辈、使用方便琳状，編程簡單，采用簡明的梯形圖承蠕、邏輯圖或語句表等編程語言菜册，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短扳啃，現(xiàn)場調試容易蓄棘。另外，可在線修改程序危婚，改變控制方案而不拆動硬件褥欺。
　　三、能適應各種惡劣的運行環(huán)境峦仲，抗干擾能力強盔鬼，可靠性強，遠高于其他各種機型质瘸。

　　選型規(guī)則

　　在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設計時女饺，首先應確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型磨爪。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)誊酌。可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的露乏、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體涂邀，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績瘟仿、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件比勉、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應劳较。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間浩聋，因此观蜗，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點衣洁、控制要求墓捻，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求坊夫，估算輸入輸出點數(shù)砖第、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能蛾藐、外部設備特性等瘤希，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統(tǒng)昂贷。
　　一、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算
　　I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔看鹚遥ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)拆翘，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)息体。實際訂貨時囊脉，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整姐药。
　　二组缎、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，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小削晦，因此程序容量小于存儲器容量朴轰。設計階段，由于用戶應用程序還未編制挥昵，因此唆阿，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道锈锤。為了設計選型時能對程序容量有一定估算驯鳖，通常采用存儲器容量的估算來替代。 　　存儲器內存容量的估算沒有固定的公式久免，許多文獻資料中給出了不同公式浅辙，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倍阎姥，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字）记舆，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。
　　三呼巴、控制功能的選擇
　　該選擇包括運算功能泽腮、控制功能、通信功能衣赶、編程功能诊赊、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
　　1府瞄、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楚餐、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)移位蹂孽、比較等運算功能县防；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；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窍蟹。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)醋皂，目前在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信舟到，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信辖芍，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。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)章理，合理選用所需的運算功能所硅。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能杂蒙，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較营稼，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算台腥，數(shù)值轉換和PID運算等宏赘。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。
    　2黎侈、控制功能
　　控制功能包括PID控制運算察署、前饋補償控制運算、比值控制運算等峻汉，應根據(jù)控制要求確定贴汪。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制休吠，因此扳埂，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瘤礁，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量聂喇。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器蔚携、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉換單元等克饶。
　　3那辰、通信功能
　　大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接玲侧。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準绑燃，應是開放的通信網(wǎng)絡。
　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口符破、RIO通信口出毁、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置瞭阔，通信總線應符合國際標準管剂，通信距離應滿足裝置實際要求露龙。
　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中，上級的網(wǎng)絡通信速率應大于1Mbps崇槽，通信負荷不大于60%注辜。可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡主要形式有下列幾種形式：
　　1）秆廉、PC為主站策洒，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡顽腾；
　　2）近零、1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站抄肖，構成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡久信；
　　3）、可編程邏輯控制器網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)憎瘸；
　　4）入篮、專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡）。
　　為減輕CPU通信任務幌甘，根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要潮售，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線锅风、）通信處理器酥诽。
　　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皱埠，編程器在編程模式時肮帐，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制番搅。完成編程后代徒，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制瘸拳，不能進行編程昔黍。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便眠乏。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU伴糟，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(shù)據(jù)交換羽傻，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機壮焰，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高费武，但系統(tǒng)調試和操作方便嘶违，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。
　　五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）瞎喉、梯形圖（LD）好唯、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言燥翅。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123）骑篙，同時，還應支持多種語言編程形式森书，如C靶端，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求凛膏。
　　5杨名、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。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置猖毫，軟件診斷分內診斷和外診斷台谍。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，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吁断。
　　可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱趁蕊，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間仔役。
　　6妒贞、處理速度
　　可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看惠所，處理速度應越快越好剑银，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更掺，造成信號數(shù)據(jù)的丟失锄垛。
　　處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度拴挫、軟件質量等有關默峦。目前，可編程邏輯控制器接點的響應快践赁、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls筏所，因此能適應控制要求高胧扇、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：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牢贸。
　　四、可編程邏輯控制器的類型
　　可編程邏輯控制器按結構分為整體型和模塊型兩類潜索，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類臭增；按CPU字長分為1位誊抛、4位、8位整陌、16位、32位泌辫、64位等。從應用角度出發(fā)震放，通潮龆荆可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。 　　整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定殿遂，因此用戶選擇的余地較小卸橘，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡屋犯，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)恤兴，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)滑期。

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