PLC控制系統(tǒng)典型組成

一 、PLC的產(chǎn)生及定義

1.PLC中文稱(chēng)可編程序控制器，是一種用于自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制的數(shù)位邏輯控制器，廣泛應(yīng)用于目前的工業(yè)控制領(lǐng)域。

2.PLC定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子操作系統(tǒng)裝置，專(zhuān)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類(lèi)可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

3. 它的起源可以追溯到60年代，美國(guó)通用汽車(chē)公司為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷翻新的需要，對(duì)生產(chǎn)線上的控制設(shè)備提出了新的要求，為此研制了第一臺(tái)可編程控制器用于生產(chǎn)線上，通過(guò)改變存儲(chǔ)在里面指令的方法來(lái)改變生產(chǎn)線的控制流程，從而提供了繼電接觸器控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的靈活性。但這一時(shí)期它主要是替代繼電接觸器控制系統(tǒng)完成順序控制，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，實(shí)際上只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，因此也稱(chēng)為可編程序邏輯控制器。

進(jìn)入80年代以后，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的范圍，可以進(jìn)行模擬量控制、位置控制，特別是遠(yuǎn)程通訊功能的實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)柔性加工和制造系統(tǒng)，因此將其稱(chēng)為可編程序控制器（Programmable Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PC，但為了與個(gè)人電腦PC相區(qū)別，仍將其稱(chēng)為PLC（Programmable Logic Controller，PLC）。

二、PLC的應(yīng)用

1PLC是基于微計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代工業(yè)控制裝置，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能也不斷提升，在各領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

2 PLC的工業(yè)應(yīng)用主要包括開(kāi)關(guān)量邏輯控制、過(guò)程控制和運(yùn)動(dòng)控制。PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化領(lǐng)域等行業(yè)，各個(gè)行業(yè)使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)：

（1）開(kāi)關(guān)邏輯控制，邏輯控制是根據(jù)某些條件的邏輯關(guān)系決定措施的控制，邏輯指自然界的二值邏輯，包括“與”、“或”、“非”這三種邏輯關(guān)系；這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯及順序流程，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，如裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

（2）運(yùn)動(dòng)控制，運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。早期采用的方式是開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)單軸或多軸的位置控制。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

（3）過(guò)程控制，過(guò)程控制是以表征生產(chǎn)過(guò)程的參量為被控制量，使之接近給定值或保持在給定值范圍內(nèi)的自動(dòng)控制，一般的過(guò)程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式，這是過(guò)程控制的主要形式。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制，較為典型的就是PID算法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

工業(yè)領(lǐng)域傳統(tǒng)解決方案，開(kāi)關(guān)邏輯控制系統(tǒng)通常使用電控裝置，，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通常使用電傳裝置，過(guò)程控制系統(tǒng)通常使用電儀裝置。PLC 集三電于一體，是一種同時(shí)具備邏輯控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能、過(guò)程控制功能、數(shù)據(jù)處理功能和聯(lián)網(wǎng)通信功能的多功能控制器。因此PLC被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。

現(xiàn)代PLC已具備復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，包括矩陣，函數(shù)運(yùn)算，同時(shí)具有大量存儲(chǔ)空間，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析處理，通訊技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線的誕生，使集散控制系統(tǒng)搭建成為可能。工業(yè)4.0浪潮的到來(lái)，必將推動(dòng)信息化和工業(yè)化的融合，PLC的應(yīng)用也將更為廣泛。

一 . 控制器與輸入、輸出模塊（I/O模塊）

（1）控制器主要由微處理器芯片與存儲(chǔ)器組成，即CPU模塊。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人

的大腦和心臟。它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶(hù)程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。

（2）I/O模塊即輸入、輸出模塊。開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊簡(jiǎn)稱(chēng)為DI模塊與DO模塊，模擬量輸入、輸出模塊簡(jiǎn)稱(chēng)為AI模塊和AO模塊，DI、DO、AI、AO統(tǒng)稱(chēng)為信號(hào)模塊。信號(hào)模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。

開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出模塊用來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。

2.傳感器與執(zhí)行器

（1）傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出、以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

（2）執(zhí)行器是接收控制信息并對(duì)受控對(duì)象施加控制作用的裝置。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)執(zhí)行元件直接改變生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程滿(mǎn)足預(yù)定的要求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)則接收來(lái)自控制器的控制信息把它轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出（如角位移或直線位移輸出）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按所使用驅(qū)動(dòng)能源分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓執(zhí)行器三種。

在PLC控制系統(tǒng)中，傳感器可以檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)（如光電開(kāi)關(guān)、物料位置開(kāi)關(guān)等）或模擬量信號(hào)（如現(xiàn)場(chǎng)溫度、現(xiàn)場(chǎng)壓力等）的狀態(tài)。I/O模塊將傳感器的信號(hào)傳遞給PLC，由CPU對(duì)其進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果將被轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，由輸出模塊送至執(zhí)行器，執(zhí)行器對(duì)被控對(duì)象執(zhí)行操作。

3.人機(jī)交互（HMI）

HMI可連接可編程序控制器、變頻器、直流調(diào)速、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過(guò)輸入單元（如觸摸屏、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）寫(xiě)入工作參數(shù)或輸入操作命令，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備。

4.網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信處理器可實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)和其它智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC 接入MPI、PROFIBUS-DP、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。

5.編程設(shè)備

編程設(shè)備是PLC很重要的外部設(shè)備，是對(duì)可編程序控制器進(jìn)行編程和組態(tài)的工具，通常包括手持編程器和計(jì)算機(jī)兩種。編程器分簡(jiǎn)易型和智能型兩類(lèi)。小型PLC常用簡(jiǎn)易編程器，大、中型PLC多用智能編程器。編程器的作用是編制用戶(hù)程序并送入PLC程序存儲(chǔ)器。利用編程器可檢查、修改、調(diào)試用戶(hù)程序和在線監(jiān)視PLC工作狀況。現(xiàn)在許多PLC采用計(jì)算機(jī)作為編程器，并利用專(zhuān)用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。

6.項(xiàng)目管理軟件

項(xiàng)目管理軟件可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍的可視化，診斷和維護(hù)過(guò)程控制組件，對(duì)整個(gè)維護(hù)流程進(jìn)行概覽，對(duì)狀態(tài)變化和維護(hù)程序進(jìn)行完全的追蹤和備案，目前項(xiàng)目管理軟件通常涵蓋編程軟件。