Plc是什麼

　　在國際電工委員會(IEC)的標準中，可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)的定義為：可編程邏輯控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計。它採用一類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程邏輯控制器及其有關外部設備，都按易於與工業控制系統聯成一個整體，易於擴充其功能的原則進行設計。

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　　最初的可編程邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，後來隨著不斷的發展，這些當初功能簡單的計算機模塊已經有了包括邏輯控制，時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能，名稱也改為可編程控制器(Programmable Controller)，但是由於它的簡寫也是PC與個人電腦(Personal Computer)的簡寫相衝突，也由於多年來的使用習慣，人們還是經常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，並在術語中仍沿用PLC這一縮寫。

　　在可編程邏輯控制器出現之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計數器才能組成具有相同功能的自動化系統，而現在，經過編程的簡單的可編程邏輯控制器模塊基本上已經代替了這些大型裝置。可編程邏輯控制器的系統程序一般在出廠前已經初始化完畢，用戶可以根據自己的需要自行編輯相應的用戶程序來滿足不同的自動化生產要求。

　　現在工業上使用可編程邏輯控制器已經相當接近於一臺輕巧型電腦所構成，甚至已經出現整合個人電腦(採用嵌入式作業系統)與PLC結合架構的可編程自動化控制器(Programmable Automation Controller，簡稱PAC)，能透過數字或模擬輸入/輸出模組控制機器設備、製造處理流程、及其它控制模組的電子系統。可編程邏輯控制器廣泛應用於目前的工業控制領域。在工業控制領域中，PLC控制技術的應用已成為工業界不可或缺的一員。

　　圖1：常見的可編程邏輯控制器外觀

　　常見的可編程邏輯控制器外觀可編程控制器的興起與美國現代工業自動化生產發展的要求密不可分的。PLC源起於1960年代，當時美國通用汽車公司，為解決工廠生產線調整時，繼電器順序控制系統之電路修改耗時，平時檢修與維護不易等問題。在可編程邏輯控制器出現之前，汽車製造業中的一般控制、順序控制以及安全互鎖邏輯控制必須完全依靠眾多的繼電器、定時器以及專門的閉迴路控制器來實現。它們體積龐大、有著嚴重的噪音，不但每年的維護工作要耗費大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。

　　針對這些問題，美國通用汽車公司在1968年向社會公開招標，要求設計一種新的系統來替換繼電器系統，並提出了著名的「通用十條」招標指標。隨後，美國數字設備公司(DEC)根據這一設想，於1969年研製成功了第一臺PDP-14控制器，並在汽車自動裝配線上使用並獲得成功。由於當時系統主要用於順序控制、只能進行邏輯運算，所以被命名為可編程邏輯控制器(PLC)。最早期的PLC只具有簡易的邏輯開/關(on/off)功能，但比起傳統繼電器控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與不佔空間等優點。

　　1970年代初期，PLC引進微處理機技術，使得PLC具有算術運算功能與多比特之數位訊號輸出/輸入功能，並且能直接以階梯圖符號進行程序編寫。這項新技術的使用，在工業界產生了巨大的反響。日本在1971年從美國引進了這項技術，並很快研製成功了自己的DCS-8可編程邏輯控制器，德、法在1973年至1974年間也相繼有了自己的該項技術。中國則於1977年研製成功自己的第一臺可編程邏輯控制器，但是使用的微處理器核心為MC14500。1970年代中期，PLC功能加入遠距通訊、模擬輸出輸入、NC 伺服控制等技術。1980年代以後更引進PLC高速通訊網絡功能，同時加入一些特殊輸出/輸入界面、人機界面、高功能函數指令、資料收集與分析能力等功能。

　　PLC功能早已不止當初數字邏輯之運算功能，因此近年來PLC常簡稱為可編程控制器(Programmable Controller)。

　　雖然PLC所使用的流程圖程序中往往使用到許多繼電器、計時器與計數器等，但PLC內部並非實體上具有這些硬體，而是以內存與程序編程方式做邏輯控制，並藉由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需硬體空間。實際上PLC執行流程圖程序的運作方式是逐行的先將程序碼以掃描方式讀入CPU中並最後執行控制運作。整個掃描過程包括三大步驟「輸入狀態檢查」、「程序執行」、「輸出狀態更新」，具體說明如下：

　　圖2：PLC內部運作架構

　　步驟一「輸入狀態檢查」：

　　PLC首先檢查輸入端元件所連接各點開關或傳感器狀態(1或0代表開或關)，並將其狀態寫入內存中對應位置Xn。

　　步驟二「程序執行」：

　　將階梯圖程序逐行取入CPU中運算，若程序執行中需要輸入接點狀態，CPU直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應位置，暫不反應至輸出端Yn。

　　步驟三「輸出狀態更新」：

　　將步驟二中之輸出狀態更新至PLC輸出部接點，並且重回步驟一。

　　此三步驟稱為PLC掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC反應時間，PLC輸入信號時間若小於反應時間，則有誤讀的可能性。每次程序執行後與下一次程序執行前，輸出與輸入狀態會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端「程序結束再生」。

Plc是什麼——硬體結構：

　　可編程邏輯控制器硬體構成一般分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，並按I/O點數又有若干規格。對模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內存、電源模組、底板或機架。無論哪種結構類型的PLC，都屬於總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如下：

　　圖3：可編程邏輯控制器硬體構成

　　圖4：可編程邏輯控制器功能概況

　　1，電源模組：

　　有些PLC中的電源是與CPU模組合二為一的，但有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源，同時有的電源還為輸入電路提供24V的工作電源。電源如果為交流電源通常為220VAC或110VAC，若為直流電源常用的為24V。

　　2，中央處理單元：

　　CPU是PLC的核心，它按PLC的系統程序賦予的功能接收並存貯用戶程序和資料，用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或資料，並存入規劃的暫存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行後，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析後再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路，與個人電腦一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯繫的資料、控制及狀態總線構成，還有周邊晶片、總線界面及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、內存容量等。

　　3，內存：

　　內存主要用於存儲程序及資料，是PLC不可缺少的組成單元。PLC內部會存放撰寫完成編輯的程序指令及資料，通常也可使用RAM或EEPROM等專用內存卡片方式擴充，但擴充能力得依各廠牌與型號有所不同。

　　4，輸入/輸出單元：

　　PLC的對外功能主要是通過各種輸入/輸出模組實現與外界聯繫的，按I/O點數確定模組規格及數量，I/O模組可多可少，但其最大數量受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。

　　輸入單元是用來連結擷取輸入元件的信號動作並透過內部總線將資料送進內存由CPU處理驅動程序指令部分。

　　輸出單元是用來驅動外部負載的接口，主要原理是由CPU處理PLC內的程序指令，判斷驅動輸出單元進而控制外部負載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣(油)壓閥等。

　　5，通訊：

　　現在PLC大多具有可擴充通信網絡模組的功能，簡單的PLC以BUS纜線或RS-232方式進行通信，較高級的PLC會採用USB或乙太網通信。它使PLC與PLC之間、PLC與個人電腦以及其他智慧設備之間能夠交換信息，形成一個統一整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信網絡功能，它和電腦一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公裡甚至幾十公裡的範圍內交換信息。PLC通訊協定標準可分為RS-232、RS-422、RS-432、RS-485、IEEE 1394、IEEE-488(GPIB)。

Plc是什麼——外部設備

　　外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類：

　　1， 編程設備：

　　有簡易編程器和智慧圖形編程器，用於編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。

　　2，監控設備：資料監視器和圖形監視器。直接監視資料或通過畫面監視資料。

　　3，存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟碟或只讀存儲器，用於永久性地存儲用戶資料，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。

　　4，輸入輸出設備：用於接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器，印表機等。

Plc是什麼——程序設計

　　PLC的程式語言與一般電腦程式語言相比，既不同於高階語言，也不同於一般的組合語言，而是既要滿足易於編寫，又要滿足易於調試的要求。目前，還沒有一種程式語言對各廠家產品都能相容。IEC 61131-3是一個國際標準，它規範了PLC相關的軟硬體標準，讓使用者在不更改軟體設計的情況下可以輕易更換PLC硬體。IEC 61131-3主要提供了五種程式語言，包含：

　　1. 指令表(Instruction List，IL或Statement List，SL)：

　　類似組合語言的描述文字。由指令語句系列構成，如Mitsubishi FX2的控制指令LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、ANB、ORB、MMP、MMS與OUT等，一般配合書寫器寫入程序，而書寫器只能輸入簡單的指令，與電腦程式中的階梯圖比較起來簡單許多。書寫器不太直觀，可讀性差，特別是遇到較複雜的程序，更難讀;但其優點就是不需要電腦就可以更改或察看PLC內部程序。使用書寫器時，必須注意的是PLC指令中輸出有優先次序，其中若有輸出至相同的單元時(如Y000)，輸出的優先次序以位址越大優先次愈越高，一般不容易從書寫器中察覺所輸入的單元。

　　2. 結構式文件程式語言(Structured Text，ST)：

　　類似PASCAL與C語言的語法，適合撰寫較複雜的算法，除錯上也比階梯圖要容易得多。ST語言類似於程式語言的特性，因此可利用與微電腦及個人電腦相同的程序設計技術進行階梯式語言所難以執行的複雜計算，完成程序的建立。

　　3. 階梯圖(Ladder Programming，LAD)：類似於傳統上以繼電器控制接觸器的階梯圖，梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前後順序，它與電氣原理圖很相似。

　　它的連線有兩種：一為母線，另一為內部橫豎線。內部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載(LD)指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令(含LD指令)，以建立邏輯條件。最後為輸出類指令，實現輸出控制，或為資料控制、流程控制、通訊處理、監控工作等指令，以進行相應的工作。

　　4. 順序功能流程圖(Sequential Function Chart，SFC)：

　　類似於流程設計(Flow Design)，流程圖中的步驟組合而完成，主要是規划動作順序的流程圖，故謂之順序功能流程圖。所謂步序式控制，即是一步一步控制，而這一步與上一步是有關連性的，有順序性的。必須有上一個動作(STL)，才會啟動(SET)下一個動作(STL)。

　　5.功能圖(Function Chart Programming，FBD)：以畫電路圖的方式來寫PLC程序。常用的程序及迴路可透過FB(功能區塊)的建立輕易地重複利用。

　　圖5：PLC程序設計示意圖

　　其他一些高檔的PLC還具有與電腦相容的C語言、BASIC語言、專用的高階語言(如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP、富士電機的Micrex-SX系列)，還有用布爾邏輯語言、通用電腦相容的組合語言等。

Plc是什麼——特性

　　PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗幹擾能力強、編程簡單等特點。美國通用汽車公司在1968年提出了著名的「通用十條」招標指標，也是目前PLC的特點：

　　1.編程方便，現場可修改程序;

　　2.維修方便，採用模塊化結構;

　　3.可靠性高於繼電器控制裝置;

　　4.體積小於繼電器控制裝置;

　　5.數據可直接送入計算機;

　　6.成本可與繼電器控制裝置競爭;

　　7.輸入可以是交流115V;

　　8.輸出為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等;

　　9.在擴展時，原系統只要很小變更;

　　10.用戶程序存儲器容量能擴展。

Plc是什麼——與單片機的區別：

　　1.PLC的核心控制器採用單片機，是建立在單片機之上的產品，單片機是一種集成電路，兩者不具有可比性。

　　2.單片機可以構成各種各樣的應用系統，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應用系統的一個特例。

　　3.不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標，有一定的互換性，質量有保證，編程軟體正朝標準化方向邁進。這正是PLC獲得廣泛應用的基礎。而單片機應用系統則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質量參差不齊，學習、使用和維護都很困難。

　　從工程的角度，PLC與單片機系統的選用原則也是不同的：

　　1.對單項工程或重複數極少的項目，採用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。

　　2.對於量大的配套項目，採用單片機系統具有成本低、效益高的優點，但這要有相當的研發力量和行業經驗。最好的方法是單片機系統嵌入PLC的功能，這樣可大大簡化單片機系統的研製時間，性能得到保障，效益也就有保證。

Plc是什麼——PLC、DCS、FCS三大控制系統的特點和差異

　　1，PLC

　　(1)從開關量控制發展到順序控制、運送處理，是從下往上的。

　　(2)連續PID控制等多功能，PID在中斷站中。

　　(3)可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。

　　(4)也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協議，只要按說明書格式寫就行。

　　(5)PLC網格既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統。

　　(6)大系統同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。

　　(7)PLC網絡如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4(錯了，去掉)、S5、S6(錯了，去掉)、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。

　　(8)主要用於工業過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環控制功能。

　　(9)製造商：GOULD(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON(日)、MITSUBISHI(日)、Siemens(德)等。

　　2，DCS或TDCS

　　(1)分散控制系統DCS與集散控制系統TDCS是集4C(Communication，Computer， Control、CRT)技術於一身的監控技術。

　　(2)從上到下的樹狀拓撲大系統，其中通信(Communication)是關鍵。

　　(3)PID在中斷站中，中斷站聯接計算機與現場儀器儀表與控制裝置。

　　(4)是樹狀拓撲和並行連續的鏈路結構，也有大量電纜從中繼站並行到現場儀器儀表。

　　(5)模擬信號，A/D—D/A、帶微處理器的混合。

　　(6)一臺儀表一對線接到I/O，由控制站掛到區域網LAN。

　　(7)DCS是控制(工程師站)、操作(操作員站)、現場儀表(現場測控站)的3級結構。

　　(8)缺點是成本高，各公司產品不能互換，不能互操作，大DCS系統是各家不同的。

　　(9)用於大規模的連續過程控制，如石化等。

　　(10)製造商：Bailey(美)、Westinghous(美)、HITACH(日)、LEEDS NORTHRMP(美)、SIEMENS(德)、Foxboro(美)、ABB(瑞士)、Hartmann Braun(德)、Yokogawa(日)、Honewell(美國)、Taylor(美)等。

　　3，FCS

　　(1)基本任務是：本質(本徵)安全、危險區域、易變過程、難於對付的非常環境。

　　(2)全數位化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。

　　(3)用兩根線聯接分散的現場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。

　　(4)在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。

　　(5)多變量、多節點、串行、數字通信系統取代單變量、單點、並行、模擬系統。

　　(6)是互聯的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。

　　(7)用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。

　　(8)由現場電腦操縱，還可掛到上位機，接同一總線的上一級計算機。

　　(9)區域網，再可與internet相通。

　　(10)改變傳統的信號標準、通信標準和系統標準入企業管理網。

　　(11)製造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。

　　(12)3類FCS的典型

　　1)連續的工藝過程自動控制如石油化工，其中「本安防爆」技術是絕對重要的，典型產品是FF、WorldFIP、Profibus—PA;

　　2)分立的工藝動作自動控制如汽車製造機器人、汽車，典型產品是Profibus—DP、CANbus;

　　3)多點控制如樓宇自動化，典型產品是LON Work、Profibus—FMS。

　　圖6：PLC控制系統示意圖

　　參考資料：

最經典的PLC實用案例匯總，包括原理、設計技巧、選型要素

　　可編程邏輯控制器PLC使用方便，編程簡單，性價比高，在現代工業中應用極廣。本文為大家介紹了10個PLC實用案例設計方案。

基於PLC的交流變頻調速系統設計方案

　　觸控螢幕作為人機互動界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點的使用以及減輕系統外部按鈕開關的連線複雜程度，同時也提高了運行維護的方便性。隨著工業現場對控制設備小型化、易操作化、智能化的要求的不斷提高，基於PLC和觸控螢幕的交流變頻調速系統的應用前景將非常廣闊。

基於PLC和M2M的智能控制器設計

　　M2M泛指人、機器之間建立連接的所有技術和手段，其中M可以是人(Man)，也可以是機器(Machine)，在現有的許多大型工程裝備類行業，通常採用可編程邏輯控制器PLC作為設備的控制系統