基于可编程控制器的自动控制

方园

摘要：PLC是利用微机技术再结合继电器常规控制概念而产生的，从某一方面将，PLC就可以当做是计算机系统，它与一般的计算机相比，他有特备的输入，输出接口用来连接工业过程，它有专门的编程语音去满足控制要求，由于自身强大的特性，使其具有较强的适应能力，且其信息传输较为稳定。所以PLC适于在生产车间应用的监控微机，其主要由硬件与软件两大系统构成，和一般微型计算机系统相似。

关键词：PLC；可编程控制器；自动控制；分析

1可编程序控制器的硬件系统

其硬件系统包含有以下几部分：主机系统、输入，输出拓展环节及其外部装备。

1.1主机系统

（1）微处理器单元（central Processing Unit，CPU）。PLC的核心是CPU，CPU有微处理器和控制接口电路组成。在PLC中，微处理器的作用是对运算进行控制，它也是运算控制中心，它能够进行逻辑运算并对控制系统的内部工作起到协调作用。它完全是执行系统程序所发出的指令。

（2）存储器。在PLC中，存储器是用来存放数据、用户程序和运行数据。它分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两种。其中只读存储器（ROM）是只能读不能储存，而随机存取存储器（RAM）却可以随时取出和存储。

（3）输入/输出模块单元。处于PLC系统中，该模块单元的功能即是运用模块接口通过接连线路已实现相关工业设施与生产状况的监控与监测。经该模块输入接口，将所收集的信息进行处理，并将处理的结果信息经输出接口传出以实现系统的协调运作。信息经输入模块接口传人到PLC系统中，经系统处理后获得设备运作的相关参数；再经输出接口将获得参数传出，并开始对生产相关设备的参数进行调节。以实现相关功能。在PLC中。储存有各类参数的子系统。其存在是为了保障PLC较强的适应性。

（4）I/O扩展接口。其功能是为了拓宽PLC中的数据输入与输出数量与类别的设备，该接口可以实现多种类输入，输出单元和PLC之间的连接，此外其本身的存在串、并接口，进一步拓展了连接输出模式。

（5）外设I/O接口。在PLC系统中，其主要功能是人机指令、机机指令相互联系的媒介。其主要实现系统与外部设施之间的联系，同时也能够实现与其他PLC系统的连接。其接口型号通常是RS232C或RS422A。其连接方式通常是串行，该接口的作用在于实现数据变换、信息的辨别、验证数据信息是否准确、及其信息平台变换等。对于型号较小的PLC中，该接口采取并行方式，可以与专业的编码器相连。

（6）电源。其功能是实现系统动力源。具体的作用是实现外部高压电源转换成系统内部所需要的适配电源，其开关电源与外部电源相连接。该单元还包含断电保护与备用电源，保障系统在突然断电后系统的主要部分单元还能实现数据保存的相关功能，例如RAM数据存储功能。PLC系统中，电源采用的模式均是开关模式。其优点如下：可以适应多种外部电源环境、质轻体小、较快实现系统运作、避免干扰性能较好。

1.2输入/输出扩展环节

该环节属于PLC的输入与输出的拓展结构，当工作人员在需求系统不能达到时。可以通过该环节来处理。该环节常与PLC的输入/输出系统连接，其主要存在的种类有两种，简单与智能两类。简单类的输入/输出拓展过程没有CPU。对外处理的方式主要靠主机指令来进行调配，主要基于主机的软件系统的执行。一般装在靠近主机处，并经并行接口与主机进行数据传递，通常这种简单类型多被小型的PLC系统采用。智能型拓展接口其内部常存在有CPU，其功能是实现工作现场的信息的输入与输出的监管。不需要将信息传递给主机。一般采用串行方式和主机进行信息的传递，能与主机分开装置，常用于大型的PLC中。

1.3外部设备

（1）编程器。其功能是实现对PLC程序的编写与调节。是实现人机对话的窗口。经过该装置能将外部所需的信息编入到系统的RAM当中，或针对RAM当中的原有程序的进行改编。经该装置能够实现对PLC系统的运行的监控与追踪，可以较为方便实现程序的编写与调节。

此外能实现编辑器功能方式，即是运用微机与PLC相关的生产者供给的程序相配合实现编辑器的功能，像这种编辑方式已经成为PLC未来的发展方式。目前。很多PLC生产厂家一般不再提供编辑器，只是提供有关微机编写的程序，并与相关的通信连接装置。

（2）彩色图形显示器。一般大中型的PLC系统转配了彩色图形显示器。其功能是用于呈现生产现状模拟图、现场监控参数、生产动态参数及其预警相关参数等过程中数据，全面掌控现场动态。

（3）打印机。属于系统外部装置，其作用是用于动态参数、系统参数、及其预警参数等录取。

PLC系统常可以装备有相关外部设备，主要为系统输入输出做辅助，例如配备相应的存储设备用于存储信息。

2可编程序控制器的软件系统

PLC系统不仅包含有硬件设备，还有相关程序作以辅助，二者相互联系，一起构建PLC系统。PLC系统程序包含有两部分，系统内部程序与应用程序。

2.1系统程序

其主要由PLC生产厂家编写，其存储与PROM或EPROM内，装与PLC中，一般产品出售时，其随之附上给需求者。PLC系统程序主要包含有以下几部分：管理程序、应用相关指令程序与相关单元调节版块等。

2.2用户程序

基于应用实际情况监控需求由使用者编写用于进行现场控制的程序。用户程序包含有以下几类：开关监控软件、假想量运作软件、闭环监控软件与运作控制系统的应用软件等。

3可编程序控制器的工作原理及主要技术指标

3.1可编程序控制器的工作原理

适应于生产监管的专用系统的微机，其运行的原理与微机监管程序运行原理大致一样。

PLC的工作模式是属于周期性循环模式，中央处理器不断重复应用软件与任务的重复性工作，这样的过程叫做扫描。CPU根据运行软件进行运作就是CPU的连续重复扫描的过程，不断地重复性的集中进行采样与输出的模式来实现的。一个工作周期被划分为几部来实现：

3.2输入采样扫描阶段

这属于集中过程其中之一，处于这样的过程中，PLC根据相应的次序进行逐一收集将全部的输入信息进行集中，不管输入端是否有数据传入，CPU都会按照次序将每个输入端上信息进行读取，并寄存于映像储存器上。在目前的工作周期中。应用软件选用的信息状态都是通过映像储存器获取的，此时外面的信息是否改变都不会影响此时工作的运行，及时信息发生改变也是在下一个工作过程中出现改变，虽然每个数据传输都出现次序，由于PLC工作周期较为短暂，这个现象基本可以不计，因此所收集的输入信息几乎是同一时间传到的。

3.3执行用户程序扫描阶段

该阶段主要是工作阶段的另一个信息集中中心，在该阶段时，中央处理器工作应用软件是根据一定的次序开展的。假如软件的呈现模式是梯形图，那么扫描顺序就是先上后下、从左至右，当信号被输入之后在扫描过程中不会被立即读取，扫描过程中的信息均是从输入映像寄存器中去读取。但是还有另一种情况，当其他数据输入时，能够从PLC的相关单元映像寄存器获取，应用软件被执行时，元件映像寄存器首先获得每一次运算所得的中间结果，对输出继电器进行扫描时，其扫描结果要先写入输出映像寄存器也再去驱动外部负载。这个过程中，可以许可数字量I/O与没有建立数字过滤的模拟量I/O二者指令进行运作，在工作期限内每个部分都可以对于间断的信息做出反应。

在该阶段中，输入映像寄存器常常是不改变的。与其不同的是。其他单元相关内容随时都在改变。并伴随着软件的运行而改变。

3.4输出刷新扫描阶段

该阶段属于信息集中输出区，中央处理器对于PLC中所有的应用软件进行扫描。当该过程结束以后，可以将单元映像寄存器当中的各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。

每个工作周期的最后一个环节即是输出刷新，当该环节结束之后，中央处理器将会进行下一个工作周期，这个过程不断重复，即是PLC工作状态。

4可编程序控制器的主要技术指标

（1）输入/输出点数

描述的PLC大小的重要参数就是PLC的输入，输出点数，这个点数是外部输入、输出端子数量的总和。

（2）存储容量

PLC中存在的存储器有三个部分组成：用来储存系统内部程序的存储器；面向用户的存储器用来储存用户输入的程序；数据存储器。通常。用户程序存储器的容量加上数据存储器容量就是PLC存储容量通，它代表系统提供给用户的可用资源的大小，是衡量系统性能的重要衡量标准。

（3）扫描速度

PLC的扫描方式是循环扫描，每进行1次扫描，所经历的扫描时间叫做扫描周期。扫描速度跟有用户程序的长度和PLC产品的类型都有关系。PLC的运行受PLC中CPU的类型直接影响。

（4）指令系统

指令系统汇聚了PLC中全部的指令。PLC的编程指令和软件功能是挂钩的。指令越多。功能就越强，然而想掌握它也是相当不易的。用户在选择可编程控制器时，一定要从实际出发，选择满足要求可编程控制器。

（5）通信功能

通信分两种情况。一种是PLC内部的通信。另一种是PLC与其他设备之间的通信。通信涉及的内容较多。例如通信模块和接口、通信协议和指令等。衡量PLC产品的好坏的重要标准是PLC的组网和通信能力。

参考文献：

[1]陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010（01）

[2]周恩涛可编程控制器原理及其在液压系统中的应用[M]机械工业出版社.

[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2003.