工作原理

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)。尤其是電網(wǎng)內部的變化，如開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，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，然后根據(jù)邏輯運算的結果，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);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，在用戶程序執(zhí)行過程中，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，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，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;相反，排在下面的梯形圖，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。對PLC的干擾空間輻射的干擾空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射的干擾，其分布極為復雜。

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，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，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

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可靠性高，抗干擾能力強

傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。工作原理用戶程序執(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)。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。

PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為可靠的工業(yè)控制設備之一。

plc系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，專為工業(yè)生產設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，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過程。檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。是工業(yè)控制的核心部分。

自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。PLC控制器電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術、網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。

PLC控制器的發(fā)展歷程

作為離散控制的產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的PLC控制器年增長率保持為20%~30%。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC控制器市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。

PLC控制器是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC控制器只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令;并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC控制器的用戶程序存儲器中。傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機控制系統(tǒng)中,每當變更設計時,整個系統(tǒng)幾乎都要重新制作,不但費時又費力。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC控制器的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步(步序號為零)起依次執(zhí)行到終步(通常為END指令)，然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC控制器每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC控制器，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位(也有32位的)為一個模擬量。大型PLC控制器使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。

相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC控制器比用DCS，其成本要低一些(大約能省40%左右)。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉換單元等。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點(可達8000多個I/O)。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控的軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

近10年來，隨著PLC控制器價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC控制器進行控制，PLC控制器在我國的應用增長十分迅速。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC控制器在我國仍將保持高速增長勢頭。

通用PLC控制器應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC控制器相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC控制器或定制PLC取代嵌入式控制器。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。