PLC的結構及各部分的作用

　　PLC的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統結構如下圖所示：

　　1、主機

　　主機部分包括中央處理器（CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監控輸入/輸出接口狀態、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。

　　2、輸入/輸出（I/O）接口

　　I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。

　　3、電源

　　圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。

　　4、編程

　　編程是PLC利用外部設備，用戶用來輸入、檢查、修改、調試程序或監示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯接，并利用專用的軟件進行電腦編程和監控。

　　5、輸入/輸出擴展單元

　　I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。

　　6、外部設備接口

　　此接口可將打印機、條碼掃描儀，變頻器等外部設備與主機相聯，以完成相應的操作。

　　實驗裝置提供的主機型號有西門子S7-200系列的CPU224（AC/DC/RELAY）。輸入點數為14，輸出點數為10；CPU226（AC/DC/RELAY），輸入點數為26，輸出點數為14。

　　PLC的基本特點

　　1、功能豐富

　　PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統及存儲信息的內部器件有關。

　　它的指令多達幾十條、幾百條，可進行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進行各種類型數據的運算。凡普通計算機能做到的，它也都可作到。

　　它的內部器件，即內存中的數據存儲區，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲入、出點信息的，少的幾十、幾百，多的可達幾千、幾萬，以至10幾萬。這意味著它可進行這么多I/O點的入出信息變換，進行這么大規模的控制。

　　2、使用方便

　　用PLC實現對系統的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序，用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當然要方便得多！

　　其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實現了系列化與規格化。種種控制系統所需的模塊，PLC廠家多有現貨供應，市場上即可購得。所以，硬件系統配置與建造也非常方便。

　　正因如此，用可編程序控制器才有這個“可”字。對軟件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。

　　3、工作可靠

　　用PLC實現對系統的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業環境下運用，也就不成其為PLC了。

　　4、經濟合算

　　高新技術的使用必將帶來巨大的社會效益與經濟效益，這是科技是第一生產力的體現，也是高新技術生命力之所在。PLC也是如此。

　　盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經濟的。這是因為：

　　使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設施的投入少；使用時省電，運行費少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。所以，在多數情況下，它的效益是可觀的。

　　PLC工作環境

　　1．溫度

　　PLC要求環境溫度在0~55℃，安裝時不能放在發熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環境超過55℃，要安裝電風扇強迫通風。

　　2．濕度

　　為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%（無凝露）。

　　3．震動

　　應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為10~55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

　　4．空氣

　　避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。5．電源PLC供電電源為50Hz、220（1±10%）V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。FX系列PLC有直流24V輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器（如光電開關或接近開關）提供直流24V電源。當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯誤信息。

　　PLC常見的六大應用

　　1、用于開關量控制

　　PLC控制開關量的能力是很強的。所控制的入出點數，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點，由于它能聯網，點數幾乎不受限制，不管多少點都能控制，所控制的邏輯問題可以是多種多樣的：組合的、時序的、即時的、延時的、不需計數的、需要計數的、固定順序的、隨機工作的等等，都可進行。

　　PLC的硬件結構是可變的，軟件程序是可編的，用于控制時，非常靈活。必要時可編寫多套或多組程序，依需要調用。它很適應于工業現場多工況、多狀態變換的需要。

　　用PLC進行開關量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業行業都需要用到它。目前，PLC首用的目標，也是別的控制器無法與其比擬的，就是它能方便并可靠地用于開關量的控制。

　　2、用于模擬量控制

　　模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續變化的。工業生產，特別是連續型生產過程，常要對這些物理量進行控制。

　　作為一種工業控制電子裝置，PLC若不能對這些量進行控制，那是一大不足，為此各PLC廠家都在這方面進行大量的開發。目前，不僅大型、中型機可以進行模擬量控制，就是小型機，也能進行這樣的控制。PLC進行模擬量控制，要配置有模擬量與數字量相互轉換的A/D、D/A單元。它也是I/O單元，不過是特殊的I/O單元。

　　A/D單元是把外電路的模擬量，轉換成數字量，然后送入PLC;D/A單元，是把PLC的數字量轉換成模擬量，再送給外電路。作為一種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內外電路隔離、與輸入輸出繼電器（或內部繼電器，它也是PLC工作內存的一個區，可讀寫）交換信息等等特點。

　　這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍多為0～5V，0～10V，4～20mA，有的還可處理正負值的。這里的D，小型機多為8位二進制數，中、大型多為12位二進制數。A/D、D/A有單路，也有多路。多路占的輸入輸出繼電器多。有了A/D、D/A單元，余下的處理都是數字量，這對有信息處理能力的PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強，不僅可進行數字的加、減、乘、除，還可開方、插值，還可進行浮點運算，有的還有PID指令，可對偏差制量進行比例、微分、積分運算，進而產生相應的輸出，計算機能算的它幾乎都能算。這樣，用PLC實現模擬量控制是完全可能的。

　　PLC進行模擬量控制，還有A/D、D/A組合在一起的單元，并可用PID或模糊控制算法實現控制，可得到很高的控制質量。用PLC進行模擬量控制的好處是，在進行模擬量控制的同時，開關量也可控制。這個優點是別的控制器所不具備的，或控制的實現不如PLC方便。當然，若純為模擬量的系統，用PLC可能在性能價格比上不如用調節器。

　　3、用于運動控制

　　實際的物理量，除了開關量、模擬量，還有運動控制。如機床部件的位移，常以數字量表示。運動控制，有效的辦法是NC，即數字控制技術。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術。當今已很普及，并也很完善。目前，先進國家的金屬切削機床，數控化的比率已超過40%～80%，有的甚至更高。PLC也是基于計算機的技術，并日益完善。PLC可接收計數脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲，可用多種方式接收這脈沖，還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達幾十k，有了這兩種功能，加上PLC有數據處理及運算能力，若再配備相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置，則完全可以依NC的原理實現種種控制。高、中檔的PLC，還開發有NC單元，或運動單元，可實現點位控制。運動單元還可實現曲線插補，可控制曲線運動。所以，若PLC配置了這種單元，則完全可以用NC的辦法，進行數字量的控制。新開發的運動單元，甚至還發行了NC技術的編程語言，為更好地用PLC進行數字控制提供了方便。

　　4、用于數據采集

　　隨著PLC技術的發展，其數據存儲區越來越大。如德維森公司的PLC，其數據存儲區（DM區）可達到9999個字。這樣龐大的數據存儲區，可以存儲大量數據。數據采集可以用計數器，累計記錄采集到的脈沖數，并定時地轉存到DM區中去。數據采集也可用A/D單元，當模擬量轉換成數字量后，再定時地轉存到DM區中去。PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區的數據打出來。

　　PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區的數據讀出，并由計算機再對這些數據作處理。這時，PLC即成為計算機的數據終端。

　　電力用戶曾使用PLC，用以實時記錄用戶用電情況，以實現不同用電時間、不同計價的收費辦法，鼓勵用戶在用電低谷時多用電，達到合理用電與節約用電的目的。

　　5、用于信號監控

　　PLC自檢信號很多，內部器件也很多，多數使用者未充分發揮其作用。其實，完全可利用它進行PLC自身工作的監控，或對控制對象進行監控。對一個復雜的控制系統，特別是自動控制系統，監控以至進一步能自診斷是非常必要的，它可減少系統的故障，出了故障也好查找，可提高累計平均無故障運行時間，降低故障修復時間，提高系統的可靠性。

　　6、用于聯網、通訊

　　PLC聯網、通訊能力很強，不斷有新的聯網的結構推出。PLC可與個人計算機相連接進行通訊，可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理，使PLC用起來更方便。

　　為了充分發揮計算機的作用，可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC，多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊，交換信息，以實現多的對PLC控制系統的監控。PLC與PLC也可通訊，可一對一PLC通訊，可幾個PLC通訊，可多到幾十、幾百。

　　PLC與智能儀表、智能執行裝置（如變頻器），也可聯網通訊，交換數據，相互操作。可聯接成遠程控制系統，系統范圍面可大到10公里或更大。可組成局部網，不僅PLC，而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進網。可用總線網，也可用環形網。網還可套網。網與網還可橋接。聯網可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網中。網間的結點可直接或間接地通訊、交換信息。

　　聯網、通訊，正適應了當今計算機集成制造系統（CIMS）及智能化工廠發展的需要。它可使工業控制從點（Point）、到線（（Line）再到面（Aero），使設備級的控制、生產線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體，進而可創造更高的效益。這個無限美好的前景，已越來越清楚地展現在我們這一代人的面前。

　　以上幾點應用是著重從質上講的。從量上講，PLC有大、有小。所以它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個設備，甚至一個部件，一個站點;大的可控制多臺設備，一條生產線，以至于整個工廠。可以說工業控制的大小場合，都離不開PLC。