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• PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶(hù)程序按先后順序存放，CPU從*條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回*條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。

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      1．輸入處理 電 話：（同號(hào)）
      輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。
        2．程序執(zhí)行
        根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿(mǎn)足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶(hù)程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶(hù)程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 
       3．輸出處理 
      程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及，成為自動(dòng)化技術(shù)的重要組成。可編程控制器zui先出現(xiàn)在美國(guó)，1968年，美國(guó)的汽車(chē)制造公司通用汽車(chē)公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶(hù)角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下條件：

（1）編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；

（2）維護(hù)方便，是插件式；

（3）可靠性高于繼電器控制柜；

（4）體積小于繼電器控制柜；

（5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；
  （6）在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)；

（7）輸入可以是交流115V（即用美國(guó)的電網(wǎng)電壓）；

（8）輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；

（9）在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小的變更；

（10）用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB。

條件提出后，立即引起了開(kāi)發(fā)熱潮。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上*臺(tái)可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上。當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。緊接著，美國(guó)MODICON公司也開(kāi)發(fā)出同名的控制器，1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制成了日本*臺(tái)可編程控制器。1973年，西歐國(guó)家也研制出他們的*臺(tái)可編程控制器。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，特別是進(jìn)入80年代以來(lái)，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為*處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時(shí)的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱(chēng)之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡(jiǎn)稱(chēng)為PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Persona1  Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)PC相區(qū)別，一般仍將它簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，以至于用戶(hù)寧愿另外制作一臺(tái)新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，并將控制器和被控對(duì)象方便的連接起來(lái)。由于PLC是由微處理器、存儲(chǔ)器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類(lèi)。

對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，可編程控制器是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計(jì)階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡(jiǎn)單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶(hù)的訂貨要求專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

我國(guó)從1974年也開(kāi)始研制可編程序控制器，1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。

全集成自動(dòng)化助力生產(chǎn)運(yùn)行更上一層樓

全集成自動(dòng)化，西門(mén)子推出的這一款工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，是所有自動(dòng)化組件高效協(xié)作的*。其中，開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)覆蓋了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，并且所有組件都具有以下特性：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以及統(tǒng)一的硬件和軟件接口。

這些特性*縮短了工程組態(tài)時(shí)間，從而在大幅提升系統(tǒng)靈活性的同時(shí)顯著降低了成本和面市時(shí)間。

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集成工程組態(tài)

所有生產(chǎn)階段均實(shí)施統(tǒng)一全面的工程組態(tài)，生產(chǎn)過(guò)程中所有階段的統(tǒng)一全面工程組態(tài)，顯著降低了組態(tài)時(shí)間、成本和工作量。

工業(yè)數(shù)據(jù)管理

憑借生產(chǎn)過(guò)程中所有重要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問(wèn)，*提高了決策的可靠性以及工廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益。

工業(yè)通信

基于跨供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，輕松實(shí)現(xiàn)所有層級(jí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一透明傳輸。基于跨供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，所有層級(jí)間的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、透明、無(wú)限制。

工業(yè)信息安全

統(tǒng)一的自動(dòng)化安全防護(hù)機(jī)制，可系統(tǒng)性地保護(hù)工廠與設(shè)備，將各種攻擊威脅降至zui低。

安全集成

標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化技術(shù)中無(wú)縫集成安全防護(hù)機(jī)制，可*地保護(hù)人員、設(shè)備和環(huán)境安全。

PLCzui主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。不同型號(hào)的PLC有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大形機(jī)器）。并且結(jié)合市場(chǎng)情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后、、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價(jià)格性能比較好的PLC機(jī)型。 

目前市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多，國(guó)外有德國(guó)的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美國(guó)的GE;韓國(guó)的LG等。國(guó)產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時(shí)等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。PLC 的選型應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。 

2.1 確定PLC 控制系統(tǒng)的規(guī)模 

依據(jù)工廠生產(chǎn)工藝流程和復(fù)雜程度確定系統(tǒng)規(guī)模的大小。可分為大、中、小三種規(guī)模。 

小規(guī)模PLC控制系統(tǒng):單機(jī)或者小規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程，控制過(guò)程主要是條件、順序控制，以開(kāi)關(guān)量為主，并且I/O點(diǎn)數(shù)小于128 點(diǎn)。一般選用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。 

中等規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜邏輯控制和閉環(huán)控制，I/O點(diǎn)數(shù)在128——512 點(diǎn)之間。應(yīng)該選用具有模擬量控制、PID控制等功能的PLC，如SIEMENS S7-300等。 

大規(guī)模PLC控制系統(tǒng):生產(chǎn)過(guò)程是大規(guī)模過(guò)程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制，I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上。應(yīng)該選用具有通信聯(lián)網(wǎng)、智能控制、數(shù)據(jù)庫(kù)、中斷控制、函數(shù)運(yùn)算的高檔PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合實(shí)現(xiàn)工廠工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的通訊和控制。 

2.2 確定PLC I/O 點(diǎn)的類(lèi)型 

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類(lèi)型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大型機(jī)器）。 

根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。 

電磁閥的開(kāi)閉、大電感負(fù)載、動(dòng)作頻率低的設(shè)備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)/停止應(yīng)采用晶體管輸出。 

2.3 確定PLC編程工具 

（1） 一般的手持編程器編程。 手持編程器只能用商家規(guī)定語(yǔ)句表中的語(yǔ)句表（STL）編程。這種方式效率低，但對(duì)于系統(tǒng)容量小、用量小的產(chǎn)品比較適宜，具有體積小、價(jià)格低、易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。 這主要用于微型PLC的編程。 

（2） 圖形編程器編程。圖形編程器采用梯形圖（LAD）編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價(jià)格較高,主要用于微型PLC和中檔PLC。 

（3） 計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程 。這種方式是效率zui高的一種方式，但大部分公司的PLC 開(kāi)發(fā)軟件包價(jià)格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。 

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 

3.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 

硬件設(shè)計(jì)是PLC控制系統(tǒng)的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。主要包括輸入和輸出電路兩部分。 

（1） PLC控制系統(tǒng)的輸入電路設(shè)計(jì)。PLC供電電源一般為AC85—240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。 

PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC 24V, 同時(shí)其帶負(fù)載時(shí)要注意容量，并作好防短路措施，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響PLC的運(yùn)行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。 

（2） PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計(jì)。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動(dòng)停止應(yīng)采用晶體管輸出，它適應(yīng)于高頻動(dòng)作，并且響應(yīng)時(shí)間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應(yīng)*繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。 

如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLC。 

當(dāng)PLC掃描頻率為10次／min 以下時(shí)，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 

對(duì)于兩個(gè)重要輸出量，不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。 

對(duì)于常見(jiàn)的AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載，例如交流接觸器、電磁閥等，應(yīng)該通過(guò)DC24V微小型中間繼電器驅(qū)動(dòng)，避免PLC的DO接點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)，盡管PLC手冊(cè)標(biāo)稱(chēng)具有AC220V交流開(kāi)關(guān)類(lèi)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。 

（3） PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來(lái)了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來(lái)了許多干擾問(wèn)題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。一般采用以下幾種方式: 

隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器，并將中性點(diǎn)經(jīng)電容接地。 

屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場(chǎng)屏蔽作用，防止空間輻射干擾。 

布線:強(qiáng)電動(dòng)力線路、弱電信號(hào)線分開(kāi)走線，并且要有一定的間隔;模擬信號(hào)傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。 ?