可编程控制器PLC毕业设计文献阅读译文(中文).doc

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1、可编程控制器PLC的介绍 摘 要PLC在各个领域获得了广泛应用，它在工业中的作用不可或缺的。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。本文对PLC进行简单的介绍，主要对PLC的发展历史、功能、特点、以及工作原理和未来发展趋势等方面做简单的分析介绍。关键词：PLC；历史；功能；工作原理；发展趋势1 引言可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic

2、 Controller），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电

3、工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特

4、点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单；适应性好； 功能完善，接口功能强。2 PLC的历史与发展1968年，Richard E. Morley创造出了新一代工业控制装置可编程逻辑控制器(PLC),现在，PLC已经被广泛应用于工业领域，包括机械制造也、运输系统、化学过程设备、等许多其他领域。初期可编程控制器只是用一种类似于语言的软件逻辑于代替继电器硬件逻辑，并且使开发时间由6个月缩短到6天。虽然计算机控制技术已经产生，但是PLC控制因为它的高性能、成本低、并且对恶劣的环境有很强的适应能力而在工业控制的广泛应用中保持优势。而且，尽管硬件的价格在逐渐下跌，据估计，根据Frost和Sulliv

5、an对PLC市场的调查研究表明，每年销售硬件的价格要比销售PLC的价格（一千五百万）至少多出八十亿美元。PLC的创造者Richard E. Morley十分肯定的认为目前PLC市场是一个价值五十亿的工业虽然PLC广泛应用于工业控制中，PLC控制系统的程序依然和语法有关。和软件过程一样，PLC的软件设计也以同样的方式会遇到软件错误或危机。Morley在演讲中着重强调了这个方面。如果房子建造的像软件过程一样，那么仅仅一只啄木鸟就可以摧毁文明。特别的，PLC程序要解决的实际问题是消除软件错误和减少老式梯形逻辑语言的花费。尽管PLC的硬件成本在继续下降，但是在工业控制上减少梯形逻辑的扫描时间仍然是一个

6、问题，以至于可以用到低耗时的PLC。一般来说，和其他领域相比生产PLC的周期要短很多。例如，在实践中，VISI设计是一种有效的计算机辅助设计。PLC不需要使用目前的以软件设计为基础软件工程方法论，因为PLC程序要求对软件和硬件搜都要考虑到。因此，软件设计越来越成为花费动力。在许多的工业设计工程中，多数人力分配给了控制系统设计和安装，并且他们被要求对PLC进行程序测试和错误排除。再者，PLC控制系统不适合设计对适应性和重构有越来越多要求的生产系统。一个更深入的问题是在大规模的工程中软件越来越复杂，促使要有一个系统化的设计方法论。主题的客观性是为PLC自动控制系统建立一个系统化的软件设计方法论。这

7、个设计方法论包括以状态转换模型为基础的精确的描述，这个转台转换模型是自动控制系统的抽象系统。方法论还包括一个逐步的设计过程，并且要设置一个设计规则，这样才能为一个成功的设计提供导向和方法。这项研究的真正目的是找到一个减少控制软件发展过程的不稳定性的方法，也就是说，减少程序和调试时间以及他们的变化，以增强自动控制系统的适应性，并且通过调整软件使得软件可以再度使用。这样的目的是为了克服目前程序策略的不足之处，而目前的程序策略是以个人软件开发者的经验为基础的。早期的可编程控制器是设计来取代继电器逻辑系统。这些可编程控制器的“阶梯逻辑”是与继电器逻辑示意图非常类似的。选择此程序表示法的目的是为了减少对

8、现有技术人员的培训需求。其他早期的可编程控制器使用指令列表编程，基于一个堆栈编程逻辑求解器进行求解。 现代可编程控制器在各种各样的方式可以被编程，从梯形逻辑语言到更加传统的编程语言例如BASIC和C语言。另一个方法是状态逻辑，被设计的一种非常高级编程语言根据状态转换图的可编程控制器编程。很多早期可编程控制器没有可编程终端的逻辑图形表示法，逻辑反而是被描绘成一系列在一些版本的布尔格式的逻辑表达式，类似于布尔代数。随着编程码发展，由于上述原因它变成更常见的梯形逻辑语言。更新的格式如国家逻辑和功能块（这是类似的逻辑描述使用数字逻辑集成电路时的方式）的存在，但它们仍没有梯形逻辑语言流行。一个主要原因是

9、可编程控制器解决问题用一个可预测和重复的序列的逻辑，并且梯形逻辑语言可以用其他格式让程序员（写逻辑）的人看到逻辑的时间，所有问题更加容易地程序化。3 功能PLC的功能经过多年的发展，包括连续的继电器控制，运动控制，过程控制，分布式控制系统和网络。一些现代PLC的数据处理，存储，处理能力和通信能力相当于台式电脑。PLC编程结合远程I/O硬件，一台通用台式计算机允许在某些应用中重叠使用某一可编程控制器。在重工业中PLC被认为没有这些桌面计算机为主的逻辑控制器的实际性强，因为PLC在台式计算机系统中运行不是很稳定，并且，因为台式计算机硬件没有被设计成耐温度、湿气、振动和耐用作为可编程控制器的处理器。

10、除桌面基于逻辑的硬件局限之外，例如Windows操作系统不适合自己的确定性逻辑的执行，结果是PLC逻辑不可能总是对规定逻辑变化的输入状态与极端性预计的时间一致。尽管如此，这样桌面逻辑被应用在较不重要情况，像实验室自动化和小型设施中使用该应用程序的要求不高，因为他们的价格一般都远远低于昂贵的PLC。 在最近数年，小产品称为PLR（可编程逻辑继电器），并且因为名字相似，变得更常见并被接受。这些很像PLC已经应用于轻工业，它只有少部分的输入/输出（例如一些真实的输入输出信号）参与，低成本，很理想。这些小设备尺寸和形状比较普通地几位制造商制作，并且由更大的PLC制作商来填满他们低端产品规格。俗名包括P

11、ICO控制器、纳米PLC和其他的小控制器。多数这些控制器有在8到12数字输入、4到8数字输出，多达2个模拟输入。尺寸通常是4英寸宽、3英寸高、3英寸深。大多数这样的设备有一个小邮票大小的液晶屏幕来观看简化梯子逻辑的输入/输出点（只有一小部分程序被可见于给定的时间）和状况，并且这些屏幕由一个电磁四通摇臂按钮操纵加上四个不同的用于浏览和编辑的逻辑电钮，类似于录像机遥控按钮。控制器大多数有一个小插座为通过连接RS-232或RS-485到个人计算机，以便程序员可能为编程使用简单的窗口应用而不是被迫使用微小的LCD和电钮。不像普通PLC，通常是模块化，大大扩展,控制器通常不会取模块化并且不是可扩展的，但

12、是他们提供稳健设计的确定性和执行逻辑的价值比PLC少。4 工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下

13、，该输入均能被读入。程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用

14、到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。5 特点1、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制

15、；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。2、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。3、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。6 PLC相比其它控制系统可编程控制器是可适应一系列自动化任务。这些都是自动化的在制造中通常工业过程开发和维护自动化系统的成本在哪里高，相对于总成本和其寿命期间预计将对系统更改。可编程控制器包含输入和输出设备兼容工业试验设备和管制，小电气的设计问题对预期操作是必要的。PLC应用

16、程序通常是高度定制系统，因此成本包装可编程序控制器（PLC）的费用比一个具体定制设计的小控制器要高。另外一方面在批量生产货物的情况下自定义的控制系统是组成、成本较低的最佳选择，而不是一个非反复出现工程费用“普通”的解决方案。不同的技术方法有大量的并且很简单的固定自动化任务。例如消费者用的洗碗机的机电凸轮计时器生产数量成本只有几美元。一种基于微控制器的设计是需要成百上千个单位（设计电源供应器，输入/输出硬件和必要的检测和认证）和开发成本可以分散到很多的销售，最终用户不需要更改该控件。汽车应用程序就是一个例子：数以百万计的内置单位每一年需要建造，很少最终用户更改这些控制器的编程。然而，一些其他车辆

17、如交通公共汽车经常定制设计的控制,而不是用PLC，因为数量很低,发展成本会赚不到钱的。 像使用在化工中的过程控件就非常复杂，可能需要算法和甚至超出高性能可编程控制器。非常高速的能力范围的性能或精度控件也可能需要自定义的解决方案，例如飞机飞行的控件。可编程序控制器广泛用于运动控制、定位控制和转矩控制。一些制造商生产运动控制单元与PLC集成、G-code（涉及数控机床）可以用于指导机器运作。可编程控制器可能包括一个“比例，积分，微分”的单变量反馈模拟控制循环的逻辑或“控制器”。以PID回路可用于控制温度为例。历史上PLC通常配置只有少数模拟控制回路，通常配置可编程控制器将使用分布式的控制系统（DC

18、S）的过程成百上千的循环。可编程控制器功能已经很强大了，可编程序控制器（PLC）与集散控制系统之间的边界应用已经不是很明显了。可编程控制器具有类似于远程终端设备的功能。RTU，然而通常不支持或控制回路的控制算法。随着硬件迅速变得更强大和更便宜，RTU、PLC和DCS正在越来越多地开始有重叠，职责，并与PLC卖许多供应商的特点类似，RTU反之亦然。业界基于IEC61131-3创建程序上运行的RTU和PLC功能块语言规范，尽管几乎所有供应商还提供专有的替代方案及相关的开发环境。7 发展趋势1、向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。PLC的扫

19、描速度是一个重要的性能指标，目前有的PLc的扫描速度可达80n叭一二进制指令。和其他计算机一样，PLC的CPU是采用分时操作的原理，梅一时刻执行一个操作，随时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行，这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的扫描。周而复始地重复上述的扫描循环。扫描一次用户程序和处理扫描过程中完成输入、输出等工作所需的时间称为扫描周期，扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，典型值为l一10Qrns。2、向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向

20、多功能方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。有FO点数达数万点的超大型PLC，使用32位甚至64位微处理器，多CPU并行工作，并且拥有大容量存储器，功能强大。3、小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展为使配置更加灵活，已开发了各种简易、经济的超小型和微型PLC，最小配置的I/o点数为8一16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如西门子LOGO、三菱公司a系列PLC。4、PLC大力开发智能模块，增强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程1/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能FO模块，不但扩展了P

21、LC功能，而且使用方便灵活，扩大了PLC的应用范围。5、增强pLC联网通信的能力，是pLC技术进步的潮流PLC的联网通信有三类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信；最后一类是PLC与第三方设备的连接通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制定通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统(DCs)不可缺少的重要组成部分。6、增强外部故障的检测与处理能力统计资料显示：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%,1/0接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%

22、，线路占5。前两项共占20的故障，属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。7、编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BAsIC、C语言)等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。8 结论可编程控制器PLC在现代工业自动化控制中是最

23、值得重视的先进控制技术。PLC现已成为工业控制的支柱之一，在工业中的重要性也越来越高。PLC以其可靠性高、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、以易与计算机接口、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。参考文献：1 ta .可编程控制器休斯,第三版。ISA -仪器仪表、系统和自动化的社会,2000 p.2 杰克,h .自动化制造系统与plc的年代,828 p.3 伯杰,h .自动化与硅镁质。西门子公司、2003、214 p.4 硅镁质编程步骤7 V 5.2:手册。西门子公司、2002、610 p.5 硅镁质HMI WinCC配置手册。卷1、2、3。西门子2000 p.6 国际电工委员会，国际电工技术委员会的国际标准1131-3 ，可编程控制器，第3部分，编程语言， 1993年. 7 米巴尼尤尼斯和G.弗雷， “形式化现有的PLC程序：一项调查” ，在2003年，里尔（法国） ，号文件中S2 -的R - 00 - 0239 ， 2003年7月.