上海西门子200CN授权经销商

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到20世纪70年代中期以后，特别是进入20世纪80年代以来，plc已广泛地采用16位甚至32位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，使plc在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的plc已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、pid（比例-积分-微分）调节和数据通信等功能。

可编程控制器是一种无触点设备，对用户来说，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程控制器，1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程控制器的新型设备。掌握可编程控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。1.2　可编程控制器的定义

国际电工委员会（iec）曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁发了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是：“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，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，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，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

定义还强调了可编程控制器应直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

应该强调的是，可编程控制器与以往所讲的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别。plc引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。

可编程控制器是应用面广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置。自研制成功开始使用以来，它已经成为了当代工业自动化的主要支柱之一。1.3　可编程控制器的硬件系统

plc的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。1.3.1　主机系统

可编程控制器主要由cpu、存储器、基本i/o接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，如图1-1所示。编程装置将用户程序送入可编程控制器，在可编程控制器运行状态下，输入模块接收到外部元件发出的输入信号，可编程控制器执行程序，并根据程序运行后的结果，由输出模块驱动外部设备。

1.中央处理单元

中央处理单元主要由微处理器cpu和存储器组成。

（1）微处理器cpu

微处理器cpu是可编程控制器的核心，相当于人的大脑。cpu一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成的芯片上。cpu通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器、输入输出接口电路连接。cpu的功能有：在系统监控程序的控制下工作，通过扫描方式，将外部输入信号的状态写入输入映像寄存区域，plc进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，按指令规定的任务进行数据的传送、逻辑运算、算术运算等，然后将结果送到输出映像寄存区域。

电源单元的作用是将外部电源（220v的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过plc内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为plc内部电路需要的工作电源（直流5v、12v、24v），并为外部输入元件（如接近开关）提供24v直流电源（仅供输入端使用），而驱动plc负载的电源由用户提供。plc的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽，体积小，质量轻，效率高，抗干扰性能好。1.3.2　输入/输出扩展环节

输入/输出扩展环节是plc输入/输出单元的扩展部件。当用户所需的输入/输出点数或类型超出主机的输入/输出单元所允许的点数或类型时，可以通过加接输入/输出扩展环节来解决。输入/输出扩展环节与主机的输入/输出扩展接口相连，有两种类型：简单型和智能型。简单型的输入/输出扩展环节本身不带中央处理单元，对外部现场信号的输入/输出处理过程完全由主机的中央处理单元管理，依赖于主机的程序扫描过程。通常，它通过并行接口与主机通信，并安装在主机旁边，在小型plc的输入/输出扩展时常被采用。智能型的输入/输出扩展环节本身带有中央处理单元，它对生产过程现场信号的输入/输出处理由本身所带的中央处理单元管理，而不依赖于主机的程序扫描过程。通常，它采用串行通信接口与主机通信，可以远离主机安装，多用于大中型plc的输入/输出扩展。1.3.3　外部设备

（1）编程器。它是编制、调试plc用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。通过编程器可以把新的用户程序输入到plc的ram中，或者对ram中已有程序进行编辑。通过编程器还可以对plc的工作状态进行监视和跟踪，这对调试和试运行用户程序是非常有用的。

除了上述专用的编程器外，还可以利用微机（如ibmpc），配上plc生产厂家提供的相应的软件包来作为编程器，这种编程方式已成为plc发展的趋势。现在，有些plc不再提供编程器，而只提供微机编程软件，并且配有相应的通信连接电缆。

结合plc的组成和结构分析plc的工作原理更容易理解。plc是采用周期循环扫描的工作方式，cpu连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。cpu对用户程序的执行过程是cpu的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一个扫描周期主要可分为：

（1）读输入阶段。每次扫描周期的开始，先读取输入点的当前值，然后写到输入映像寄存器区域。在之后的用户程序执行的过程中，cpu访问输入映像寄存器区域，而并非读取输入端口的状态，输入信号的变化并不会影响到输入映像寄存器的状态，通常要求输入信号有足够的脉冲宽度，才能被响应。

（2）执行程序阶段。用户程序执行阶段，plc按照梯形图的顺序，自左而右，自上而下的逐行扫描，在这一阶段cpu从用户程序的条指令开始执行直到后一条指令结束，程序运行结果放入输出映像寄存器区域。在此阶段，允许对数字量i/o指令和不设置数字滤波的模拟量i/o指令进行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。

（3）处理通信请求阶段。这是扫描周期的信息处理阶段，cpu处理从通信端口接收到的信息。

（4）执行cpu自诊断测试阶段。在此阶段，cpu检查其硬件、用户程序存储器和所有i/o模块的状态。

（5）写输出阶段。每个扫描周期的结尾，cpu把存在输出映像寄存器中的数据输出给数字量输出端点（写入输出锁存器中），更新输出状态。然后plc进入下一个循环周期，重新执行输入采样阶段，周而复始。

如果程序中使用了中断，中断事件出现，立即执行中断程序，中断程序可以在扫描周期的任意点被执行。

如果程序中使用了立即i/o指令，可以直接存取i/o点。用立即i/o指令读输入点值时，相应的输入映像寄存器的值未被修改；用立即i/o指令写输出点值时，相应的输出映像寄存器的值被修改。

可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入、plc的运算结果的输出都要通过plc输入、输出端子来进行接线，输入、输出端子的数目之和被称作plc的输入、输出点数，简称i/o点数。

浔之漫智控技术（上海）有限公司

本公司是西门子授权代理商自动化产品，全新，西门子plc,西门子屏，西门子数控，西门子软启动，西门子以太网西门子电机，西门子变频器，西门子直流调速器，西门子电线电缆我公司**供应，德国进口

上海西门子200cn授权经销商

由i/o点数的多少可将plc分成小型、中型和大型。

小型plc的i/o点数小于256点，以开关量控制为主，具有体积小、价格低的优点。可用于开关量的控制、定时/计数的控制、顺序控制及少量模拟量的控制场合，代替继电器-接触器控制，在单机或小规模生产过程中使用。

中型plc的i/o点数在256～1024之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂系统的逻辑控制和闭环过程的控制。

大型plc的i/o点数在1024点以上。用于大规模过程控制、集散式控制和工厂自动化网络。

（2）按结构形式分类

plc可分为整体式结构和模块式结构两大类。

整体式是将存储器部件等组成部分集中于一体安装在印刷电路板上plccpu、、i/o，，并连同电源一起装在一个机壳内，形成一个整体，通常称为主机或基本单元。整体式结构的plc具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点。一般小型或超小型plc多采用这种结构。