东北电力大学毕业设计论文 第2章 可编程控制器的原理与应用
2.1 可编程控制器概述
可编程控制器的概述可编程控制器是以自动控制技术、微机算计技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。早期的可编程控制器只能进行计数、定时以及对开关量的逻辑控制。因此，它被称为可编程逻辑控制器，简称plc。后来，可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远超过逻辑控制器的范围，于是人们又将其称为Programmable Controller,简称pc。但个人计算机也简称pc，为了避免混淆，可编程控制器仍被称为plc。
2.2 PLC的基本组成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
一、中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能
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CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 二、存储器
存储器可分为三种：
1. 系统程序存储器。系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了plc的功能。系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。
2. 用户程序存储器，根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。不同机型的plc，器用户程序存储器的内容可能差异较大。
3. 工作数据存储器。用来存储工作数据的区域叫作数据区。工作数据数经常变化的、经常存取的，所以这种存储器必须可读写。 三、输入/输出单元
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
常用的I/O分类如下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受
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东北电力大学毕业设计论文 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制 四、电源部件
PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
五、I/O扩展口
当主机上的I/O点数或类型不能满足用户需要时，主机可以通过I/O扩展口链接I/O扩展单元I/O点。没有I/O扩展口的plc是不能进行I/O点扩展口。另外，通过I/O扩展口还可以连接各种单元，扩展plc的功能。
六、外设端口
每台plc都有外设端口。通过外设端口，plc可与外部设备连接。例如，连接编程器以输入，修改用户程序或监控程序的运行；有的plc可与通过外设端口于其他plc、计算机或终端设备pt等链接进行通信，或连成各种网络等；连接打印机以打印用户程序，打印plc运行过程中的状态，打印故障报警的种类和时间等；连接EPROM 写入器，讲调试好的用户程序写入 EPROM ，以免被误改动等；连接外存储器存储用户程序等。
七、编程工具
编程工具是开发应用和检查维护plc以及监控系统运行不可缺少的外部设备，编程工具的主要作用是用来编辑程序、调试程序和监控程序的执行，还可以在线测试plc的内部状态和参数，与plc进行人机对话等。编程工具可以是专业编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用计算机。其中手持编程器是plc生产家提供的配套的编程工具，手持编程器分为简易编程器和图像编程器两种；计算机辅助编程软件是plc与装有编程软件的计算机链接通信时，可进行计算机辅助编程。编程软件的功能很强，它可以编辑、修改用户的程序，监控系统运行，打印文件，采集和分析数据
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2.3 PLC的发展历史
起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14 1971年，日本研制出第一台DCS-8 1973年，德国研制出第一台PLC 1974年，中国研制出第一台PLC
发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备
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2.4 PLC技术发展呈现的新动向
1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。
2.5 PLC的优点
1．实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。
2．范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。
3．高速率 PLC能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M~45Mbps之间。远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的PLC产品正在研制之中。
4．永远在线 PLC属于\即插即用\，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！
5．便捷 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受！
2.6 PLC的工作原理
一. 扫描技术
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、用
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