吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书
第2章 PLC概述
可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller，简称PLC。国际电工委员会(IRC)对PLC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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC把控制技术、计算机技术、通信技术集成于一体、功能强大，可靠性高，编程简单，使用方便，维护容易，应用广泛，是当代工业生产自动化的四大支柱之一。
2.1 PLC的发展史及发展趋势
PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求、促进了它们的发展。从PLC的控制功能来分，PLC的发展经历了这四个阶段：
第一阶段，从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，是PLC的初创阶段。该时期的PLC产品主要用于逻辑运算、定时和计数，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能比较简单。
第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，是PLC的实用化发展阶段。该时期的PLC产品的主要控制功能得到了较大的发展。随着多种8位处理器的相继问世，PLC技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环调节功能，提高了运算速度，扩大了输入/输出规模。 第三阶段，从20世纪70年代末期到80年代中期，是PLC通信功能的实现阶段。与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大发展，初步形成了分布式的通信网络体系。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。
第四阶段，从20世纪80年代中期开始，是PLC的开放阶段。主要表现为通信系统的开放，使各个厂家的产品可以互相通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型产品多有CRT屏幕显示功能，产品的扩展也因为通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等。
PLC诞生至今，虽然只有30多年历史，但其发展势头迅猛。平均3到5年更新换代一次。今后，PLC的发展可归纳为以下几个方面：
1.小型化、专用化、低成本。随着微电子技术的发展，新型器件被大幅度地提高功能和降低价格。PLC功能不断加强，结构更为紧凑、小巧。由于主要部件成本不断下降，也大幅度降低了PLC的成本。
2.系列化、标准化、模块化。为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织不断为PLC的发展制定一些新的标准。模块式结构使系统的构成更加灵活、方便。功能明确化，专用化的复杂功能由专门模块来完成。
3.高速化、大容量化和高性能化。大型PLC采用多处理器系统，如有的采用了32位微处理器，
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可同时进行多任务操作，处理速度提高，存储容量大大增加。PLC的功能进一步加强，以适应各种控制需要，使计算、处理功能进一步完善，特别是增强了过程控制和数据处理功能。
4.网络化。计算机与PLC之间，以及各个PLC之间的连网和通信能力的不断增强，使工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统可靠性和灵活性，使网络的应用有普遍化的趋势。
2.2 PLC的功能及应用
随着计算机技术、工业控制技术、电子技术和通信技术的发展，PLC已从小规模的单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域，能组成工厂自动化的PLC综合控制系统。现在的PLC一般具有如下主要功能：
1.开关量逻辑控制功能：这是PLC的最基本功能之一。逻辑控制功能实际上就是位处理功能，它用PLC的与、或、非指令代替继电器触点串联、并联和其他逻辑连接，实现开关控制、逻辑控制和顺序控制。
2.定时/计数控制功能：定时/计数控制功能是指利用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。
3.数据处理功能：数据处理功能是指PLC能进行数据传送、数据比较、数据移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。
4.监控、故障诊断功能：PLC设置了较强的监控、故障诊断功能。利用编程器或监视器，操作人员可以监视PLC各个部分的运行状态和进程；也可以在线调整和修改控制程序中的定时器、计数器的设定值或强制设置I/O的状态。PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性进行自诊断，发现异常情况，发出警报并显示错误类型，如遇严重错误，则自动终止运行。
5.步进控制功能：步进控制功能是用步进指令来实现有多道加工工序的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。
6.A/D、D/A转换功能：有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。
7.停电记忆功能：PLC内部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件，以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。
8.远程I/O功能：远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接。进行远程控制，接受输入信号、传出输出信号。
9通信连网功能：新一代的PLC具有通信功能。PLC的通信包括PLC相互之间、PLC与上位计算机间的通信，PLC与其他智能设备间的通信。
10.扩展功能：扩展功能是指通过连接I/O扩展单元来增加I/O点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。
PLC的工作过程一般可分为3个主要阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。如图2-2-3所示。
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图2-1 PLC的工作过程
（1）输入采样阶段。PLC以扫描工作方式，按顺序将所有信号读入到寄存输入状态的输入映像区中存储，这一过程称为采样。在整个工作周期内，这个采样结果的内容不会改变，而且这个采样结果将在PLC执行时被使用。
（2）程序执行阶段。PLC按顺序进行扫描，及从上到下、从左到右地扫描每条指令并分别从输入映像区和输出映像区中获得所需地数据进行运算、处理，再将程序执行结果写入寄存执行结果的输出映像区中保存。这个结果在程序执行期间可能发生变化，但在整个程序未执行完毕之前不会到输出端口。
（3）输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将输出映像区中的内容送到寄存输出状态的输出锁存器，再去驱动用户设备。
PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC在一个工作周期中输入采样和输出刷新的时间一般为毫秒级，而程序执行时间因程序的长度不同而不同。 PLC投入运行后，重复完成以上3个阶段工作，即采用循环扫描工作过程。PLC工作主要特点是输入/输出采样、程序执行、输出刷新的“串行”工作方式，这样既可以避免继电器、接触器控制系统中的触电竞争和时序混乱，又可提高PLC的运算速度。这是PLC系统可靠性高、响应快的原因，但是也导致对输入在时间上的滞后。
2.3 PLC的分类和特点
PLC种类很多，其功能、内存容量、控制规模、外形等方面存在较大差异，且还没有权威的统
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一分类标准，准确分类也是困难的。按控制规模，根据I/O点数的多少，可将PLC分为微型机（I/O点数小于100点，内存容量为256B-1KB）、小型机（I/O点数约为100-500点，内存容量为1-3.6KB）、中型机（I/O点数约为500-1000点，内存容量为3.6-13KB）、大型机（I/O点数在1000点以上，内存容量为13KB以上）、超大型机（I/O点数可达几千点，甚至几万点，内存容量为13KB以上）。按照结构形式分类可分为整体式和模块式。按功能强弱来分，可大致分为低档机、中档机和高档机三种。
PLC迅速的发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。它较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它具有以下主要特点：可靠性高，抗干扰能力强；编程、操作简易方便、程序修改灵活；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；易于系统的设计、安装、调试和维护；体积小、重量轻、功耗低、响应快。
2.4 可编程控制器的基本结构
图2-2 电梯PLC控制系统的基本结构图
电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2-2所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
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