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PLC 之一 什么是 PLC?, PLC 简史
PLC(即可编程逻辑控制器,Programmable Logic Controller)是用来取代用于电机控制的顺序继电器电路的一 种器件.PLC 通过检查输入的状态来控制它的输出点的闭合与打开.用户输入一段程序(通常是通过软件),PLC 就 给出相应的结果.
PLC 在实际中用的很多.只要有工业的地方，就有 PLC 存在的机会.如果你就在机器制造，包装，物料输送，自 动装配等行业中工作，那么你可能已经在使用它了.如果没有的话，你就是正在浪费金钱和时间.几乎所有需要电气 控制的地方都需要 PLC.例如，我们假设当一个开关闭合时，我们想让一个电磁阀先开启 5 秒钟，然后闭合，而不管 开关处于什么状态.我们用一个简单的外部定时器就可心完成这一动作.但是，如果该过程有 10 个开关和 10 个电磁 阀呢?我们需要 10 个外部定时器.如果在这一应用中也需要对开关的打开次数单独计量呢?我们需要大量的外部计 数器.
可以看出，一个控制过程越复杂，我们就越需要使用 PLC.使用 PLC，我们可以很容易地对它的输入计数，并且 在指定的时刻开启电磁阀.
了解一下 PLC 的发展史，或许对学习有很大的帮助.在上个世纪 60 年代末期,PLC 第一次被提出.设计这样一个 器件的主要目的是为了降低当时使用复杂的继电器控制的电机控制系统的巨额成本.Bedford 联盟(Bedford,MA)向 美国一家大型汽车制造商提议制作模块化数字控制器(MODICON,Modular Digital Controller).当时，其它公司 提出基于计算机的计划，其中一项是基于 PDP-8.MODICON 084 是世界上第一块成为商品的 PLC.
当生产要求变化的时候，对控制系统的要求也在变化.当变化非常频繁的时候，成本是非常高的.因为继电器是 机械元件，它们的寿命都是有限的，这就需要定制一份非常严格的保养计划.当使用的继电器非
常多的时候，故障诊 断也是非常令人头痛的事情.现在想像一下：一块电机控制面板，上面布满了许多，或许是成百成千的独立的继电器. 单其尺寸也要让人考虑半天.这么多的独立元件，其最初的接线是多么的复杂!这些继电器必须按规定用导线接在一 起才能产生要求的输出结果.这样会有问题吗?你打赌：会有!
对保养人员和工厂的工程师来说，这些"新型的控制器"也必须是易于编程的.它们的寿命必须足够长，而且程序 的修改也应该非常容易.它们还必须能够适应恶劣的工厂环境.要求是不是很多!答案是使用大多数人已经熟悉的可 编程技术，并用固态元件(如可控硅)代替机械元件.
上世纪 70 年代中期，占支配地位的 PLC 技术是序列发生器状态机(sequencer state-machines)和基于 CPU 的 位片(bit-slice)技术.AMD 2901 和 2903 在 Modicon 和 A-B PLC 中非常流行.传统的微处理器除了用于最小的 PLC
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以外，缺乏快速处理 PLC 逻辑的能力.随着传统微处理器的发展，越来越大的 PLC 基于微处理器.但时至今日，有些 PLC 仍基于 2903.Modicon 已经开发出比他们的基于 2901 的 984A/B/X 速度更快的 PLC.
PLC 开始具有通信能力，大约是在 1973 年.第一个这样的系统是 Modicon 的 Modbus.从此 PLC 之间可以相互对 话了，也可以离得它们控制的电机远远的.它们也可以发送和接收各种电平，从而进入模拟控制的世界.不幸的是, 缺乏统一的标准和技术的不断改进，使得协议和物理网络均不兼容，从而 PLC 通信变成了一场恶梦.但对 PLC 来说, 仍是伟大的 10 年.
80 年代，人们试图用通用电机(General Motor)的生产自动控制协议(manufacturing automation protocol, MAP)来将 PLC 的通信标准化.当时人们也正在努力减小 PLC 的尺寸，并使得它们可以在个人电脑上用符号编程，而 不再使用专门的编程终端或手持式编程器.今天，世界上最小的 PLC 同一只控制继电器的大小差不多.
90 年代，新协议的产生和 80 年代幸存的一些较流行协议的物理层的现代化逐渐减少.最新的标准(IEC 1131-3) 已经尽量将 PLC 编程语言融合为一个国际标准.现在，我们可以同时使用功能模块图(function block diagrams), 指令表(instruction lists),C 和结构化文本(structured text)来对 PLC 编程.在许多场合,PC 已经取代了 P LC.当初被委托生产 MODICON 084 的那家公司实际已经转型生产基于 PC 的控制系统.
21 世纪将会怎样呢?让时间自己来说吧!
PLC 之二 PLC 的内部结构
PLC 主要包括一片 CPU，存储区和用来接收输入/输出数据的相应电路.实际应用中，我们可以把 PLC 看做一个装 满了成百上千个分立的继电器，计数器，定时器以及数据存储区域的盒子.这些计数器，定时器真的存在吗?不，实 际上它们是不存在的，它们是模拟的，可以把它们看作是软件计数器和定时器.这些内部继电器是通过寄存器内部的 数位位置(bit location)来模拟的.那么各个部分是做什么的呢?
输入继电器(接触器)(INPUT RELAYS )：它们与 PLC 的外围电路相连.它们是实际存在的，并从开关，传 感器等外围元件接收信号.典型的输入不是用继电器，而是用晶体管. 内部应用继电器(接触器)(INTERNAL UTILITY RELAYS-)：它们不从外界接收信号，实际上也不存在.它们 是模拟的继电器，就是它们使得 PLC 取代了外部继电器.有一些专用继电器，仅用来完成某一任务.有些是常开的, 有些是常闭的.有些仅在上电期间开，典型应用是用来初始化存储的数据. 计数器(COUNTERS)：它们也不是实际存在的.它们是模拟的计数器，编程后可以用来对脉冲计数.典型的计 数器可以做加计数，减计数和双向计数.因为它们是模拟的，所以限制了它们的计数速度.有些厂家也在 PLC 中加入 基于硬件的高速计数器.我们可以认为它们是实际存在的.大多数情况下，这些计数器可以做加计数，减计数和双向
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计数. 定时器(TIMERS)：它们也并非实际存在.它们可以有多种变量和增量.最常见的类型是闭合延时型.
另外还 有打开延时型和保持，非保持型.定时器增量从 1ms 到 1s. 输出继电器(线圈)(OUTPUT RELAYS )：它们连接到 PLC 的外围电路.它们是实际存在的，并向电磁线圈, 灯等发出开/关信号.它们可以是晶体管，继电器或者三端双向可控硅开关元件，这取决于 PLC 类型的选择. 数据存储(DATA STORAGE)：典型应用中，可使用寄存器来存储数据.它们通常作为数据处理的临时存储器. 当 PLC 断电时，它们也可用来存储数据.当上电时，它们仍保持与断电前相同的内容.非常方便，也非常有必要!
PLC 之三 PLC 的运行
PLC 的工作就是对一段程序连续扫描.我们可以把这种扫描看成包括三个重要的步骤.虽然肯定不止三个步骤, 但是我们集中精力考虑重要的部分，而不用担心其余的部分.其余部分的典型作用是作系统检查和刷新当前内部计数 器和定时器的值.
步骤 1-检查输入状态：首先,PLC 检查一下每个输入点，看它们是闭合还是打开.换句话说，连接到第一个输 入点的传感器闭合吗?第二个呢?第三个呢?......它将这些数据存入内存，以备在下一步使用. 步骤 2-执行程序：然后,PLC 执行你的程序，每次执行一步.你的程序或许是这样的：如果第一个输入点闭合, 那么闭合第一个输出点.因为程序已从上一步中知道输入的开关状态，所以它能够根据第一个输入点的状态，决定第 一个输出点是否应该闭合.PLC 将执行结果存起来以备下一步使用. 步骤 3-刷新输出结果：最后 PLC 刷新输出点的状态.它刷新的根据是第一步中读取的输入点状态和第二步中程 序执
行的结果.还是举第 2 步中的例子，此时 PLC 应将第一输出点闭合.原因是第一个输入点是闭合的，而且你的程 序要求在这种状态下闭合第一个输出点.
步骤 3 执行完毕,PLC 返回到步骤 1，连续重复以上步骤.一次扫描时间(one scan time)就是 PLC 执行以上所 列的 3 个步骤所需的时间.
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PLC 之四 响应时间(Response Time)
当我们购买 PLC 的时候，其总响应时间是我们必须考虑的一个因素.就像我们的大脑一样,PLC 在 对某种变化做出响应前也要花一定的时间.有些场合下速度并不重要，而有些场合则不然......
如果你在学习本课程的时候抬一下头，你可能发现墙上有幅画.肯定是你的眼睛先看到那幅画，然后你的大脑反 应出"墙上有一幅画".在这个例子中可以把你的眼睛看作传感器.眼睛连接到你的大脑输入电路中.你的大脑输入电 路会花一些时间来认知你看到的东西.(如果你喝了酒，那么这种输入响应时间会变长!)最后，你的大脑认识到眼 睛看到了什么东西，并开始处理这些信息.然后，大脑向你的嘴发送输出信号.你的嘴收到该信号，然后响应它.终 于你的嘴里说出这样的话,"哼，那幅画真难看!".
输入：大脑要接收到来自眼睛的输入信号需要花费一定的时间. 执行：大脑处理来自眼睛的信息需要花费一定的时间.把程序看作：如果眼睛看到难看的图画，然后输出相应的 话到嘴巴. 输出：嘴巴收到来自大脑的信号，最后说出:"哼，那幅画真难看!"
〔输入响应时间〕+〔程序执行时间〕+〔输出响应时间〕=〔总响应时间〕
为何要关心响应时间?
前面我们已经了解了一下什么是响应时间，现在我们来看一下它在实际应用中到底意味着什么.只有当 PLC 扫描 其输入的时候，它才能看到它们的开关状态.换句话说，在扫描输入状态期间它才能看到它的输入状态.
在上图中，输入 1 直到扫描 2 才会被检查到.这是因为当输入 1 变为"ON"时，扫描 1 已经完成了对输入状态的检 查.同样，输入 2 直到扫描 3 才会被检查到.这也是因为当在输入 2 变为"ON"时，扫描 2 已经完成了对输入状态的检 查.而输入 3 不会被检查到.这是因为当扫描 3 检查输入状态时，信号 3 仍为变为"ON"；而在扫描 4 检查输入状态时, 它已经变为"OFF"了.所以信号 3 不会被 PLC 检查到.
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