图解PLC家族的硬件分类、选型和用途适合初学者

可编程序掌握器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下运用而设计。
它采取了可编程序的存储器，用来在其内部存储实行逻辑运算、顺序掌握、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、仿照的输入和输出，掌握各种类型的机器或生产过程。

PLC的分类

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对付PLC，常日根据其构造形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。

1.按构造形式分类

根据PLC的构造形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。

（1）整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，如图所示。
具有构造紧凑、体积小、价格低的特点。
小型PLC一样平常采取这种整体式构造。
整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，而没有CPU。
基本单元和扩展单元之间一样平常用扁平电缆连接。
整体式PLC一样平常还可配备分外功能单元，如仿照量单元、位置掌握单元等，使其功能得以扩展。

（2）模块式PLC

模块式PLC将PLC的各组成部分分别做成多少个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上，如图所示。
这种模块式PLC的特点是配置灵巧，可根据须要选配不同规模的系统，而且装置方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一样平常采取模块式构造。

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC。
叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行连接的，并且各模块可以一层层地叠装。
这样，不但系统可以灵巧配置，还可做得体积小巧。

2.按功能分类

根据PLC的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。

（1）低档PLC

低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量仿照量输入/输出、算术运算、数据传送和比较及通信等功能，紧张用于逻辑掌握、顺序掌握或少量仿照量掌握的单机掌握系统。

（2）中档PLC

中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的仿照量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序及通信联网等功能；有些还可增设中断掌握、PID掌握等功能，适用于繁芜的掌握系统。

（3）高档PLC

高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他分外功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程掌握或构成分布式网络掌握系统，进而实现工厂自动化。

3.按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

（1）小型PLC

小型PLC的I/O点数小于256，具有单CPU及8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下。
例如：三菱FX0S系列。

（2）中型PLC

中型PLC的I/O点数在256～2048，具有双CPU，用户存储器容量为2～8KB。

（3）大型PLC

大型PLC的I/O点数大于2048，具有多CPU及16位或32位处理器，用户存储器容量为8～16KB。

天下上，PLC产品可按地域分成三大流派，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派这天本产品。
美国和欧洲的PLC技能是在相互隔离情形下独立研究开拓的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。
而日本的PLC技能是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继续性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。
美国和欧洲以大中型PLC而有名，而日本则以小型PLC著称。

常见的PLC如表所示。

PLC的功能及运用领域

PLC是综合继电器打仗器掌握的优点及打算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他掌握器所无法比较的特点。

1.PLC的功能

PLC因此微处理器为核心，综合了打算机技能、自动掌握技能和通信技能发展起来的一种通用的工业自动掌握装置，具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计大略、灵巧通用及掩护方便等一系列的优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的运用，成为当代工业掌握的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。
根据PLC的特点，可以将其功能形式归纳为以下几种类型。

（1）开关量逻辑掌握

PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现各种大略和繁芜的逻辑掌握。
这是PLC的最基本也最广泛的运用领域，它取代了传统的继电器打仗器的掌握。

（2）仿照量掌握

PLC中配置有A/D和D/A转换模块。
A/D模块能将现场的温度、压力、流量、速率等仿照量转换变为数字量，再经PLC中的微处理器进行处理（微处理器处理的只能是是数字量），然后进行掌握；或者经D/A模块转换后变成仿照量，然后掌握被控工具，这样就可实现PLC对仿照量的掌握。

（3）过程掌握

当代大中型的PLC一样平常都配备了PID掌握模块，可进行闭环过程掌握。
当掌握过程中某一个变量涌现偏差时，PLC能按照PID算法打算出精确的输出，进而掌握调度生产过程，把变量保持在整定值上。
目前，许多小型PLC也具有PID掌握功能。

（4）定时和计数掌握

PLC具有很强的定时和计数功能，它可以为用户供应几十乃至上百、上千个定时器和计数器。
其计时的韶光和计数值可以由用户在编写用户程序时任意设定，也可以由操作职员在工业现场通过编程器进行设定，进而实现定时和计数的掌握。
如果用户须要对频率较高的旗子暗记进行计数，可以选择高速计数模块。

（5）顺序掌握

在工业掌握中，可采取PLC步进指令编程或用移位寄存器编程来实现顺序掌握。

（6）数据处理

当代的PLC不仅能进行算术运算、数据传送、排序及查表等操作，而且还能进行数据比较、数据转换、数据通信、数据显示和打印等，它具有很强的数据处理能力。

（7）通信和联网

当代PLC大多数都采取了通信、网络技能，有RS-232或RS-485接口，可进行远程I/O掌握。
多台PLC彼此间可以联网、通信，外部器件与一台或多台可编程掌握器的旗子暗记处理单元之间可以实现程序和数据交流，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。

2.PLC的运用领域

目前，PLC在国内外已广泛运用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机器制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，利用情形大致可归纳为如下几类。

（1）开关量的逻辑掌握

这是PLC最基本，也是最广泛的运用领域，它取代了传统的继电器电路，实现逻辑掌握、顺序掌握；既可用于单台设备的掌握，也可用于多机群控及自动化流水线，如注塑机、印刷机、订书机器、组合机床、磨床、包装生产线及电镀流水线等。

（2）仿照量掌握

在工业生产过程当中，有许多连续变革的量，如温度、压力、流量、液位和速率等都是仿照量。
为了使PLC处理仿照量，必须实现仿照量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使PLC用于仿照量掌握。

（3）运动掌握

PLC可以用于圆周运动或直线运动的掌握。
从掌握机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和实行机构，现在一样平常利用专用的运动掌握模块，可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置掌握模块。
天下上各紧张PLC生产厂家的产品险些都具有运动掌握功能，广泛用于各种机器、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程掌握

过程掌握是指对温度、压力、流量等仿照量的闭环掌握，在冶金、化工、热处理、锅炉掌握等场合有非常广泛的运用。
作为工业掌握打算机，PLC能体例各种各样的掌握算法程序，完成闭环掌握。
PID调节是一样平常闭环掌握系统中用得较多的调节方法，大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一样平常是运行专用的PID子程序。

（5）数据处理

当代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表及位操作等功能，可以完成数据的采集、剖析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，进而完成一定的掌握操作；也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一样平常用于大型掌握系统，如无人掌握的柔性制造系统；也可用于过程掌握系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型掌握系统。

（6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。
随着打算机掌握的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC生产厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纭推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
纷纭推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

PLC的基本构造和事情事理

作为一种工业掌握的打算机，PLC和普通打算机有着相似的构造；但是由于利用场合、目的不同，在构造上又有一些差别。

1.PLC的硬件组成

PLC硬件系统的基本构造如下

PLC的主机由CPU、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出单元、外设I/O接口、通信接口及电源组成。
对付整体式PLC，这些部件都在同一个机壳内。
而对付模块式PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。
主机内的各个部分均通过电源总线、掌握总线、地址总线和数据总线连接，根据实际掌握工具的须要配备一定的外部设备，构成不同的PLC掌握系统。
常用的外部设备有编程器、打印机、EPROM写入器等。
PLC可以配置通信模块与上位机及其他的PLC进行通信，构成PLC的分布式掌握系统。

下面分别先容PLC的各组成部分及其浸染，以便用户进一步理解PLC的掌握事理和事情过程。

（1）CPU

CPU是PLC的掌握中枢，PLC在CPU的掌握下井井有条地折衷事情，从而实现对现场的各个设备进行掌握。
CPU由微处理器和掌握器组成，它可以实现逻辑运算和数学运算，折衷掌握系统内部各部分的事情。

掌握器的浸染是掌握全体微处理器的各个部件井井有条的进行事情，它的基本功能便是从内存中读取指令和实行指令。

（2）存储器

PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。
系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修正这部分存储器的内容。
用户存储器用来存放体例的运用程序和事情数据状态。
存放事情数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。

PLC的存储器紧张包括以下几种。

（1）只读存储器

（2）可编程只读存储器

（3）可擦除可编程只读存储器

（4）电可擦除可编程只读存储器

（5）随机存取存储器

（3）输入/输出（I/O）模块

①开关量输入模块

开关量输入设备是各种开关、按钮、传感器等，PLC的输入类型常日可以是直流、互换和交直流。
输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部供应。

②开关量输出模块

输出模块的浸染是将CPU实行用户程序所输出的TTL电平的掌握旗子暗记转化为生产现场所需的，能驱动特定设备的旗子暗记，以驱动实行机构的动作。

（4）编程器

编程器是PLC主要的外部设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的实行过程。
编程器从构造上可分为以下三种类型。

（1）大略单纯编程器

（2）图形编程器

（3）通用打算机编程器

（5）电源

电源单元的浸染是把外部电源（220V的互换电源）转换成内部事情电压。
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，将互换/直流供电电源转化为PLC内部电路须要的事情电源（直流5V、12V、24V），并为外部输入元件（如靠近开关）供应24V直流电源（仅供输入端点利用）。
驱动PLC负载的电源由用户供应。

（6）外设接口

外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的掌握网络。
PLC利用PC/PPI电缆或者MPI卡通过RS-485接口与打算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

2.PLC的软件组成

PLC的软件由系统程序和用户程序组成。

系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与变动。
系统程序一样平常包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序及监控程序等。

PLC的用户程序是用户利用PLC的编程措辞，根据掌握哀求体例的程序。
在PLC的运用中，最主要的是用PLC的编程措辞来编写用户程序，以实现掌握目的。
由于PLC是专门为工业掌握而开拓的装置，其紧张利用者是广大电气技能职员，为了知足他们的传统习气和节制能力，PLC的紧张编程措辞采取比打算机措辞相对大略、易懂、形象的专用措辞。

1.图形式指令构造

2.明确的变量常数

3.简化的程序构造

4.简化运用软件天生过程

5.强化调试手段

PLC的基本事情事理

PLC扫描的事情办法紧张分三个阶段，即输入采样阶段、用户程序实行阶段和输出刷新阶段。
如图所示。

1.输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描办法依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。
输入采样结束后，转入用户程序实行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，纵然输入状态和数据发生变革，I/O映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入的是脉冲旗子暗记，则该脉冲旗子暗记的宽度必须大于一个扫描周期，才能担保在任何情形下，该输入均能被读入。

2.用户程序实行阶段

在用户程序实行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点构成的掌握线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的掌握线路进行逻辑运算；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，或者确定是否要实行该梯形图所规定的分外功能指令。
即在用户程序实行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变革，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革，而且排在上面的梯形图，其程序实行结果会对排不才面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起浸染；相反，排不才面的梯形图，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梯形图起浸染。

3.输出刷新阶段

当用户程序扫描结束后，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。

输入/输出滞后征象

从PLC的事情过程，可以总结如下几个结论。

以扫描的办法实行程序，其输入/输出旗子暗记间的逻辑关系存在着事理上的滞后。
扫描周期越长，滞后就越严重。

扫描周期除了包括输入采样阶段、用户程序实行阶段、输出刷新阶段三个紧张事情阶段所占的韶光外，还包括系统管理操作占用的韶光。
个中，程序实行的韶光与程序的是非及指令操作的繁芜程度有关，其他基本不变。
扫描周期一样平常为毫微秒级。

第n次扫描实行程序时，所依据的输入数据是该次扫描周期中采样阶段的扫描值X依据的输出数据有上一次扫描的输出值Y（n-1），也有本次的输出值Yn；所n送往输出端子的旗子暗记，即是本次实行全部运算后的终极结果Yn。

输入/输出相应滞后不仅与扫描办法有关，还与程序设计安排有关。