可编程序控制器（PLC）结构组成_主要类型_应用特点

可编程逻辑控制器（PLC）也称为工业计算机，是工业自动化领域的主要组成部分。由于其坚固的结构、卓越的功能特性（如PID控制器、顺序控制、定时器和计数器）、易于编程、可靠的控制能力和易于使用的硬件。

可编程逻辑控制器不仅仅是工业和工业领域的专用数字计算机，也可以是其它控制系统领域。当今市场上有大量制造商提供的不同类型的PLC，本文将进行简单的介绍。

基本概念

PLC的发明是为了取代传统的控制面板，传统的控制面板的操作依赖于工业控制系统中基于定时器的电磁逻辑继电器。PLC能够连续监控传感器的输入，并根据程序生成输出决策来操作执行器。每个PLC系统至少需要这三个模块：

• CPU模块
• 电源模块
• 一个或多个I/O模块

CPU模块

CPU模块由中央处理器及其存储器组成，处理器负责通过接受输入并产生适当的输出来进行所有必要的计算和数据处理。存储器包括ROM存储器和RAM存储器。ROM存储器包含操作系统、驱动程序和应用程序，而RAM存储器存储用户编写的程序和工作数据。

这些PLC使用保持性存储器在电源中断或故障时保存用户程序和数据，并在电源恢复时恢复用户程序的执行。因此，这些PLC每次都不需要使用键盘或监视器来对处理器进行重新编程。保持性存储器可以通过使用长寿命电池、EEPROM模块和闪存方法来实现。

总线模块

在一些模块化PLC中，总线或机架设置在电路的背板中，所有模块如CPU和其它I/O模块都插入到相应的插槽中。该总线支持CPU和I/O模块之间的通信以发送或接收数据。该通信是通过根据CPU模块沿总线的位置对I/O模块进行寻址来建立的。假设，如果输入模块位于第二个插槽，则地址必须为I2:1.0（第二个插槽第一通道仅作为示例）。一些总线为I/O模块电路提供必要的电源，但它们不为连接到I/O模块的传感器和执行器提供任何电源。

电源模块

这些模块通过将可用的交流电源转换为CPU和I/O模块所需的直流电源来提供整个系统所需的电源。输出5V DC驱动计算机电路，在某些PLC中，总线机架上的 24DC驱动少量传感器和执行器。

I/O模块

PLC的输入和输出模块允许将传感器和执行器连接到系统，以感测或控制实时变量，例如温度、压力流量等。这些 I/O 模块的类型、范围和功能各不相同，有些其中包括以下内容：

• 数字I/O模块：这些模块用于连接数字性质的传感器和执行器，即仅用于开关ON和OFF的目的。这些模块适用于交流和直流电压和电流，具有可变数量的数字输入和输出。
• 模拟I/O模块：用于连接提供模拟电信号的传感器和执行器。在这些模块内部，模数转换器用于将模拟数据转换为处理器可理解的数据，即数字数据。该模块的可用通道数也可以根据应用而变化，
• 通信接口模块：这些是智能I/O模块，用于在CPU和通信网络之间交换信息，它们用于与远程或远距离的其他 PLC 和计算机进行通信。

PLC的类型

可编程逻辑控制器可集成为单个单元或模块化单元，下面分别来介绍下。

集成或紧凑型PLC由单个机箱内的多个模块构建而成。因此，I/O能力是由制造商决定的，而不是由用户决定的。一些集成PLC允许连接额外的I/O，使它们在一定程度上模块化。

模块化PLC由多个组件构建而成，这些组件插入具有可扩展I/O功能的通用机架或总线。它包含插在同一机架中的电源模块、CPU和其它I/O模块，这些模块来自同一制造商或来自其他制造商。这些模块化PLC有不同的尺寸，具有可变的电源、计算能力、I/O连接等。

此外，模块化PLC根据程序存储器大小和I/O功能数量进一步分为小型、中型和大型PLC。

小型PLC是一种小型PLC，设计为紧凑且坚固的单元，安装或放置在要控制的设备旁边。这种类型的PLC用于替代硬连线的继电器逻辑、计数器、定时器等。这种PLC I/O模块的可扩展性仅限于一个或两个模块，并且它使用逻辑指令表或继电器梯形图语言作为编程语言。

中型PLC是工业中使用最多的PLC ，它允许安装在系统背板上的许多插件模块。通过添加额外的I/O卡可提供数百个输入/输出点，除此之外，该PLC还提供通信模块设施。

大型PLC用于需要复杂过程控制功能的地方。这些PLC在内存、编程语言、I/O点数、通讯模块等方面都远远高于中型PLC。这些PLC主要用于监控和数据采集 (SCADA) 系统、大型工厂、分布式控制系统等。

PLC应用

下图显示了用于简单过程控制应用的 PLC操作，其中传送带操作、箱子数量测量和其他控制操作均由PLC执行。在这里，位置传感器和其它传感器输出连接到 PLC的输入模块，并通过输出模块控制电机。当传感器被激活时，PLC的CPU读取输入，并根据程序进行相应处理，并产生输出来操作电机，从而控制输送机。

PLC与SCADA组合的控制结构多用于工业自动化领域以及输配电系统等电力公用系统。可编程顺序开关操作是PLC的另一个主要应用领域。因此，针对特定应用选择PLC需要对不同类型的PLC进行多方面的考虑。PLC的一些常见应用包括：

1. 广泛应用于工厂和生产线，用于自动控制和监测生产过程，如装配线、生产设备、机械臂等。

2. 可以控制各种工业机械，例如压力机、注塑机、车床等，实现自动化操作和生产流程。

3. 在化工、石油、水处理等行业中应用广泛，用于监控和控制各种复杂的生产流程，确保过程的安全和高效运行。

4. 可以用于污水处理设施的控制和监测，包括泵站控制、流量调节、水质检测等。

5. 可用于监测环境参数，如温度、湿度、气压等，并根据预设条件自动调节和控制环境设备。

6. 在楼宇自动化系统中，PLC可以用于控制照明、空调、门窗等设备，实现能源节约和智能控制。

7. 一般可应用于交通灯控制和城市交通流量监控，优化交通流动和提高安全性。

8. PLC在电力传输和配电系统中用于监测和控制，确保电网的稳定和安全运行。

总结

可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专用于工业自动化和控制系统的数字电子设备。它具有高度的可编程性和灵活性，可以根据特定的应用需求编写和修改程序，用于控制各种工业过程和设备。

总的来说，PLC在工业自动化、控制系统和智能化设施中扮演着重要角色，它能够提高生产效率，降低成本，增强安全性，并为各种工业和基础设施提供可靠的控制和监控解决方案。