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[摘 要]可编程序控制器（PLC）具有编程简单、功能完善、实用性强、可靠性高、抗干扰能力强、功耗低等特点。目前广泛应用到工业、农业、交通运输及商业等各个领域。文章主要分析了PLC的结构、工作原理、编程语言并简单阐述了 PLC在实际中的一些应用。
[关键词]可编程控制器 原理 应用
中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0256-02
1 PLC简介
可编程序控制器，简称PLC（Programmable Logical Controller）。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
1.1 PLC的基本组成
PLC硬件系统的基本结构如图1：
1.1.1 微处理器（CPU）
微处理器又称中央处理器，是PLC的核心。作用是按照生产厂家预先编制的系统程序接收并存储编程器输入的用户程序和数据，采用扫描工作方式接收现场输入信号，从存储器逐条读取并执行用户程序，根据运算结果实现输出控制。
1.1.2 存储器
存储器用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它信息。PLC使用的存储器有只读存储器ROM、读写存储器RAM和用户固化程序存储器E2PROM。ROM存放PLC制造厂家编写的系统程序，具有开机自检、工作方式选择、信息传递和对用户程序的解释翻译功能。ROM存放的信息是永远留驻的。RAM一般存放用户程序和逻辑变量。用户程序在设计和调试过程中要不断进行读写操作。读出时，RAM中内容保持不变。写入时，新写入的信息将覆盖原来的信息。若PLC失电，RAM存放的内容会丢失。如果有些内容失电后不容许丢失，可以把它放在断电保持的RAM存储单元中。这些存储单元接上备用锂电池供电，具有断电保持能力。如果用户经调试后的程序要长期使用，可以通过PLC将程序写入带有E2PROM芯片的存储卡中，从而长期保存。
1.1.3 输入/输出接口（I/O）
输入部分的作用是把从输入设备来的输入信号送到可编程序控制器。输入设备一般包括各类控制开关（如按钮、行程开关、热继电器触点等）和传感器（如各类数字式或模拟式传感器）等，这些量通过输入接口电路的输入端子与PLC的微处理器CPU相连。CPU处理的是标准电平，因此，接口电路为了把不同的电压或电流信号转变为CPU所能接收的电平，需要有各类接口模块。输出接线端子与控制对象如接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等连接。为了把CPU输出电平转变为控制对象所需的电压或电流信号，需要有输出接口电路。输入输出接口都采用光电隔离电路。输入/输出接口有数字量（开关量）输入/输出单元，模拟量输入/输出单元。
1.1.4 外围设备
PLC的外围设备有手持编程器、便携式图形编程器及通过专用编程软件实现图形编程的个人计算机。它们都通过专用接口与PLC主机相连。
1.1.5 电源
PLC的电源是将交流电压变成CPU、存储器、输入输出接口电路等所需电压的电源部件。该电源部件对供电电源采用了较多的滤波环节，对电网的电压波动具有过压和欠压保护，并采用屏蔽措施防止和消除工业环境中的空间电磁干扰。
1.2 PLC的工作原理
PLC是依靠执行用户程序来实现控制要求的。当PLC进入程序运行状态时，PLC工作于独特的循环扫描工作方式。每一扫描过程主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
1.2.1 输入采样阶段
在每一个扫描周期开始时，PLC顺序读取全部输入端信号，把输入端的通断状态存放于输入映象寄存器中。
1.2.2 程序执行阶段
PLC按梯形图从左向右、从上向下逐条对指令进行扫描，并从输入映象寄存器和内部元件读入其状态，进行逻辑运算。运算的结果送人输出映象寄存器中。每个输出映象寄存器的内容将随着程序扫描过程而作相应变化。但在此阶段中，如输入端子状态发生改变，输入映象寄存器的状态也不会改变（它的新状态会在下一次扫描中才被读入）。
1.2.3 输出刷新阶段
当第二阶段完成之后，输出映象寄存器中各输出点的通断状态将通过输出部分送到输出锁存器，去驱动输出继电器线圈，执行相应的输出动作。
1.3 PLC的编程语言
PLC的控制功能是由程序实现的。目前PLC程序常用的表达方式有：梯形图、语句表和功能块图。其中梯形图是使用得最多的编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：
1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但它们不是真实的物理继电器，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。
2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线。在分析梯形图逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Power flow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。
3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。 4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。
5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。
2 PLC的典型应用
2.1 PLC控制自动开关门
2.1.1 自动开关门控制系统的硬件组成
自动开关门结构如图2：
2.1.2 控制要求
（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
（2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
（4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
2.1.3 I/O分配
输入：维修急停开关K-I0.0；门内光电探测K1-I0.1；门外光电探测K2-I0.2；开门到位限位K3-I0.3；关门到位限位开关K4-I0.4。
输出：开门执行机构KM1-Q0.1；关门执行机构KM 2-Q0.2。
2.1.4 编写梯形图（图2.1为梯形图之一，其余图可依次编写）
2.2 PLC控制交通灯
2.2.1 交通灯设置如图3：
2.2.2 控制要求
（1）接通启动按钮后，信号灯开始工作，南北方向红灯、东西方向绿灯同时亮。
（2）东西绿灯亮20后，闪烁3s后灭，接着东西方向黄灯亮，2s后灭，接着东西方向红灯亮，25s后东西方向绿灯又亮，…，如此不断循环，直至停止工作。
（3）南北方向红灯亮25秒后，南北方向绿灯亮，20s后南北方向绿灯闪烁3s后灭，接着南北方向黄灯亮，2s后南北方向红灯又亮，…，如此不断循环，直至停止工作。
2.2.3 I/O分配
输入：启动开关K1-I0.0； 启动开关K2-I0.2
输出：南北方向红灯HL1、HL2-Q0.0；南北方向黄灯HL3、HL4-Q0.1；南北方向绿灯HL5、HL6-Q0.2；东西方向红灯HL7、HL8-Q0.3；东西方向黄灯HL9、HL10-Q0.4；东西方向绿灯HL11、HL12-Q0.5
2.2.4编写梯形图（图4为梯形图之一，其余图可依次编写）
3 结束语
PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。希望通过本文对PLC原理及其典型应用的阐述，可以使读者得到相应的启示。
参考文献
[1] 陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010.
[2] 阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，2006.
[3] 孙平.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.
[关键词]可编程控制器 原理 应用
中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0256-02
1 PLC简介
可编程序控制器，简称PLC（Programmable Logical Controller）。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
1.1 PLC的基本组成
PLC硬件系统的基本结构如图1：
1.1.1 微处理器（CPU）
微处理器又称中央处理器，是PLC的核心。作用是按照生产厂家预先编制的系统程序接收并存储编程器输入的用户程序和数据，采用扫描工作方式接收现场输入信号，从存储器逐条读取并执行用户程序，根据运算结果实现输出控制。
1.1.2 存储器
存储器用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它信息。PLC使用的存储器有只读存储器ROM、读写存储器RAM和用户固化程序存储器E2PROM。ROM存放PLC制造厂家编写的系统程序，具有开机自检、工作方式选择、信息传递和对用户程序的解释翻译功能。ROM存放的信息是永远留驻的。RAM一般存放用户程序和逻辑变量。用户程序在设计和调试过程中要不断进行读写操作。读出时，RAM中内容保持不变。写入时，新写入的信息将覆盖原来的信息。若PLC失电，RAM存放的内容会丢失。如果有些内容失电后不容许丢失，可以把它放在断电保持的RAM存储单元中。这些存储单元接上备用锂电池供电，具有断电保持能力。如果用户经调试后的程序要长期使用，可以通过PLC将程序写入带有E2PROM芯片的存储卡中，从而长期保存。
1.1.3 输入/输出接口（I/O）
输入部分的作用是把从输入设备来的输入信号送到可编程序控制器。输入设备一般包括各类控制开关（如按钮、行程开关、热继电器触点等）和传感器（如各类数字式或模拟式传感器）等，这些量通过输入接口电路的输入端子与PLC的微处理器CPU相连。CPU处理的是标准电平，因此，接口电路为了把不同的电压或电流信号转变为CPU所能接收的电平，需要有各类接口模块。输出接线端子与控制对象如接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等连接。为了把CPU输出电平转变为控制对象所需的电压或电流信号，需要有输出接口电路。输入输出接口都采用光电隔离电路。输入/输出接口有数字量（开关量）输入/输出单元，模拟量输入/输出单元。
1.1.4 外围设备
PLC的外围设备有手持编程器、便携式图形编程器及通过专用编程软件实现图形编程的个人计算机。它们都通过专用接口与PLC主机相连。
1.1.5 电源
PLC的电源是将交流电压变成CPU、存储器、输入输出接口电路等所需电压的电源部件。该电源部件对供电电源采用了较多的滤波环节，对电网的电压波动具有过压和欠压保护，并采用屏蔽措施防止和消除工业环境中的空间电磁干扰。
1.2 PLC的工作原理
PLC是依靠执行用户程序来实现控制要求的。当PLC进入程序运行状态时，PLC工作于独特的循环扫描工作方式。每一扫描过程主要分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
1.2.1 输入采样阶段
在每一个扫描周期开始时，PLC顺序读取全部输入端信号，把输入端的通断状态存放于输入映象寄存器中。
1.2.2 程序执行阶段
PLC按梯形图从左向右、从上向下逐条对指令进行扫描，并从输入映象寄存器和内部元件读入其状态，进行逻辑运算。运算的结果送人输出映象寄存器中。每个输出映象寄存器的内容将随着程序扫描过程而作相应变化。但在此阶段中，如输入端子状态发生改变，输入映象寄存器的状态也不会改变（它的新状态会在下一次扫描中才被读入）。
1.2.3 输出刷新阶段
当第二阶段完成之后，输出映象寄存器中各输出点的通断状态将通过输出部分送到输出锁存器，去驱动输出继电器线圈，执行相应的输出动作。
1.3 PLC的编程语言
PLC的控制功能是由程序实现的。目前PLC程序常用的表达方式有：梯形图、语句表和功能块图。其中梯形图是使用得最多的编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：
1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但它们不是真实的物理继电器，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。
2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线。在分析梯形图逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Power flow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。
3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。 4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。
5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。
2 PLC的典型应用
2.1 PLC控制自动开关门
2.1.1 自动开关门控制系统的硬件组成
自动开关门结构如图2：
2.1.2 控制要求
（1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。
（2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。
（3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。
（4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。
2.1.3 I/O分配
输入：维修急停开关K-I0.0；门内光电探测K1-I0.1；门外光电探测K2-I0.2；开门到位限位K3-I0.3；关门到位限位开关K4-I0.4。
输出：开门执行机构KM1-Q0.1；关门执行机构KM 2-Q0.2。
2.1.4 编写梯形图（图2.1为梯形图之一，其余图可依次编写）
2.2 PLC控制交通灯
2.2.1 交通灯设置如图3：
2.2.2 控制要求
（1）接通启动按钮后，信号灯开始工作，南北方向红灯、东西方向绿灯同时亮。
（2）东西绿灯亮20后，闪烁3s后灭，接着东西方向黄灯亮，2s后灭，接着东西方向红灯亮，25s后东西方向绿灯又亮，…，如此不断循环，直至停止工作。
（3）南北方向红灯亮25秒后，南北方向绿灯亮，20s后南北方向绿灯闪烁3s后灭，接着南北方向黄灯亮，2s后南北方向红灯又亮，…，如此不断循环，直至停止工作。
2.2.3 I/O分配
输入：启动开关K1-I0.0； 启动开关K2-I0.2
输出：南北方向红灯HL1、HL2-Q0.0；南北方向黄灯HL3、HL4-Q0.1；南北方向绿灯HL5、HL6-Q0.2；东西方向红灯HL7、HL8-Q0.3；东西方向黄灯HL9、HL10-Q0.4；东西方向绿灯HL11、HL12-Q0.5
2.2.4编写梯形图（图4为梯形图之一，其余图可依次编写）
3 结束语
PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。希望通过本文对PLC原理及其典型应用的阐述，可以使读者得到相应的启示。
参考文献
[1] 陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010.
[2] 阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，2006.
[3] 孙平.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.