文献综述
题目：可编程控制器文献综述姓名：华秀浩
学校：苏州大学应用技术学院班级：09电气工程及自动化学号：0916403015
指导老师：唐维俊
一序
可编程序控制器技术取得了令人瞩目的成就，成为当今自动化领域中高速发展不断创新的一门学科。随着技术的日益成熟，可编程控制器已逐步发张发展成为以微处理器技术为核心，，集计算机技术，自动化控制技术及通信技术于一体的工业控制装置。与网络技术及组态软件的配合，可编程控制器的应用如虎添翼。
可编程序控制器在工业领域的应用十分广泛，既有单片机作为继电器逻辑电路替代品，又有作为现场控制的部件，又可以作为控制设备的核心部件。随着自动化程度的提高，它既可以作为现场控制的部件，又可以作为现场更高一级管理的控制部件。随着网络技术的发展，作为成熟技术，可编程控制器已被广泛应用到机械，冶金，化工，石化，水泥，食品饮料，制药等各个领域，极大地提高了劳动生产率和自动化程度。
三菱，西门子是中国多个业务领域的领先工业解决方案供应商，在制造业自动化，流程工业自动化，运动控制，驱动，低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新，可靠，高效，和优质的产品。并全面提供系统的解决方案和服务。产品涵盖范围广，在信息与通信，自动化控制，电力，交通，医疗，照明等各个行业领域处于领先优势。
三菱，西门子控制技术，能够不断融入新技术，新方法，推陈出新。其中西门子控制技术进一步在e-制造和e-控制技术方面进行新的突破，新产品不断涌现，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制与应用。
二 PLC的发展史
在20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，，这样，继电器控制装置就需要经常的重新设计和安装，十分费时，费工和费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，要求编程方便，现场可修改程序，维修方便，采用模块化结构等。1969年美国数字公司研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上使用，获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在美国其他工业领域推广应用，不久便成功地应用于食品，饮料等工业领域。这一新型工业控制装置的出现，也受到其他国家的高度重视。1971年日本从美国引进这项新技术，很快研制出日本第一台PLC。1973年西欧国家也研制出第一台PLC。我国从1974年开始研制，于1977年开始进入工业应用。
进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的PLC得到了惊人的发展，使得PLC在设计，性能，价格以及应用方面都有了新的突破，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络，数据处理以及图像显示的发展，还包括方便的调试和测试工具，仿真工具等，已经使PLC普遍用于控制复杂的连续生产过程。目前，可编程序控制器已成为工厂自动化的三大支柱之一。
1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储库，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向客户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于系统组成一个整体，易于扩充功能的原则设计。
三 PLC的主要特点
PLC之所以应用如此广泛，与它优越的性能是分不开的。
1.可靠性高，抗干扰能力强
在传统的继电器控制系统中，使用了大量的中间继电器等，由于器件的老化脱落，触电的抖动，接触不良等现象，大大降低了系统的可靠性。而在PLC控制系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路完成的，因触点接触不良等原因造成的故障大为减少。
另外，PLC在硬件和软件方面还采取了以下强有力的措施，来提高其可靠性。
硬件方面，对所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；各模块均采用光电屏蔽措施，以防止辐射干扰；
采用性能优良的开关电源并对供电系统和各输入电路均采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰；对所选用的器件进行严格的筛选；多采用模块结构，一旦某一模块有故障，可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间。
软件方面，PLC具有良好的自诊断能力，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大；PLC设置了监视定时器，如果程序循环的执行时间超过了规定值，则表明程序已进入了死循环，可以立即报警。
对于大型的PLC系统，还可以采用由双CPU构成冗余系统或由三CPU构成表决系统，使系统的执行可靠性更进一步提高。
2.丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或电位，强电或弱电等信号，都能选择到相应的I/O模块与之匹配。对于工业现场的器件或设备，如：按钮，行程开关，接近开关，传感器及变送器，电磁线圈，控制阀等设备都能选择相应的I/O模块与之相连接。
另外为了提高PLC的操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业控制网络，还配备了多种通信联网的接口模块等等。
3.采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU,电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4.编程简单易学，系统的设计，调试周期短
PLC的编程大多数采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。另外，由于PLC是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里设计和修改程序，还可以在实验室方便地进行系统的模拟及运行调试，使现场的工作量大为减少。
5.安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
PLC的故障率很低，且具有完善的自诊断和显示功能。当PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC各模块上的运行和故障指示装置或编程软件提供的信息，方便地查出故障的原因。由于采用模块化结构，因此一旦发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的。具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程序控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编程。
四PLC的工作原理
1 扫描工作方式
PLC有两种基本的工作模式，即运行（RUN）模式与停止（STOP）模式。在运行模式，PLC通过反复执行用户程序来实现控制功能。为了使PLC得输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP模式。
STOP
扫描过程
2 扫描周期
PLC在Run工作模式时，执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值约为1~100ms。扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。有的编程软件或编程器可以提供扫描周期的当前值，有的还可以提供扫描周期的最大值和最小值。
3 输入/输出之后时间
输入/输出之后时间又称系统响应时间，又指PLC的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的之后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间这三部分组成。
输入模块的RC滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可能达两三个扫描周期。
PLC总的响应延迟时间一般只有几十毫秒，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC 或采取其他措施。
五PLC的主要应用
PLC的应用领域包括：专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业及相关产业等等。
总之，PLC应用面广，功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的应用。
六两大典型的可编程控制器
（1）西门子PLC：西门子PLC功能强大，系统稳定，性能质量好，市场占有率最高。个人感觉到主要基于西门子结构化的可编程方式，开放性好，支持多种通信协议。另外西门子适用多种人机界面和监控组态软件利于多厂家设备的通讯与集成，西门子做了很多功能块，减少了设计人员的负担。欧姆龙功能小一些，适用于小系统，编程也挺方便，价格稍低，但没有西门子稳定。
（2）三菱PLC：三菱PLC和西门子PLC主要是变成理念不同，三菱是日系品牌，编程直观易懂，学习起来比较轻松，而西门子是德国品牌，指令比较抽象，学习难度较大，但指令较少，而三菱的指令较多，所以学习三菱和学习西门子的周期是一样的；三菱的优势在于离散控制和运动控制，三菱的指令丰富，有专用的定位指令，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，而西门子在这块就较弱，没有专用的指令，做伺服或步进定位控制不是不能实现，而是程序复杂，控制精度不高。过程控制与通信控制是西门子的强项，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，三菱在这块功能较弱。所以针对不同的设备不同的控制方式，我们要合理的选用PLC，用其长处，避其短处。例如某设备只是些动作控制，如机械手，可选择三菱的PLC，某设备有伺服或步进要要进行定位控制，也选三菱的PLC；像中央空调，污水处理，温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC比较合适，某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集，选用西门子的好控制。学习选择某种品牌，要结合实际情况，看是否要针对各行业，小企业，日资企业，台资企业三菱的比较广泛；大企业和北方是西门子用的较多。
七可编程控制器的发展方向
展望未来，PLC会有更大的发展。具体体现在以下几个方面：
（1）PLC技术将向开放式控制系统转移开放式通信网络技术的发展，将PLC融入更加开放的工业控制行业。现在工业现场安装有大量的PLC控制设备，同时联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业PC的工程控制软件。控制软
件提供了事实上无限的梯形图逻辑控制步序，同时允许有超过百万字的数据表；许多OI/SCADA应用接口；内藏Java引擎和FTP服务器用于远程维修与管理；支持用户自己编写的C、C++、Java程序和设备驱动程序；适用于嵌入式Web服务器用；程序设计的在线运行模式；坚固的I/O模块支持能力和许多其他标准PLC功能；可以运行所输入的，或者经过转换的A-B公司的PLC-5、PLC-2/PLC、PLC-3和SLC-500程序。
（2）Ethernet的扩展与进一步容纳Web技术。当前，在所有过程控制领域，最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。企业正在计划将其所有的自动化控制设备逐步连接到企业范围内的信息系统中去。对于工业用户来说，也许他们已经注意到有关Ethernet for Control系列控制解决方案，该技术更加依赖于Ethernet和Internet。几乎所有PLC供应商在其部分系列化产品中均提供了Ethernet连接特性，而且有些公司已经确定将Web服务器彻底嵌入到他们的设备内部，以便充分展现PLC的性能特点。利用PLC的Web连接特性工业用户不但可以从任何地方监控控制系统的运行状况，而且还可以像利用系统手册一样获取所需要的任何数据信息。当系统连接到Internet，就必须为此设置安全的信息，为了防止黑客进入到控制系统中去，还必须安装一套安全性能较好的防护墙软件。PLC供应商在其产品的开发过程中仍然继续不断改进和提高通信技能，其开发方向主要面向于Ethernet技术和基于Web技术。
参考文献
【1】柴瑞娟陈海霞. PLC编程技术及工程应用
【2】廖常初. FX系列PLC编程及应用