PLC基本原理：探析可编程控制器

可编程序控制器（PLC）是一种专用的计算机控制器，主要控制继电器、接触器、液压电磁线圈以及电气开关等设备所需的逻辑（AND、OR、NOT等逻辑）运算。PLC可以很容易地接入其他不同电压等级的控制设备。与其他类型的计算机不同的是PLC设计有工业类型的开关，如110V按钮、110V安全限位开关、接近开关和光电开关，这些开关通过一个被称为输入模块的光电隔离型接口与PLC连接。PLC同样含有一个相似的输出模块，该模块通过对低压接触器和电动机起动器线圈的通断电来实现对高压三相电动机的控制。图5-23显示的是电气控制盘上的一个典型的专用控制器。

专用控制器或PLC的计算机部分是一个中央处理单元（CPU），可以在其内存中写入实现各种逻辑功能的程序。PLC中的程序不是用传统的计算机编程语言（如BASIC、Fortran或C++等）编写，它是采用由接触器和线圈符号构成梯形逻辑来说明哪个开关应该控制哪些输出。这些符号看起来很像典型的电气继电器梯形图。在多数系统中，这些程序执行效果可以在计算机屏幕上显示，激活液压电磁阀动作或者控制其他输出通断的开关动作和输出情况可以以动画的形式模拟。动画中包括对图表中输入、输出符号通电时的高亮显示，有些系统则用发光二极管（LED）来表示输入、输出被激活时的状态。这些特征使技术人员能很容易对风力机中的任何电气元件进行故障诊断，从而判定其处于通还是断的状态，或者判定其是否正常工作。PLC的另一个使其在风力机中得到广泛应用的重要特点是它可以在恶劣的条件下工作，不会像一般计算机那样容易死机或重启。

图5-23 用于中型风力机的PLC专用控制器

PLC在风力机控制应用较广的另一个原因是逻辑程序在设计阶段可以轻松编写，然后可将程序存储在一个称为EPROM（可擦写可编程只读存储器）的电子存储模块中。EPROM将程序存储在一个不需要电池的存储芯片中，这样不但可以确保程序不会因为断电而丢失，也使得程序一旦被存储成功便可随时为控制器调用。EPROM的另一个特点是，如果技术人员或工程师没有特殊的EPROM写入器，就不能改变EPROM中的程序。在风力机控制中这是非常重要的，因为它确保了只有具备资格的工程师和技术人员才可以对控制器程序进行修改。一些风力机生产厂家采用商用PLC，而其他的一些厂家则通过修改系统制作出专用型计算机控制器。无论PLC还是专用型计算机控制器，其运行原理都是相似的。(www.xing528.com)

图5-24给出了一个PLC程序的实例。该程序看起来像一个继电器电路图。随着程序规模的扩大，需要添加额外的连线。这样就使得整个图表看起来好像是一个多级梯，因此这种图被称为梯形图，特指梯形逻辑。

图5-24 PLC中控制液压制动器的典型梯形逻辑程序

PLC最早出现于20世纪60年代，主要应用在工厂自动化中。最初的PLC功能是为了代替那时在工业控制电路中大量使用的机电式继电器。早期的工厂自动化中大量采用继电器，使故障排查变得非常困难。继电器的运行非常慢，并且当需要更改控制电路时必须花费昂贵的成本来重新布线。1969年，自动化工业领域设计出了关于可替换继电器的可编程电子控制器的规范。最初的PLC事实上只是一种序列器之类的装置，按照一个精确的次序来执行梯形图中每一条连线的功能。20世纪70年代，PLC逐渐发展到今天的微处理器形式。PLC允许编写程序并将其存储在存储器中，当需要修改控制电路时仅需要修改相应程序，而不必重新布线。这第一次使得采用控制器对系统进行故障排查变得灵活易行，从而使技术人员能很快辨别出各元件的工作状况，并判定其是否出现问题。这个特点使复杂电路的控制和故障诊断变得异常简单。