优路教育带你了解：什么是PLC？

在工业自动化领域，PLC(可编程逻辑控制器)无疑是一项核心技术，它犹如工业生产的“智慧大脑”，广泛应用于各类自动化控制系统中。优路教育作为专注于PLC智能制造培训的专业机构，接下来将为大家深入解读PLC的内涵、组成、工作原理及应用等方面的知识。

一、PLC的定义与起源

定义：PLC即可编程逻辑控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。简单来说，PLC就是一种能够按照预先设定的程序，对工业设备进行自动化控制的智能装置。

起源：PLC起源于20世纪60年代末的美国。当时，汽车制造业的生产工艺不断更新，传统的继电器控制系统由于其接线复杂、灵活性差、维护困难等缺点，难以满足快速变化的生产需求。为解决这一问题，美国通用汽车公司提出了“可编程逻辑控制器”的设想，要求新的控制器能够像计算机一样通过编程来改变控制逻辑，同时又要具备继电器控制系统的简单易懂、操作方便等特点。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上首台PLC，并成功应用于通用汽车公司的生产线上，从此开启了PLC在工业领域广泛应用的新篇章。

二、PLC的基本组成

中央处理单元(CPU)：CPU是PLC的核心部件，类似于人类的大脑，负责执行用户编写的程序，对输入信号进行处理，并根据程序的逻辑产生相应的输出信号。它主要由运算器、控制器和寄存器等组成。运算器负责完成各种算术运算和逻辑运算，控制器则协调和控制PLC各部分的工作，寄存器用于存储运算的中间结果和程序执行过程中的各种状态信息。不同型号的PLC，其CPU的性能有所差异，如运算速度、存储容量等，这决定了PLC能够处理任务的复杂程度。

输入输出模块(I/O模块)

1. 输入模块：输入模块是PLC与外部设备连接的桥梁之一，它的作用是将外部设备的各种信号转换为PLC能够识别和处理的数字信号。外部设备的信号类型多样，包括开关量信号(如按钮、行程开关的状态)和模拟量信号(如温度传感器、压力传感器的测量值)。输入模块通过光电隔离等技术，将外部信号进行隔离和转换，确保信号的准确性和稳定性。例如，当外部按钮按下时，输入模块将按钮的闭合信号转换为数字信号“1”，并传输给CPU。

2. 输出模块：输出模块与输入模块相对应，它的功能是将CPU处理后的控制信号转换为能够驱动外部设备工作的信号。输出模块同样分为开关量输出模块和模拟量输出模块。开关量输出模块用于控制如继电器、接触器、电磁阀等设备的通断，模拟量输出模块则用于控制需要连续调节的设备，如变频器、调节阀等。输出模块通过功率放大等技术，将CPU输出的低电平信号转换为能够驱动外部设备的高电平信号。例如，当CPU发出控制电机启动的信号时，输出模块将该信号转换为合适的电平，驱动接触器动作，从而控制电机启动。

电源模块：电源模块为PLC的各个部件提供稳定的电源。它将外部输入的交流电转换为PLC内部所需的直流电，如5V、12V、24V等，为CPU、I/O模块、存储器等部件供电。电源模块的稳定性对PLC的正常运行至关重要，在一些对稳定性要求较高的工业环境中，还会配备不间断电源(UPS)，以防止因停电等突发情况导致PLC系统故障。

存储器：PLC的存储器用于存储系统程序、用户程序和数据。其中，系统程序存储器存储着PLC制造商编写的系统程序，这些程序负责管理和调度PLC的硬件资源，为用户程序的运行提供环境，一般采用只读存储器(ROM)或可擦除可编程只读存储器(EPROM);用户程序存储器用于存储用户根据实际控制需求编写的程序，通常采用随机存取存储器(RAM)，并配备电池备份，以防止停电时程序丢失;数据存储器用于存储PLC运行过程中产生的各种数据，如输入输出状态、中间运算结果、定时器和计数器的当前值等。

三、PLC的工作原理

循环扫描工作方式：PLC采用循环扫描的工作方式，其工作过程分为三个阶段：输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。

输入采样阶段：在这个阶段，PLC将所有输入端子的状态读入到输入映像寄存器中。输入映像寄存器就像一个“镜子”，反映了外部输入设备在这一时刻的状态。无论外部输入信号在本扫描周期内如何变化，输入映像寄存器中的内容在本周期内都不会改变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才会重新更新。

程序执行阶段：PLC按照用户程序的逻辑顺序，从首条指令开始依次执行，并将执行结果存入输出映像寄存器中。在执行程序时，PLC根据输入映像寄存器中的内容以及程序中的逻辑关系，进行各种运算和判断，然后将运算结果存入输出映像寄存器。例如，在一个简单的电机启停控制程序中，PLC会根据输入映像寄存器中启动按钮和停止按钮的状态，按照程序中的逻辑判断是否启动或停止电机，并将结果存入输出映像寄存器。

输出刷新阶段：在程序执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中的状态传送到输出锁存器，进而驱动外部执行设备。此时，外部执行设备的状态才会根据PLC的控制信号发生改变。这种循环扫描的工作方式使得PLC能够实时响应外部信号的变化，确保控制系统的稳定性和可靠性。

逻辑运算与控制：PLC通过对输入信号进行逻辑运算，实现对外部设备的控制。它基于布尔逻辑，通过各种逻辑指令(如与、或、非等)对输入信号进行处理，根据运算结果决定输出信号的状态。例如，在一个温度控制系统中，当温度传感器检测到的温度高于设定值(输入信号1)且加热设备正在运行(输入信号2)时，PLC通过逻辑运算(与运算)，输出停止加热设备运行的信号，从而实现对温度的控制。

四、PLC的应用领域

制造业

汽车制造：在汽车制造工厂，PLC广泛应用于生产线的各个环节。从车身冲压、焊接、涂装到整车装配，PLC控制着每一台设备的运行。例如，在焊接车间，PLC控制着焊接机器人的动作轨迹、焊接电流和时间，确保焊点的质量和一致性。同时，PLC还能协调生产线各部分的运行，实现生产过程的自动化。

电子设备制造：在电子设备制造行业，PLC用于实现生产过程的自动化和高精度控制。例如，在手机主板的贴片生产中，PLC控制贴片机的运动，确保电子元件能够准确无误地贴装在指定位置。此外，PLC还能对生产过程中的质量检测环节进行控制，提高产品的合格率。

能源行业

电力系统：在电力系统中，PLC用于变电站的自动化控制和电网的监测与调度。PLC实时采集电力设备的运行数据，如电压、电流、功率等，并根据预设的逻辑对设备进行控制。例如，当电网出现故障时，PLC能够迅速判断故障位置，并控制相应的断路器跳闸，隔离故障区域，保障电网的安全稳定运行。

石油化工：在石油化工生产过程中，PLC对生产设备和工艺流程进行实时监控和控制。例如，在炼油厂的蒸馏塔控制系统中，PLC根据温度、压力、流量等传感器的数据，控制调节阀的开度，调节物料的流量和温度，确保蒸馏过程的稳定进行。同时，PLC还能对生产过程中的安全参数进行监测，如可燃气体浓度、液位等，一旦超过安全阈值，立即发出报警信号并采取相应的安全措施。

物流仓储行业

自动化立体仓库：在自动化立体仓库中，PLC负责控制堆垛机、输送机等设备的运行，实现货物的自动存储、检索和搬运。PLC根据货物的信息和仓库的存储情况，为货物分配合适的存储位置，并控制堆垛机将货物准确地搬运到指定位置。此外，PLC还能对仓库的库存进行管理，实时更新库存信息。

物流分拣系统：在物流分拣系统中，PLC根据货物的条形码或二维码信息，控制分拣设备将货物准确地分拣到相应的通道。PLC还能对分拣过程进行实时监控，统计分拣数量和错误率，及时调整分拣策略，提高分拣效率和质量。