1 ABOUT PLC
PLC （programmable logic controllers) is the control hubs for a wide variety of automated systems and processes. They contain multiple inputs and outputs that use transistors and other circuitry to simulate switches and relays to control equipment. They are programmable via software interfaced via standard computer interfaces and proprietary languages and network options.
Central Processing Unit (CPU) is the brain of a PLC controller. CPU itself is usually one of the microcontrollers. Aforetime these were 8-bit microcontrollers such as 8051, and now these are 16-and 32-bit microcontrollers. Unspoken rule is that yoursquo;ll find mostly Hitachi and Fujicu microcontrollers in PLC controllers by Japanese makers, Siemens in European controllers, and Motorola microcontrollers in American ones. CPU also takes care of communication, interconnectedness among other parts of PLC controllers, program execution, memory operation, overseeing input and setting up of an output. PLC controllers have complex routines for memory checkup in order to ensure that PLC memory was not damaged (memory checkup is done for safety reasons).Generally speaking, CPU unit makes a great number of check-ups of the PLC controller itself so eventual errors would be discovered early. You can simply look at any PLC controller and see that there are several indicators in the form. of light diodes for error signalization.
System memory (today mostly implemented in FLASH technology) is used by a PLC for a process control system. Aside from this operating system it also contains a user program translated forma ladder diagram to a binary form. FLASH memory contents can be changed only in case where user program is being changed. PLC controllers were used earlier instead of PLASH memory and have had EPROM memory instead of FLASH memory which had to be erased with UV lamp and programmed on programmers. With the use of FLASH technology this process was greatly shortened. Reprogramming a program memory is done through a serial cable in a program for application development.
User memory is divided into blocks having special functions. Some parts of a memory are used for storing input and output status. The real status of an input is stored either as “1”or as “0”in a specific memory bit/ each input or output has one corresponding bit in memory. Other parts of memory are used to store variable contents for variables used in used program. For example, time value, or counter value would be stored in this part of the memory.
PLC controller can be reprogrammed through a computer (usual way), but also through manual programmers (consoles). This practically means that each PLC controller can programmed through a computer if you have the software needed for programming. Todayrsquo;s transmission computers are ideal for reprogramming a PLC controller in factory itself. This is of great importance to industry. Once the system is corrected, it is also important to read the right program into a PLC again. It is also good to check from time to time whether program in a PLC has not changed. This helps to avoid hazardous situations in factory rooms (some automakers have established communication networks which regularly check programs in PLC controllers to ensure execution only of good programs).
Almost every program for programming a PLC controller possesses various useful options such as: forced switching on and off of the system input/outputs (I/O lines), program follow up in real time as well as documenting a diagram. This documenting is necessary to understand and define failures and malfunctions. Programmer can add remarks, names of input or output devices, and comments that can be useful when finding errors, or with system maintenance. Adding comments and remarks enables any technician (and not just a person who developed the system) to understand a ladder diagram right away. Comments and remarks can even quote precisely part numbers if replacements would be needed. This would speed up a repair of any problems that come up due to bad parts. The old way was such that a person who developed a system had protection on the program, so nobody aside from this person could understand how it was done. Correctly documented ladder diagram allows any technician to understand thoroughly how system functions.
Electrical supply is used in bringing electrical energy to central processing unit. Most PLC controllers work either at 24 VDC or 220 VAC. On some PLC controllers you will find electrical supply as a separate module. Those are usually bigger PLC controllers, while small and medium series already contain the supply module. User has to determine how much current to take from I/O module to ensure that electrical supply provides appropriate amount of current. Different types of modules use different amounts of electrical current.
This electrical supply is usually not used to start external input or output. User has to provide separate supplies in starting PLC controller inputs because then you can ensure so called “pure” supply for the PLC controller. With pure supply we mean supply where industrial environment can not affect it damagingly. Some of the smaller PLC controllers supply their inputs with voltage from a small supply source already incorporated into a PLC.
Programmable logic controllers I/O channel specifications include total number of points, number of inputs and outputs, ability to expand, and maximum number of channels. Number of points is the sum of the inputs and the outputs. PLC may be specified by any possible combination of these values. Expandable units may be stacked or linked together to increase total control capacity. Maximum number of channels refers to the maximum total number of input and output channels in an expanded system. PLC system specifications to consider include scan time, number of instructions, data memory, and program memory. Scan time is
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1 PLC介绍
PLC（可编程逻辑控制器）是用于各种自动控制系统和过程的可控网络集线器。他们包含多个输入输出，输入输出是用晶体管和其它电路，模拟开关和继电器来控制设备的。PLC用软件接口，标准计算器接口，专门的语言和网络设备编程。
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
在使用者看来，没必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU的速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
PLC使用系统存储器（现在大部分采用闪存技术了）用于过程控制系统。除了这个操作系统之外，它还包括一个由梯形图翻译成进制形式的用户程序。快擦型存储器（FLASH memory）的内容只有在改变用户程序的时候可以被改变。PLC控制器比快擦型存储器使用得更早，EPROM存储器比快擦型存储器也更早，快擦型存储器必须用紫外线（UV，Ultra-Violet Ray）灯擦除，并在编程器上进行编程。由于快擦型存储器技术的应用，使得这个过程大大缩短了。在应用程序开发中，通过一个串行电缆就可以对程序存储器进行重新编程。
用户存储器被分成具有特殊功能的块。一部分存储器用来存储输入和输出状态。一个输入的实际状态存储状态存储在专用存储器位上，为“1”或者“0”。每一个输入和输出在存储器中都有一个相应的位。另外一部分存储器用来存储用户程序中的变量的内容。例如，定时器值，或者记数器值存放在存储器的这个部分。
PLC控制器可以通过计算机（通常方式）重新编程，但是也可以通过人工编程器9控制台）编程。实际上，这意味着，如果你有编程所需要的软件，早期PLC控制器可以通过计算机进行编程。今天的传输计算机是工厂自己对PLC控制器进行重新编程的理想设备。这对于工业企业来说是非常重要的。一旦系统修改结束，将正确的程序重新读入PLC控制器也是非常重要的。定期检查PLC中的程序是否改变是非常好的事情。这有助于避免车间发生危险情况（一些汽车制造商已经建立了通信网络，可以定期检查PLC中的程序，以保证运行的程序都是正确的）。
几乎用于为PLC控制器编程的程序都拥有各种不同的选项，例如系统输入/输出（I/O线）的强制开关，程序实时跟踪以及图表验证。图表验证对于理解、定义失败和故障非常必要。程序员可以添加标记，输入和输出设备名称，以及对于查找错误或者对于系统维护很有用的注释。添加注释和标记可以使技术人员（不仅仅是开发人员）很快理解梯形图。注释和标记甚至还可以准确地引用零件号，如果需要更换零件的话。这将加快由于损坏零件而引起的任何问题的修理速度。响应的旧方法是，开发系统的人必须保护这个程序，他旁边再没有人知道系统是怎样完成的。正确的、备有证明文件的梯形图使任何技术人员都能彻底理解系统的功能。
电源是为中央处理单元提供电源的。大部分PLC控制器的工作电压为24VDC或者220VAC。在有些PLC控制器上，你可以看见作为独立模块的电源。用户必须确定从I/O模块取出多大电流来保证电源提供适当的电流。不同的模块使用不同的电流量。
该电源一般不用于启动外部输入或输出。用户必须提供独立的电源来启动PLC控制器的输入和输出，因为这样可以保证PLC控制器的所谓“纯电源”。使用纯电源意味着工业环境中的电源不会严重影响它。有些较小的PLC控制器由与PLC控制器集成在一起的小电源为它们的输入提供电压源。
可编程逻辑控制器I/O通道规则包括所有的输入触点和输出触点，扩展能力和最大数量的通道。触点数量是输入点和输出点的总和。PLC可以指定这些值的任何可能的组合。扩展单元可以被堆栈或互相连接来增加总的控制能力。最大数量的通道是在一个扩展系统中输入和输出通道的最大总数量。PLC系统规则包括扫描时间，指令数量，数据存储和程序存储。扫描时间是 PLC需要的用来检测输入输出模块的时间。指令是用于PLC软件（例如数学运算）的标准操作。数据存储是存储数据的能力。程序存储是控制软件的能力。
用于可编程逻辑控制器的输入设备包括DC，AC，中间继电器，热电偶，RTD，频率或脉冲，晶体管和中断信号输入；输出设备包括DC，AC，继电器，中间继电器，频率或脉冲，晶体管，三端双向可控硅开关元件；PLC的编程设备包括控制面板，手柄和计算机。
可编程逻辑控制器用各种软件编程语言来控制。这些语言包括IEC61131-3，顺序执行表（SFC），动作方块图（FBD），梯形图（LD），结构文本（ST），指令序列（IL），继电器梯形图（RIL），流程图，C语言和Basic语言。IEC61131-3编程环境能支持五种语言，用国际标准加以规范，分别为SFC，FBD，LD，ST和IL。这便允许了多卖主兼容性和多种语言编程。SFC是一种图表语言，它提供了编程顺序的配合，就能支持顺序选择和并列选择，二者择其一即可。FBD用一种大的运行库，以图表形式建立了一些复杂的过程。标准数学和逻辑运行可以与用户交流和接口运行相结合。LD是适用于离散控制和互锁逻辑的图表语言。它在离散控制上与FBD是完全兼容的。ST是一种文本语言，用于复杂的数学过程和计算，不太适用于图表语言。IL是与组合编码相似的低级语言。它用在相对比较简单的逻辑指令。继电器梯形图或梯形图是适用于可编程逻辑控制器的重要的编程语言。梯形图编程是设计成继电器逻辑程序的图表表示法。流程图是一种图表语言，用于在一个控制器或应用软件中描述顺序操作，它用于建立有标准组件的可循环使用的运行库。C语言是一种高级编程语言，适用于处理最复杂的计算，连续的数据采集任务。它典型地在PC机上运行调试。BASIC语言是用于处理数据的连续的数字采集和接口运行的高级语言。
可编程逻辑控制器也规范了许多计算机接口设备，网络规则和特色。PLC能源设备和运行环境也是非常重要的。
2 指令
对于简单的编程，继电器型PLC是有效的。随着功能的复杂化，复杂的VonNeaman型PLC就必须被采用。一个VonNeaman计算机一次只能执行一个指令，他们是这样运行的，尽管许多计算机看上去一次在做许多事情。
输入是通过键盘和鼠标得到的。输出被送到屏幕。磁盘和存储器用于输入和输出存储（注意：这些箭头的方向对于设计者是非常重要的，要注意表明信息是流向哪里的。）这个图表可以像图2那样能被重新拟订来阐明输入设备和输出设备的作用。
在这个图表中数据通过输入设备进入左边。（注意：大多数设计图表都是左边输入，右边输出的。）在进入CPU之前，它穿过缓冲电路。CPU通过其他回路输出数据。存储器和磁盘用语存储要输出的数据。如果我们把个人计算机看作一个控制器，它通过在屏幕上输出激励和输入来自鼠标和键盘的响应来控制用户。
PLC也是一个控制过程的计算机。当与应用程序完全结合起来时，类似之处变成：
输入设备—键盘与接近开关相类比。
输入电路—连续输入芯片就像一个直流24V的输入卡。
计 算 机—686CPU就像一个PLC的CPU模块。
输出电路—图形卡就像一个三相开关输出卡。
输出设备—监控器就像指示灯。
存 储 器—PLC的存储器与个人计算机的存储器相似。
用普通个人计算机可以运行PLC，虽然则并不被提倡做。就PLC来说，输入和输出设备设计得更加可靠，更加粗糙，更适合恶劣的制造环境。
3 运行顺序
所有的PLC系统有每秒钟重复多次的四种基本运行阶段。最初被第一次接通时，它会检测它的硬件和软件是否有错误。如果没有错误，它会把所有输入和输入值复制到存储器，这叫输入扫描。只用复制了输入值的存储器，梯形逻辑图将被解决一个，这叫逻辑扫描。在解决梯形图期间，输出值只在临时存储器中被改变。当梯形图扫描完成后，输出将用存储器中临时值修正，这叫做输出扫描。PLC此时将从自我检测开始重新启动这个过程，这个过程很明显地每秒钟重复10到100次。
自我检测—检测是否所有的卡没有错误，把时间继电器复零等。（如果在很小一段时间内没有复零，时间继电器会引起错误，关闭PLC系统。—这会表明梯形图没有被正常扫描。）
输入扫描—从芯片上的输入卡读取输入值，并把输入值复制到存储器，这能使PLC更快速地运行，并且避免从程序开始到结束输入变化。（例如：意外停止）有一些特殊的PLC功能，能直接读取输入值，避免了输入表格。
逻辑处理/扫描—基于存储器的输入表格，程序被一次执行一步，同时输出值也被修正，这是其它节的集中。
输出扫描—输出表格从存储器复制到输出芯片，这些芯片然后驱动输出仪器。
输入输出扫描经常会令初学者感到迷惑，但是他们是很重要的。输入扫描是输入值的快照，并且解决逻辑关系。在一个梯形图扫描期间，如果一个输入在梯形图的多个地方被用到，它就会起变化，潜在问题就可能发生，而输入扫描却避免了这些问题。这个边境效应是如果在一段持续时间内如果一个输入变化太短，它可能在输入扫描之间会减少或者丢失。当PLC最初被启动时，通常的输出会被关闭，这不会影响输入值。
3.1 输入输出扫描
当输入值被扫描到PLC时，自然输入值被复制到存储器。当输出值被扫描到PLC时，他们将从存储器复制到自然输出设备。当梯形图被扫描时，它将用存储器中的值，并不是实际的输入输出值。这样做的主要原因是如果一个程序在多个地方用一个输入值，那么输入值的变化将使其逻辑关系无效。而且，如果随着每块的变化，输出模块也变化，在扫描结束时PLC的运行速度将大大减慢。
3.2 逻辑扫描
梯形逻辑程序图是模仿继电器逻辑图的。在继电器逻辑图中，程序的每个元件将尽可能快地开关。但是在一个程序中，元件只能按固定的顺序一次检测一个。如图4所示，梯形图将按从左到右，从上到下的顺序被解释。在图中，梯形逻辑扫描将从最高层开始。在底层，它将先解释高层输出，然后输出它下面的分支。在第二层，沿着梯形逻辑图移动之前，将先解释分支。
图 4 梯形图逻辑执行顺序
解决梯形逻辑程序时，逻辑扫描顺序会变得非常重要。梯形图输出作为输入，考虑输出应用时，它也变得非常重要。如图5所示，梯形图第一行将检测输入并把输出X置1，得到相同的值。第二行将检测输入B并把输出X置1，得到相反的值。因此，直到梯形图的第二行被扫描时X值才能与A相等。在逻辑扫描期间，输出值只能在存储器中被改变，只有当梯形逻辑扫描完成时，实际的输出才能被修正。因此，在第二行的基础上，输出扫描将修正实际输出值。并且梯形图的第一行将无效。
4 PLC状态显示
在一个PLC中，缺少键盘和其他的输入输出设备是非常值得注意的。在PLC前端通常有一定数量的状态指示灯。通常指示灯表明：
电源启动—只要PLC带电，它将被启动。
程序运行—这将指示是否程序正在运行或是否没有程序正在运行。
错误显示—当PLC有大的硬件或软件错误时，这将有显示。
这些灯通常用于调试。一定数量的按钮也将提供给PLC的硬件。最普通的按钮是一个运行/编程选择开关，当在保持状态时，它将被调到编程；当在生产状态时，它将被调到运行。一个PLC系统几乎没有一个启动关闭开关或复位开关在前面。这需要被设计到系统剩余部分。
PLC的状态也能被梯形逻辑图检测。检测程序是否第一次被执行是非常普遍的。如图6所示。lsquo;first scanrsquo;输入在梯形图被第一次扫描时，将是对的，而在其余的每次扫描时是错误的。这种情况下，PLC—5的lsquo;first scanrsquo;的地址是lsquo;S2：1/14rsquo;。根据例子中的逻辑关系，第一次扫描将封上lsquo;lightrsquo;直到lsquo;clearrsquo;被启动。因此灯将在PLC被启动之后变亮，但在lsquo;clearrsquo;被启动之后，它将关闭并且保持在关闭状态。lsquo;first scan rsquo;模块在lsquo;first passrsquo;模块中被提到。
图6 核验PLC第一次扫描的程序
5 存储器类型
有几种基本的现在经常使用的计算机存储器类型：
RAM（随机存储器）—这种存储器速度很快，但是当没电时，它的内容将被丢失。这是一种不稳定存储器，每个PLC在运行时，都用这种存储器作为中央处理器 。
ROM（只读存储器）—这种存储器是永久性的不可擦除的。它通常用于存放PLC的操作系统。
EPROM（可擦除可编程只读存储器）—这是一种像ROM一样可编程的存储器，但是它能用紫外线光擦除并且可以重新编程。
EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）—这种存储器能像ROM一样存放程序。它能被编程并且用电压擦除，因此它正变得比EPROM更加普遍。
所有的PLC系统都用RAM做CPU，用ROM存储PLC的基本操作系统。当有电时，RAM的内容被保存，但是问题在于当供给存储器的电源失去时会发生什么。原先PLC卖主用带有电池的RAM，这样如果不失电，存储器的内容就不会丢失。这种方法现在仍被使用，但变得不那么受欢迎。EPROMS也是PLC编程的比较好的选择。EPROM在PLC外部编程，然后被放入PLC。当PLC被启动时，在EPROM上的梯形逻辑程序被下载PLC并且运
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