密码锁的PLC系统设计样本.doc

文摘
本文简介了密码锁基本原理以及工作流程，然后以一次解锁过程为例，把解锁过程分为几种程序块，然后分别对程序块进行编程。详细阐明了可编程序控制器在密码锁中作用。程序涉及到了密码锁工作绝大某些过程。运用PLC控制密码锁提高了系统稳定性，保证密码锁可以长期稳定运营。

核心词 密码锁；可编程序控制器；梯形图

随着人们生活水平提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得特别突出，老式机械锁由于其构造简朴，被撬事件屡见不鲜， 同步，机械锁普通配有金属钥匙，带起来太重，万一弄丢了，锁也许也就没用了。电子锁保密性高，密码泄露了，换个密码，锁照样能用；使用灵活性好，万一忘掉密码，可以通过功能键，给顾客提示密码；安全系数高，可以防止不法分子多次试探密码；性价比好，因而，密码锁受到了广大顾客青睐。

出于安全、以便等方面需要，许多智能锁（如指纹辩识、IC卡辩识）已相继问世，但这些产品特点是针对特定指纹或有效卡，只能合用于保密规定高且仅供个别人使用箱、柜、房间等，并且卡片式IC卡尚有易丢失等特点，加上其成本普通比较高，一定限度上限制了此类产品普及和推广。本数字密码锁成本则相对较小。

远古时代，锁最初样式只是用于捆绑物品绳子和绳结，以表达主人对物品占有。在古希腊知名传说里，马其顿国王王子亚历山大侵入阿拉伯半岛，占领了格尔迪奥恩。在都市街道中心有神殿中摆放有一辆古老战车，战车上是知名“格尔迪奥斯绳结”，依照传说解开绳结人就是亚洲统治者。亚历山大都无法解开它。最后，她拔出了宝剑，用亚历山大方式，一剑将绳结砍为两断。

很难说亚历山大方式是不是真正地打开了绳结，但是今天偷车贼们，在面对结实方向盘锁无从下手，干脆用锯子把方向盘锯开，她们会不会想到，她们祖师爷，居然会是烜赫一时亚历山大？

但是锁具发源，却并不是从亚历山大王国开始。世界各国专家们，普遍以为锁具发源中心有两个：一是两河流域及埃及，最后传到希腊、罗马甚至整个西欧，直至英伦三岛，再到美国；另一种中心就是中华人民共和国，北上传入朝鲜，东进传入日本，南下传至越南等地。这一切变化，都发生在人类有了房间和房门后来。

最初限定房门只是粗陋木栓——它逐渐演变成了更为结实金属锁栓，为了能把它们插在锁里固定住，机构中便使用了发条和簧片——这些装置构造位置加以变化，各种制式锁具便诞生了出来，为了打开它们，咱们需要特定钥匙。

初期各种机械锁定装置是基于各种力学原理基本之上创造出来。钥匙功能就是使锁内锁定机构发生相应变动，在开锁(解码)过程中，只有当钥匙编码和锁编码经机构内鉴别确认一致匹配时，才干通过传动机件使锁栓、锁舌动作，释放锁扣，顺利解码。

机械锁具安全性能，依托两条机械原理，一是依托锁内固定障碍物，制止假钥匙进入并旋转，第二则运用一种或各种可移动限位物，安装在锁内，由钥匙决定它与否在之前预定启动位置上，其数量越多，则编码越复杂，安全性能也相应提高。

机械锁里这些原理，已经诞生了上千年，仍被不断地改进着，锁钥机械构造编码发展，直至今天，仍在随着着咱们生活。虽然越来越多电子元器件被用于新锁具，但是机械门锁在设计上一定会继续下去。尽管电子设备成本在今天已经被大大减少，但是随着材料工艺发展，电子锁要完全取代机械锁，还需要相称长时日。 　　
　　电子锁是采用电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置机电一体化锁具，相比老式机械锁具，电子所不使用金属钥匙，保密性、精度均有很大提高。

电子锁创造思路，源自古代创造自动机械，例如古希腊数学家赫伦液压自动门，中华人民共和国古代诸葛亮木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，最广泛用途乃是用在古代墓道地下机关。电子工业诞生，使得以微小电量驱动机械成为也许，于是有了电子锁一日千里跃进。

据关于资料简介，电子锁研究从30年代就开始了，在某些特殊场合早就有所应用。研究这种锁初衷，是提高锁安全性，由于电子锁密钥量（密码量）极大，可以和机械锁配合，避免因钥匙被仿制而浮现问题。在安全性极高前提下，它另一种特点——无需钥匙却被越来越多人所欣赏。由于人们携带钥匙诸多已成为累赘，而电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们烦恼。电子锁种类繁多，从大方面讲也许有数十种，例如数码锁、指纹锁、卡片锁、磁卡锁、生物锁等等。但能谈上上实用某些或者大众化某些还是按键式电子密码锁。这是一种操作方式类似于按键电话机电子锁，通过键盘上数码按键一次输入一组密码，如果密码与内部已商定密码相似，则输出一种电信号，以驱动电磁铁或者小马达将门闩打开，完毕一种开锁过程。进入20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路浮现，电子锁体积缩小，可靠性提高，便宜产品开始浮现。实用性已经具备，可以说已有了冲击机械锁市场条件。　　

1 密码锁简介
1.1 密码锁功能分析
这某些阐述了密码锁各种动作功能和控制规定，给出了完整密码锁操作规程，并简介了密码锁运营系统种所涉及人工操作环节。
1.1.1. 密码锁基本功能
在进行上、下位机程序编写之前，一方面要做工作是拟定密码锁自身所具备功能及在进行某种操作后所具备状态。

在实际生活中，咱们用到密码锁地方诸多，有密码箱。保险柜等等。本文是设计密码锁在自动门上应用，

咱们在门上装上密码按键，也就是从0到9这十个数字。在PLC中它分别表达SB0-SB9这十个按钮，键盘上尚有确认键，密码修改键，尚有个按钮在门中，用门把手来控制与否启动密码锁。它基本控制过程为
1、当输入密码40812453后，再按确认键，门上绿色批示灯亮，表达密码对的，这时将门把手向下扭动，即可打开门。
2、当输入密码错误超过三次时，红灯闪烁，同步发出警报声
3、当再次锁上门时，可依照需要看与否启动密码锁，如果需要，则将把手向上扭动,密码锁启动，否则不启动密码锁
4、如果密码泄露，可启动密码2。密码为198728，启动密码2后。密码1失效，在正常状况下,也可以选取启动密码1或密码2。
5、在密码确认前，如果失误将密码安错，可按修改键，重新输入密码。
密码锁工作流程图如图1所示。

图1 密码锁工作流程图
1.2 PLC选型原则
当某一种控制任务决定由PLC来完毕后，选取PLC就成为最重要事情。一方面要选取多大容量PLC ,另一方面是选取什么公司PLC及外设。

对第一种问题，一方面要对控制任务进行详细分析，把所有I/O点找出来，涉及开关量I/O和模仿量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点类型非常核心，如果她们之中既有交流220V接触器、电磁阀，又有24V批示灯，则最后选用PLC输出点数有也许不不大于实际电数。由于PLC输出点普通是几种一组共用一种公共端，这一组输出只能有一种电源种类和级别。因此一旦它们是交流220V负载负载使用。则直流24V负载只能使用其她输出端了。这样有也许导致输出点挥霍，增长成本。因此要尽量选取相似级别和种类负载，例如使用交流220V批示灯等。普通状况下继电器输出PLC使用最多，但对于规定高速输出状况，就要使用无触点晶体管输出PLC了。

对第二个问题，则有如下几种方面要考虑：
（1）功能方面 所有PLC普通都具备常规功能，但对某些特殊规定，就要懂得所选用PLC与否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活以便通信规定；或对PLC计算速度、顾客程序容量等有特殊规定；或对PLC位置控制有特殊规定等。这就规定顾客对市场上流行PLC品种有一种详细理解，以便做出对的选取。
（2）价格方面 不同厂家PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相称、I/O点数相称PLC价格能相差40%以上。在使用PLC较多状况下，这样差价固然是必要考虑因数。
PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应配套模块也就选定了。

1.3 PLC概述
1.3.1 PLC产生
20世纪代起，人们把各种继电器。定期器。接触器及其触点按一定逻辑关系连接起来构成控制系统，控制各种生产机械，这就是人们所熟悉老式继电接触器控制系统.由于它构造简朴。容易掌握。价格便宜，在一定范畴内能满足控制规定，因而使用面甚广，在工业控制领域中始终占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显缺陷：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成系统，接线复杂，当生产工艺或对象变化时，原有接线和控制盘就要更换，因此通用性和灵活性较差.

20世纪60年代末期，美国汽车制造业竞争激烈，各生产厂家汽车型号不断更新，它必然规定生产线控制系统亦随之变化，以及对整个开展系统重新配备.为抛弃老式继电接触器控制系统束缚，适应白热化市场竞争规定，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出详细规定，归纳起来是：
（1） 编程以便，可现场修改程序
（2） 维修以便，采用插件式构造
（3） 可靠性高于继电器控制装置
（4） 体积不大于继电器控制盘
（5） 数据可直接送入管理计算机
（6） 成本可与继电器控制盘竞争
（7） 输入可以是交流150V以上
（8） 输出为交流115V，容量规定在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等
（9） 扩展时原系统变化最小
（10） 顾客存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程需要）
十项指标核心规定是采用软布线（编程）方式代替继电控制硬接线方式，实现大规模生产线流程控制。
1.3.2 PLC定义
美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计数字式电子系统，它采用了可编程序存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定期、记数和算术运算等功能面向顾客指令，并通过数字式或模仿式输入或输出，控制各种类型机械或生产过程。可遍程序控制器极其有关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一种整体，易于扩展其功能原则而设计。
定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必要具备很强抗干扰能力，广泛适应能力和应用范畴。这也是区别与普通微机控制系统一种重要特性。

定义还强调了PLC是“数字运算操作电子系统”，她也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计”工业计算机。这种工业计算机采用“面向顾客指令”，因而编程以便。它能完毕逻辑运算、顺序运算、定期、记数和算术运算等操作，它还具备“数字量和模仿量输入和输出”能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

1.3.3 PLC发展趋势
PLC总发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。详细体当前如下几种方面。
（1）向小型化、专用化、低成本方向发展
随着微电子技术发展，新型器件大幅度提高功能和减少价格，使PLC构造更为紧凑，相称与一本精装本书大小，操作使用十分以便。PLC功能不断增长，将本来大、中型PLC才有功能某些地移植到小型PLC上。
（2）向大容量、高速度方向发展
大型PLC采用多微解决器系统，有采用了32位微解决器，可同步进行多任务操作，解决速度提高，特别是增强了过程控制和数据解决功能。此外，存储容量大大增长。
（3）智能型I/O模块发展
智能型I/O模块是以微解决器和存储器为基本功能部件，它们CPU与PLC主CPU并行工作，占用主CPU时间很少，有助于提高PLC扫描速度。
（4）基于PC编程软件取代编程器
随着计算机日益普及，越来越多顾客使用基于个人计算机上编程软件。编程软件可以对PLC控制系统硬件组态，即设立硬件构造和参数，例如设立各框架各个插槽上模块型号、模块参数、各串行通行接口参数等。
（5）PLC编程语言原则化
与个人计算机相比，PLC硬件、软件体系构造都是封闭而不是开放。在硬件方面，各厂家CPU模块和I/O模块互不通用。PLC编程语言和指令系统功能和表达式也不一致，因而各厂家可遍程序控制器互不兼容。为理解决这一问题，IEC制定了可遍程序控制器原则。原则中共有5种编程语言，容许编程者在同一程序中使用各种编程语言，这使编程可以选取不同语言来适应特殊工作。
（6）PLC通信易用化
PLC通信联网功能使它能与个人计算机和其她智能控制设备互换数字信息，使系统形成一种统一整体，实现分散控制和集中控制。
（7）组态软件与PLC软件化
个人计算机（PC）价格便宜，有很强数学运算、数据解决、通信和人机交互功能。
（8）PLC与现场总线相结合
现场总线I/O与PLC可以构成功能强大、便宜DCS系统。
（9）开发新型特殊功能模块
I/O组件可以提高PLC智能化、高密集度和增大解决能力。
(10) CPU解决速度进一步加快
当前，PLC解决速度与计算机相比还比较慢，其高CPU也但是80486，将来会全面使用64位RISC芯片，采用多CPU进行解决、分时解决或分任务解决方式，将各种模块智能化，某些系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC解决速度达到纳秒级。

1.3.4 PLC特点
（1）抗干扰能力强，可靠性好
PLC在电子线路、机械构造以及软件构造上都吸取了生产厂家长期积累生产控制经验，重要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善通道保护与信号调理电路；在构造上对耐热、防潮、防尘、抗震等均有周到考虑。详细办法重要有如下几种方面：
1）隔离：这是抗干扰重要办法之一。PLC输入、输出接口电路普通采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离办法，使外部电路与内部电路之间避免了电联系，可有效抑制外部干扰源对于PLC影响，同步防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。
2）滤波：这是抗干扰另一种重要办法。在PLC电源电路和输入/输出电路中设立了各种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。
3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等办法，以减少外界干扰，保护供电质量。此外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间干扰。
4）内部设立了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定期间（预示程序进入了死循环），及时报警，以保证CPU可靠运营。
5）运用系统软件定期进行系统状态、顾客程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复办法。
6）对顾客程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后关于状态或信息不丢失。
7）采用密封、防尘、抗震外壳封装构造，以适应工作现场恶劣环境。
8）以集成电路为基本元件，内部解决过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描工作循环方式，也提高了抗干扰能力。
（2）控制系统构造简朴，通用性强
PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同规定控制系统。
（3）编程以便，易于使用
PLC是面向顾客设备，PLC设计者充分考虑到现场工程技术人员技能和习惯，PLC程序编制，采用梯形图或面向工业控制简朴指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门计算机知识和语言，只要具备一定电工和工艺知识人员都可在短时间内学会。
（4）功能完善
PLC输出/输入功能完善，性能可靠，可以适应与任何形式和性质开关量和模仿量输入/输出。在PLC内部具备许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微解决器，它可以很以便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不但具备逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，并且还具备模仿运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。
（5）设计、施工、调试、周期短
用继电接触器控制完毕一项控制工程，必要一方面按工艺规定画出电气原理图，然后画出继电器屏布置和接线图等，进行安装调试，后来修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式构造，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量详细程序编制工作也可在PLC到货迈进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同步进行。
（6）体积小，维护操作以便
PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC输入/输出系统可以直观反映现场总线信号变化状态，还能通过各种方式直观反映控制系统运营状态。
（7）易于实现网络化
PLC可连成功能很强网络系统。
（8）可实现三电一体化
PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以以便、灵活地组合成各种不同规模和规定控制系统，以适应各种工业控制需要。

1.3.5 PLC重要功能
（1） 条件控制功能
条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC与、或、非指令取代继电器接触串联、并联极其她各种逻辑连接，进行开关控制。
（2） 定期/记数控制功能
定期/记数控制功能指用PLC提供定期器、记数器指令实现对某种操作定期或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。
（3） 数据解决功能
数据解决功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。
（4） 步进控制功能
步进控制功能是指用步进指令来实当前有多道加工工序控制中，只有前一道工序完毕后来，才干进行下一道工序操作控制，以取代由硬件构成步进控制器。
（5） A/D与D/A 转换功能
A/D与D/A 转换功能是指通过A/D、D/A模块完毕模仿量和数字量之间转换。
（6） 运动控制功能
运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。
（7） 过程控制功能
过程控制功能是指通过PLCPID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数闭环控制。
（8） 扩展功能
扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增长输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC控制功能。
（9） 远程I/O功能
远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接受输入信号、传出输出信号。
（10） 通信联网功能
通信联网功能是指通过PLC之间联网、PLC与上位机链接等，实现远程I/O控制或数据互换，以完毕较大规模系统复杂控制。
（11） 监控功能
监控功能是指PLC能监视系统各某些进行状态和进程，对系统中浮现异常状况进行报警和记录，甚至自动终结运营；也可在线调节、修改控制程序中定期器、记数器等设定值或强制I/O状态。

2 PLC概述
2.1 PLC构成
2.1.1 PLC输入
通过对继电器控制特点简介和最初通用汽车公司提出规定分析。PLC要想取代继电器控制，一方面要解决外部设备直接输入问题。由于当时重要集中在开关量控制，也就是开关量（触点开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所辨认，对此就需要解决如下几种问题：有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。PLC就是一种计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于如下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接当前了应用；二是计算机I/O功能，开关逻辑解决不够丰富和强大。当前PLC成功解决了这两个方面问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理连接。计算机内部提供了丰富从位逻辑到双字运算强大运算功能，使其可以完毕复杂控制功能，这也是PLC可以迅速发展因素。
2.1.2 PLC输出
输出问题重要是接点驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式问题。输出动作次数限制，是保证PLC输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样控制执行元器件问题至少要能直接驱动中间继电器。当前PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了各种输出方式且动作次数可保证万次无端障产品。
2.1.3 PLC控制机制
PLC已经完全取代继电器控制系统。只要对其控制机制有了精确理解，才干对其持续开发并创造性使用它。I/O电路已经保证了PLC与现场设备直接连接，并在内部寄存器存储了这些状态。但是，为了取代继电器控制，更重要是如何组织和使用这些开关量，从而达到软件程序代替硬件连线目。在这里通过对继电器控制电路特点简介，已经懂得继电器控制电路特点在于各个控制单元与否动作是由其接点条件控制，并不受其先后位置影响。同一时刻，可有各种不同控制单元继电器动作（翻转），控制成果、逻辑动作顺序也是由接点条件来控制。这于计算机顺序执行工作特点是矛盾。重要体当前：一是乱序，只要条件满足就执行；而另一种是顺序执行。PLC充分运用了计算机存储程序思想和高速特点，采用了控制系统中离散控制方式，使它控制可以完全代替继电器控制。详细说就是将持续控制用离散控制代替，如下式：
Y(n)=f(x(n-1),y(n-1))
式中，Y（n）为某一时间段输出值；
Y（n-1）为上一时间段输出值；
X（n-1）为上一时间段某一时刻输入值；
F为她们应满足控制关系。
即某一时间段输出完全取决于上一时间某一时刻输入和上一时间段输出。
至于上一时间段输出，在参加计算时候，只是存储在映像寄存器中输出成果，执行运算过程中并不修改端子输出值。真实输出已体当前端子接点上，并要保持一种时间段，也就是采用集中输出方式，在计算过程中完全可以使用或修改其映像寄存器中值而不会对先阶段输出产生影响。这样只要时间段足够短，并且PLC周而复始运营着就完全可以模仿继电器控制并且取代它。
由于采用集中I/O思想，其I/O状态存储在寄存器中，可以充分发挥计算机强大逻辑家能力，以完毕更复杂控制功能。
如图1所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能可与控制对象以便连接计算机。其完毕控制实质是按一定算法进行I/O变换，并将这个变换物理实现，应用与工业现场。
（1）输入寄存器
输入寄存器可按为进行寻址，每一为相应一种开关量，其值反映了开关量状态，其值变化由互相如开关量驱动，并保持一种扫描周期。CUP可以读其值，但是不可以写或进行修改。
（2）输出寄存器
输出寄存器每一位都表白了PLC在下一种时间段输出值，而程序循环执行开始时输出寄存器值，表白是上一时间段真实输出值，在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间变换仅仅影响寄存器值。只有程序执行到一种循环尾部时值才影响下一时间段输出，即只有最后修改才对输出接点真实值产生影响。
（3）存储器
存储器分为系统存储器和顾客存储器。系统存储器存储是系统程序，它是由厂家开发固化好了，顾客不能修改，PLC要在系统程序管理下运营。顾客存储器中存储是顾客程序和运营所需要资源，I/O寄存器值作为条件决定着存储器中程序如何被执行，从而完毕复杂控制功能。
（4）CUP单元
CUP单元控制着I/O寄存器读、写时序，以及对存储器单元中程序解释执行工作，是PLC大脑。
（5）其她单元接口
其她单元接口用语提供PLC与其她设备和模块进行连接通信物理条件

图2 PLC构成
2.1.4 PLC定义
最初，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。只能进行计数、定期及开关量逻辑控制。1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器定义是：可编程控制器是一种数学运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术操作等面向拥护指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型机械和生产过程。可编程序控制器及其关于外部设备，都按易于与工业控制系统连成一种整体、易于扩充功能原则设计。
2.1.5 PLC特点
（1）可靠性高。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等各种办法。系统程序和大某些顾客程序都采用EPROM存储，普通PLC平均无端障工作时间可达几万小时以上。
（2）控制功能强。PLC采用CUP普通是具备较强位解决功能为解决机，为了增强其复杂控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双CPU运营方式，使其功能得到极大增强。
（3）编程以便易学。第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与近年来工业现场使用电器控制图非常相似，理解方式也相似，非常适合现场人员学习。
（4）使用于恶劣工作环境。采用封装方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等应用场合。
（5）与外部设备连接以便。采用统一接线方式可坼装活动端子排，提供不同端子功能适合于各种电器规格。
（6）体积小、重量轻、功耗底。
（7）性价比高。
（8）模块化构造，扩展能力强。依照现场需要进行不同功能扩展和组装，一种型号PLC可用于控制从几种I/O点到几百个I/O点控制系统。
（9）维修以便，功能更灵活。程序修改就以意味着功能修改，因而功能变化非常灵活。
2.1.6 PLC性能指标
（1）存储容量
这里专指顾客存储器存储容量，它决定了顾客所编程序长短。大、中、小型PLC存储容量变化范畴普通为2KB~~2MB。
（2）I/O点数
I/O点数，即PLC面板上I/O端子个数。I/O点数越多，外部可以连接I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能重要指标之一。
（3）扫描速度
扫面速度是指PLC执行程序快慢，是一种重要性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制吻合限度。从自动控制观点来看，决定了系统实时性和稳定性。
（4）指令多少
她是衡量PLC能力强弱标志，决定了PLC解决能力、控制能力强弱。限定了计算机发挥运算功能、完毕复杂控制能力。
（5）内部寄存器配备和容量
它直接对顾客编制程序提供支持，对PLC指令执行速度及可完毕功能提供直接支持。
（6）扩展能力
扩展能力涉及I/O点数扩展和PLC功能扩展两方面内容。
（7）特殊功能单元
特殊功能单元种类多，也可以说PLC功能多。典型特殊功能单元有模仿量、模糊控制连网等功能。
2.1.7 PLC分类
不同分类原则会导致不同分类成果，PLC惯用分类方式有如下两种。
按其I/O点数普通分为微型（32点如下）、小型（128点如下）、中型（1024点如下）、大型（2048点如下）、超大型（从2048点以上可达8192点以上）5种。
按构造可分为箱体式、模块式和平板式3种。
2.2 PLC工作原理
2.2.1 循环扫描
CUP持续执行顾客程序、任务循环序列称为扫描。CUP扫描周期涉及读输入、执行程序、解决通讯祈求、执行CUP自诊断测试及写输出等等内容。
PLC可被当作是在系统软件支持下一种扫描设备。她意识周而复始循环扫描并执行由系统软件规定好任务。顾客程序只是扫描周期一种构成某些，顾客程序不运营时，PLC也在扫描，只但是在一种周期中去除了顾客程序和读输入、写输出这几某些内容。典型PLC在一种周期中可以完毕如下5个扫描过程。
（1）自诊断测试扫描过程。为保证设备可靠行，及时放映所浮现故障，PLC都具备自监视功能。
（2）与网络进行通讯扫描过程。普通小型系统没有这一扫描过程，配有网络PLC系统才有通讯扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间通信。
（3）顾客程序扫描过程。机器处在正常运营状态下，每一种扫描周期内都包括该扫描过程。该过程在机器运营中与否执行是可控，即顾客可以通过软件进行设定。顾客程序长短会影响过程所用时间。
（4）读输入、写输出扫描过程。机器在正常运营状态下，每一种扫描周期都包括这个扫描过程。该过程在机器运营中与否被执行是可控。CUP在解决顾客程序时，使用输入值不是直接从输入点读取，运算成果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设立了两个映象寄存器：一种为输入映象寄存器，另一种为输出映象寄存器。顾客程序所用输入值是输入映象寄存器值，运算成果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中，CUP把实际输入点状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中CUP把输出映像寄存器值输出点。
循环扫描有如下特点：
（1）扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和顾客程序与否执行是可控。
（2）输入映像寄存器内容是由设备驱动，在程序执行过程中一种周期内输入映像寄存器值保持不变，CUP采用集中输入控制思想，只能使用输入映像寄存器值来控制程序执行。
（3）对同一种输出单元多次使用、修改顺序会导致不同执行成果。
（4）各个电路和不同扫描阶段会导致输入和输出延迟，这是PLC重要缺陷。
在读输入阶段，CUP对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点状态锁入映象寄存器中。紧接着转入顾客程序执行阶段，CUP按照先左后右、先上后下顺序对每条指令进行扫描，依照输入映象寄存器和输出映象寄存器状态执行顾客程序，同步将执行成果写入输出映象寄存器。在程序执行期间，虽然输入端子状态发生变化，输入状态寄存器内容也不会变化——输入端子状态变化只能在下一种周期输入阶段才被集中读入。
输入/输出采用映象寄存器长处：
（1）集中采用I/O，程序扫描期间输入值固定不变，程序执行完后统一输出。这种集中

图3 PLC信号传递过程
I/O方式保证程序顺序执行与外部电路乱序执行统一，使系统更加稳定可靠。
（2）程序执行时，存取映象寄存器要比读写I/O端点快多，这样可以加快程序执行速度。
（3）I/O点必要按位存取，而映象寄存器可按位、字节、字、双字灵活存取，增长了程序灵活性。
2.2.2 I/O响应时间
由于PLC采用循环扫描工作方式，并且对输入和输出信号只在没个扫描周期固定期间集中输入/输出，因此必然会产生输出信号相对输入信号滞后现象。扫描周期越长，滞后现象越严重。
响应时间有输入延迟、输出延迟和程序执行时间某些决定。
（1）PLC输入电路设立了滤波器，滤波器常数越大，对输入信号延迟作用越强。输入延迟是由硬件决定，有PLC滤波器时间常数可调。
（2）从输出锁存器到输出端子所经历时间称为输出延迟，对于不同输出形式，其值大小不同。它也是由硬件决定，对于不同信号PLC可以通过查表得到。
（3）程序执行时间重要由程序长短来决定，对于一种实际控制程序，编程人员须对此进行现场测算，使PLC响应时间控制在系统容许范畴内。
在最有利状况下，输入状态通过一种扫描周期在输出得到响应时间，称为最小I/O响应时间。在最不利状况下，输入点状态正好错过了输入锁入时刻，导致在下一种输出锁定才干被响应，这就需要两个扫描周期时间，称为最大I/O响应时间。它们是由PLC扫描执行方式决定，与编程办法无关。
2.2.3 PLC中存储器
PLC中存储器按用途分为系统程序存储器、顾客程序存储器以及工作数据存储器。
（1）系统程序存储器中存储是厂家依照其选用PLC指令系统编写系统程序，它决定了PLC功能，顾客不能更改其内容。
（2）顾客程序存储器用来存储依照控制规定而编制顾客应用程序。
（3）用来存储工作数据区域称为工作数据区。
2.3 PLC编程语言
PLC硬件系统中，与PLC编程应用关系最直接要算数据存储器。计算机运营解决是数据，数据存储在存储区中，找到待解决数据一定要懂得数据存储地址。
PLC和其她计算机同样，为了使用以便，数据存储器都作了分区，为了每个存储单元编排了地址，并且经机内系统程序为每个存储单元赋予了不同功能，形成了专用存储元件。这就是前面提到过编程“软”元件。为了理解以便，PLC编程元件用“继电器”命名， 以为它们象继电器同样具备线圈以及触点，并且线圈得电，触点动作。固然这个线圈和触点只是假象，所谓线圈得电但是是存储单元置1，线圈失电，但是就是存储单元置0，也正由于如此，咱们称之为“软”元件。但是这种“软”继电器也有个突出好处，可以以为它们具备无数多对动合动断触点，因而每取用一次它触点，但是是读一次它存储数据而已。
2.3.1 PLC编程构造功能图
任何语言均有编程对象和基本，重要简介梯形图语言和语句表语言，而功能图是理解这两种语言基本。如图3所示为PLC内部构造功能示意图。
输入继电器是由外部输入驱动，梯形图中只能使用其介入点状态值，顾客不能变化输入继电器状态。辅助继电器种类和多少决定了PLC控制功能强弱，相称于工作寄存器多少和功能强弱。
实际PLC中并没有图中物理继电器，用继电器来表达PLC内部功能构造是为了使习惯于继电器控制工程技术人员更好理解PLC功能，更好使用PLC，就像她在设计继电器控制电路同样。
梯形图语言是一种图形化语言，是一种面向控制过程“自然语言”。梯形图编程语言形象、直观、精确描述了逻辑控制关系，容易被广大工程技术人员所掌握。
PLC与被控对象所连接只是I/O条件，而I/O之间组合控制关系需要用软件办法来描述清晰，梯形图是一种描述办法，固然尚有语句等表达其她语言。语言支持取决于厂家开发系统程序只要将其输入PLC顾客程序存储器中，PLC就可以直接解释并实现I/O间控制关系。当控制关系发生变化时，只要修改梯形图程序，重新输入到PLC存储器即可。

图4 PLC内部构造功能示意图
2.3.2 梯形图编程语言
PLC是通过程序对系统进行控制，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用语言。PLC编程语言有各种，如梯形图、语句表、功能图、逻辑方程等。梯形图编程语言是一种图形语言，具备继电器控制电路形象、直观长处；语句表编程语言类似计算机汇编语言，用助记符来表达各种指令功能，是PLC顾客程序基本元素。
普通而言，梯形图程序让PLC仿真来自电源电流通过一系列输入逻辑条件，依照成果决定逻辑输出容许条件。逻辑普通被分解成小容易理解片，这些片普通被称为“梯级”或网络。
程序一次扫描执行一次网络，按照从做到右、从上到下顺序进行。一旦CUP执行到程序结尾，就又从上到下执行程序。在每一种网络中，指令以列为基本被执行，从上而下、从左到右依次执行，直到本网络最后一种线圈列。因而为了充分运用存储器容量，使扫描时间尽量短，运用梯形图编程时应限制触点之间距离，并使网络左上边这某些空白至少。其中，串联触点较多支路要写在上面，并联支路应写在左边，线圈放于触点右边。
如图4所示是用PLC控制梯形图程序，可完毕与继电器控制电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相似功能。
梯形图和继电器控制电路图很相似，这是可以用PLC控制取代继电器控制基本，可以把通过实践证明设计是成功继电器电路图进行转换，从而设计出具备相似功能PLC控制程序，充分发挥PLC功能完善、可靠性高、控制灵活特点。固然，它们还是存在着本质上区别，重要体现如下所述。

图5 梯形图

（1）继电器控制电路中使用继电器是物理元器件，继电器与其她控制电器之间连接必要通过硬件连接线来完毕。PLC中继电器是内部寄存器位，称为“软继电器”，它具备物理继电器相似功能。当它“线圈”通电时，其所属常开触点闭合，常闭触点断开；当它线圈断电时，其所属常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中接线称为“软接线”，这种“软接线”是通过编程来实现，具备更改简朴、调试以便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图，相对来素施工困难、更改费力。
（2）PLC中每一种继电器都相应着一种内部寄存器，由于可以随时不受限地读取其内容，因此，可以以为PLC继电器有无数个常开、常闭触点供顾客使用。PLC梯形图中触点代表是“逻辑”输入条件、外部实际开关、按钮或内部继电器触点条件等。而物理继电器触点个数是有限。
（3）PLC输入继电器是由外部信号驱动，在梯形图中只能用其触点，这在物理继电器中是不也许。线圈普通代表“逻辑”输出成果，如灯、电机启动器、中间继电器、内部输出条件等。
（4）继电器控制系统中是按照触点动作顺序和是延迟逐个动作，动作顺序与电路图编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作，一方面采用输入信号，然后对所有梯形图进行计算，导致了宏观与动作顺序无关，但是微观上在一种时间段上是实际执行顺序与梯形图编写顺序一致而不是无关。
（5）PLC梯形图中两根母线以失去原故意义，它只表达一种梯形起始和终了，并无实际电流通过，假象概念电流只能从左向右流。
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