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摘 要：PLC虽然问世时间不长，但随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展。本文就PLC的起源、发展、定义及特点等进行阐述。
关键词：可编程控制器；PLC；PLC控制系统；
中图分类号：TM32 文献标识码：B 文章编号：1674-3520（2014）-04-00232-01
一、可编程控制器的概述
（一）PLC的起源。PLC虽然问世时间不长，但随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展。
20世纪60年代中期，美国通用汽车公司（GM）为了适应不断更新的生产工艺，提出一种设想：把计算机的通用灵活、功能完善等优点和继电器控制系统的简单易懂、价格低廉、操作方便等优点结合起来。美国数字设备公司（DEC）于1969年研发成功了首台可编程控制器PDP-14，并在汽车自动装配流水线上试用成功。第一代PLC，多数用1位机来开发，存储采用磁芯存储器，只有逻辑控制、定时、计数功能。
（二）PLC的发展。第二代PLC，使用了8位微处理器及半导体存储器，它的产品一步一步地系列化，功能也有一定加强，已经能够实现数字比较、传送、运算等功能。第三代PLC，采用了高性能微处理器及位片式CPU，工作速度得到了大幅度提高，同时它向多功能和联网方向的发展也得到提高了，并具有很强自诊断能力。第四代PLC，不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU，内存容量也变得更大。可以直接运用于一些大规模、复杂的控制系统；编程语言除了可使用原有的梯形图、流程图等外，还增加了高级语言；外设也更加多样化。
（三）PLC的定义及特点。1、可编程控制器。可编程序控制器（Programmable Controller），简称为PC，但是由于个人计算机（Personal Computer）也简称为PC，为了区别，同时由于早期的可编程控制器只是具有逻辑控制功能，因为人们仍习惯称为可编程序控制器为PLC（Programmable logic Controller）。1982年国际电工委员会在颁布可编程序控制器标准草案中所作的定义为：可编程序逻辑控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2、PLC的特点：可靠性高。PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20万h，而且都有很完善的自诊断功能。结构形式更加多样，模块化组合更加灵活。有固定式的机型适于小型系统或机床，组合式的机型适于集控制系统。最小的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。功能强大。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。编程方便。控制具有极大灵活性。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。安装、维修简单。与DCS相比，价格低。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备的外部接线，使控制系统设计及建造的周期大大缩短，同时维护也容易起来。更重要的是它使同一设备通过改变程序来改变生产过程成为可能。
二、PLC控制系统的设计任务
选用西门子S7-200 系列PLC，设计出能对一台三相异步电动机进行正反转控制的繼电接触控制电路来（包括主电路和控制电路，并且包括过载、短路、失压保护）。
本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制 ，其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口X1，停止按钮接PLC的输入口X2，KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y33、Y34
其基本工作原理为：合上QF1、QS， PLC运行。当按下正向按钮，控制程序使Y33有效，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序使Y34有效，继电器KA6线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。 起短路保护作用的是熔断器FU。电路中一旦发生短路事故，熔断器立即熔断，主电路和控制电路都失去电压，电动机马上停转。 起过载保护作用的是热继电器FR。当电动机过载时，它的发热元件发热促使其常闭触头断开，因而接触器线圈断电，主触头断开，电动机停转。为了可靠地保护电动机，常用两个发热元件分别串联在任意两相电源线中。因为，当三相电路中任意一相的熔断器熔断后（这种情况一般不易觉察，因为此时电动机按单相异步电动机运行，但还在转动，只是电流增大了） ，仍保证有一个或两个发热元件在起作用，电动机还可得到保护。起失压和欠压保护作用的是交流接触器KM。所谓失压和欠压保护就是当电源停电或者由于某种原因电源压降低过多（欠压）时，保护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住贴心，因而能断开主触头，切断电源。失压保护的好处是，当电源电压恢复时，如不重新按下启动按钮，电动机就不会自行转动（因自锁触头也是断开的） ，避免了发生事故。如果不是采用继电接触控制，而是直接用闸刀开关进行控制，由于在停电时往往忽视拉开电源开关，电源电压恢复时，电动机就会自行启动，会发事故。欠压保护的好处是，可以保证异步电动机不在电压过低的情况下运行。
三、设计心得
（一）本实验中，继电器KA5、KA6的线圈控制电压为24V DC，其触点5A 220V AC（或5A 30V DC）；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC，其主触点25A 380V AC。
（二）三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否则会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作安全可靠。
（三）本实验中，主控电路的电压为380V DC，注意安全！
关键词：可编程控制器；PLC；PLC控制系统；
中图分类号：TM32 文献标识码：B 文章编号：1674-3520（2014）-04-00232-01
一、可编程控制器的概述
（一）PLC的起源。PLC虽然问世时间不长，但随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展。
20世纪60年代中期，美国通用汽车公司（GM）为了适应不断更新的生产工艺，提出一种设想：把计算机的通用灵活、功能完善等优点和继电器控制系统的简单易懂、价格低廉、操作方便等优点结合起来。美国数字设备公司（DEC）于1969年研发成功了首台可编程控制器PDP-14，并在汽车自动装配流水线上试用成功。第一代PLC，多数用1位机来开发，存储采用磁芯存储器，只有逻辑控制、定时、计数功能。
（二）PLC的发展。第二代PLC，使用了8位微处理器及半导体存储器，它的产品一步一步地系列化，功能也有一定加强，已经能够实现数字比较、传送、运算等功能。第三代PLC，采用了高性能微处理器及位片式CPU，工作速度得到了大幅度提高，同时它向多功能和联网方向的发展也得到提高了，并具有很强自诊断能力。第四代PLC，不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU，内存容量也变得更大。可以直接运用于一些大规模、复杂的控制系统；编程语言除了可使用原有的梯形图、流程图等外，还增加了高级语言；外设也更加多样化。
（三）PLC的定义及特点。1、可编程控制器。可编程序控制器（Programmable Controller），简称为PC，但是由于个人计算机（Personal Computer）也简称为PC，为了区别，同时由于早期的可编程控制器只是具有逻辑控制功能，因为人们仍习惯称为可编程序控制器为PLC（Programmable logic Controller）。1982年国际电工委员会在颁布可编程序控制器标准草案中所作的定义为：可编程序逻辑控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。2、PLC的特点：可靠性高。PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20万h，而且都有很完善的自诊断功能。结构形式更加多样，模块化组合更加灵活。有固定式的机型适于小型系统或机床，组合式的机型适于集控制系统。最小的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。功能强大。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。编程方便。控制具有极大灵活性。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。安装、维修简单。与DCS相比，价格低。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备的外部接线，使控制系统设计及建造的周期大大缩短，同时维护也容易起来。更重要的是它使同一设备通过改变程序来改变生产过程成为可能。
二、PLC控制系统的设计任务
选用西门子S7-200 系列PLC，设计出能对一台三相异步电动机进行正反转控制的繼电接触控制电路来（包括主电路和控制电路，并且包括过载、短路、失压保护）。
本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制 ，其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中：正向按钮接PLC的输入口X0，反向按钮接PLC的输入口X1，停止按钮接PLC的输入口X2，KM5为正向接触器，KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y33、Y34
其基本工作原理为：合上QF1、QS， PLC运行。当按下正向按钮，控制程序使Y33有效，继电器KA5线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM5的线圈得电，主触头闭合，电动机正转；当按下反向按钮，控制程序使Y34有效，继电器KA6线圈得电，其常开触点闭合，接触器KM6的线圈得电，主触头闭合，电动机反转。 起短路保护作用的是熔断器FU。电路中一旦发生短路事故，熔断器立即熔断，主电路和控制电路都失去电压，电动机马上停转。 起过载保护作用的是热继电器FR。当电动机过载时，它的发热元件发热促使其常闭触头断开，因而接触器线圈断电，主触头断开，电动机停转。为了可靠地保护电动机，常用两个发热元件分别串联在任意两相电源线中。因为，当三相电路中任意一相的熔断器熔断后（这种情况一般不易觉察，因为此时电动机按单相异步电动机运行，但还在转动，只是电流增大了） ，仍保证有一个或两个发热元件在起作用，电动机还可得到保护。起失压和欠压保护作用的是交流接触器KM。所谓失压和欠压保护就是当电源停电或者由于某种原因电源压降低过多（欠压）时，保护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失压或欠压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住贴心，因而能断开主触头，切断电源。失压保护的好处是，当电源电压恢复时，如不重新按下启动按钮，电动机就不会自行转动（因自锁触头也是断开的） ，避免了发生事故。如果不是采用继电接触控制，而是直接用闸刀开关进行控制，由于在停电时往往忽视拉开电源开关，电源电压恢复时，电动机就会自行启动，会发事故。欠压保护的好处是，可以保证异步电动机不在电压过低的情况下运行。
三、设计心得
（一）本实验中，继电器KA5、KA6的线圈控制电压为24V DC，其触点5A 220V AC（或5A 30V DC）；接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC，其主触点25A 380V AC。
（二）三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通，否则会造成电源相间瞬时短路。为此，在梯形图中应采用正反转互锁，以保证系统工作安全可靠。
（三）本实验中，主控电路的电压为380V DC，注意安全！