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可编程序控制器的工作原理

可编程序控制器的工作原理与计算机的工作原理基本一致，它通过执行用户程序来实现控制任务，但是在时间上，可编程序控制器执行的任务是串行的，与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同。

可编程序控制器的工作过程如上所述。可以看到，整个工作过程是以循环扫描的方式进行的。循环扫描方式是指在程序执行过程的周期中，程序对各个过程输入信号进行采样，对采样的信号进行运算和处理，并把运算结果输出到生产过程的执行机构中。在这个执行周期中，有些输入变量可能有变化，而有些输入变量可能没有发生变化，相应地有些输出变量有变化，有些输出变量没有变化。在可编程序控制器中，采用循环扫描的方式不断地对输入和输出变量进行采样和输出，使得变量满足程序条件时及时有相应的输出使执行机构动作。这里，与计算机程序执行过程的区别是，在计算机的工作过程中，如果变量的条件没有满足，程序将等待，直到该条件满足为止。而在可编程序控制器中，程序执行时，如果这一个扫描周期变量的条件未满足，则程序将继续执行下去，到下面的某一个扫描周期，变量的条件满足时，满足条件的运行结果就被执行。采用循环扫描的方式，由于扫描周期的时间很短，只要变量满足条件的时间大于扫描周期，则该变量的满足条件就能被可编程序控制器的程序执行。

可编程序控制器中断处理的原理与计算机中断处理的原理也是基本一致的，上面已经进行了讨论。可以看到，中断的处理过程是在每个任务结束后进行的，在每个任务执行的过程中，可编程序控制器对中断是不响应的，这是与计算机的中断响应有所区别的点。在用户程序的任务执行过程中，可编程序控制器也需要程序块执行完成后才能执行中断子程序，这是与计算机中立即执行中断子程序的方式有所区别的第二点。中断的优先级处理和输出的区别是与计算机中断处理不同的第三点。产生区别的主要原因是由于可编程序控制器采用循环扫描工作方式，在系统软件的编制过程中，对中断处理采用了与计算机不同的处理方法。因此，在应用时要注意它与计算机的不同点，并在编程时加以注意。

可编程序控制器的输入/输出处理也因可编程序控制器采用循环扫描的工作方式而与计算机的处理方式有所区别，即只有在程序扫描到该变量时，才进行采样，而该变量可能在扫描前的某一时刻已经发生了变化。为了及时得到变量的变化信息，缩短扫描周期是可以采取的一个措施，也可以采用智能输入/输出模块，它有独立的微处理器和存储器，与中央处理单元分别进行处理。

1.4 可编程序控制器的国内外状况及发展趋势

1.4.1 可编程序控制器的国内外状况

可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。1.国外可编程序控制器的发展

从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列4个阶段。

阶段从台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时/计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。典型产品有MODICON公司的084、ALLEN-BRADLEY公司的PDQII、DEC公司的PDP-14、日本日立公司的SCY-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），缩写为PLC。

第二阶段从20世纪70年代中期到20世纪70年代末期，是可编程序控制器的扩展阶段，这一阶段产品的主要控制功能得到了较大的发展。例如，扩展了模拟量的运算等功能。它的发展主要来自两方面：从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器，或PLC，后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩写为PC（Programmable Controller），但为了与个人计算机（Personal Computer）的缩写相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC。这一阶段的产品有MODICON公司的184、284、384，西门子公司的SYMATIC S3系列，富士电机公司的SC系列等产品。

第三阶段从20世纪70年代末到20世纪80年代中期，是可编程序控制器通信功能的实现阶段。与计算机通信的发展相联系，可编程序控制器也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系，但是由于制造厂商各自为政，通信系统自成系统，因此各产品的互通是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对可编程序控制器的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的TI530等。

20世纪80年代中期开始是可编程序控制器的开放阶段，即第四阶段。由于开放系统的提出，使可编程序控制器也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放使各制造厂商的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了编程语言等。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S5和S7系列、ALLEN-BRADLEY公司的PLC-5等。2.我国可编程序控制器的发展

1974年，我国开始仿制美国的第二代可编程序控制器产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出台具有实用价值的可编程序控制器，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。由于使用单片1位处理器，因此应用的规模较小，主要的控制方式是开关量控制。

随着我国改革开放政策的贯彻和落实，从1982年开始，先后有天津、厦门、无锡、大连、上海、北京等地的仪表厂、无线电厂和研究所等单位与美国、德国、日本等可编程序控制器的制造厂商进行了合资或引进技术、生产流水线等，使我国可编程序控制器的应用有了较大的发展。一些大中型的工程项目采用可编程序控制器以后取得了明显的经济效益，反过来也促进了可编程序控制器的发展。这一阶段的主要特点是以产品的引进、技术的消化、应用的普及为目标。应用的产品以8位处理器为主，应用的规模在1000点以下。

近年来，为了促进我国可编程序控制器的发展，相关部门组织了工业控制计算机机型的优选工作。由北京机械工业自动化研究所承担测试工作，参照国际上IEC的有关标准，评出了若干个的我国可编程序控制器产品。这些产品在硬件和软件上与国外的产品兼容，从而有广阔的应用前景。