管理系统密切结合起来，可向上为 MES 和 ERP 系统准备技术基础，这种趋势会使得举步维艰的 ERP 系统拥有坚实的技术基础，从而带来工业控制的一场变革，实现真正意义上的电子信息化工厂；二是微型可编程序控制器异军突起，体积就如手掌大小，但功能可覆盖单体设备以及整个车间的控制功能，并且具备联网功能，这种微型化的可编程序控制器使得控制系统可将触角延伸到工厂的各个角落。随着世界经济一体化进程的加快，在技术发展的同时，发达国家更加注重了对可编程序控制器的知识产权的保护，国际大型可编程序控制器制造商纷纷加入了可编程序控制器的国际标准化组织，他们利用许多技术标准建立了符合他们经济利益的技术保护壁垒[5][6][7]。
2.2.2 我国可编程序控制器发展中的问题及对策
目前我国的可编程序控制器发展主要面临三大问题。一是技术层面上的，在国际可编程序控制器迅速发展的形势下，我国还没有具有自主的知识产权，也没有能够参与国际竞争的可编程序控制器产品，原因主要在于我国的整个基础工业都还有一定的差距，如芯片制造、模具加工等方面限制了我们的发展。二是竞争层面上的，实际上也是一个经济竞争的问题。现在 95% 的国内市场是由外国的可编程序控制器产品所占领，大、中型可编程序控制器中，几乎全部是由国外几大公司所垄断，随着我国使用可编程序控制器领域的扩大，市场也越来越大，然而国外几家大公司几乎每年都会推出新的产品针对市场，一旦使用了新的产品后，他们就会逐渐的提高产品的市场价格。如果没有我国自己的自主知识产权的产品，我们在经济竞争中就只能处于被动。三是市场秩序层面上的，随着改革开放的不断深入，特别是在加入 WTO 后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司，他们开拓市场的方法大多都是采用大范围建立代理销售渠道，这样每个公司的分销商和系统集成商都会有数十家，甚至上百家，这就造成了我国的分销商、系统集成商之间的激烈竞争，而这些无序的竞争便为国际大公司分而治之、获取稳定的高额利润创造了条件。
那么面对这些问题，我国的可编程序控制器的发展应该采取什么措施呢？ (1) 面对如此大的市场，我国应该集中资金和技术力量，尽快研制出具有属于我国自己的自主知识产权的可编程序控制器的系列产品，就像以前的家电行业一
样。(2)发挥我国科学技术人员在可编程序控制器应用技术的优势，从而扩大可编程序控制器的应用领域。特别是在我国加入 WTO 后，中国成为了“世界制造工厂”的过程正在加速，我国在努力将可编程序控制器应用在国民经济中的同时，还要凭借技术和劳动力优势，将可编程序控制器投资到外商企业中进行应用，并逐步进入国际可编程序控制器的应用市场，让我国的应用技术形成真正的增值服务，从而带动我国相关成套设备和软件产业的发展。(3) 在扩大可编程序控制器应用的同时，要在软件集成化上下功夫。针对不同的工业生产过程，形成具有我国特点的系统集成软件、人机界面软件和系统应用软件，在一些我国领先的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。真正形成具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。
采取上述策略后，我国就能在可编程序控制器的应用上率先实现突破，融入全球一体化经济之中，形成具有自主知识产权的软件产业，进而研制、开发、生产出具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品[8]。
2.3 可编程控制器的基本构成
2.3.1 可编程控制器的硬件组成
PLC种类繁多，但从广义上讲，PLC也属于一种计算机系统，只不过它比计算机具有更强的与工业相连接的I/O接口，更适应于工业环境，但它的实际组成和一般的计算机系统基本相同，由硬件和软件两部分。PLC的硬件结构框图如图2-1所示。
电 源 输入 输入 CPU 输单出 元 输出 设 备 单 元 设 备 编程器 打印机 PLC 通信接口 存储器 扩展接口 扩展单元
图2.1 PLC的硬件结构框图
（1）中央处理器（CPU）
与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它包括微处理器和控制接口电路，起着总指挥的作用。微处理器用来实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，它主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。微处理器通过控制接口电路来实现与各个内部单元之间的可靠的信息交换和最佳的时序配合。CPU主要的任务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的连接与储存；用扫描的方式通过I/O部件接受现场的状态和数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；诊断PLC内部电气的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送，逻辑或算术运算等。 （2）存储器
PLC内部存储器包括有两类；一类是系统程序存储器，另一类是用户程序存储器。
系统存储器主要用来存放系统管理程序、用户指令和标准程序模块与系统调用管理程序并固化在PROM或EPROM中，用户不可访问和修改。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它关系到PLC的性能。
用户存储器又包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）俩部分。用户存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户功能存储器是用来存放用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软原件”。 PLC存储器按类型可分为三种：
① 只读存储器（ROM）：具有非易失性，只允许读不允许写，用来保存命令解释、逻辑运算、系统诊断、功能子程序调用管理、通信以及各种参数的设定等功能的程序，提供PLC运行的平台。
② 随机存取存储器（RAM）：具有易失性，可读可写，工作效率高，用来保存用户根据控制要求编制的应用程序以及运行过程中经常变化、存取的一些数据。 ③ 电可擦除可编程只读存储器（E2PRAM）：具有非易失性，可读可写，用来保存用户程序和需永久保存的数据，以满足掉电重新运行的需要。
（3）输入/输出接口
输入/输出接口是PLC的CPU与用户现场设备相互连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，将开关按钮，传感器等输入信号经过输入单元接口电路转换成CPU能接收和处理的低电压信号，送给中央处理器进行运算。输出接口电路是将CPU送出的弱电流控制信号转换成现场需用的强电流信号输出以驱动被控设备。
为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，输入单元来源滤波、电平转换、信号锁存电路；输出单元也有输出锁存器、显示、电平转换、功率放大电路。 （4）电源单元
PLC配有开关或稳压电源，用来对PLC的内部电路供电。电源单元包括掉电保护电路和后背电池电源，以保持RAM在外部电源断电后存储的内容部丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。PLC通常使用AC220V或DC24V工作电源，小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。 （5）外部设备
PLC的外部设备有四大类，可以实现编程控制，以及存储用户程序和打印数据等。因此，PLC的外部分为编程设备，监控设备，存储设备和输入/输出设备。编程设备是PLC的重要尾部设备，主要是指编程器，用来生成用户程序，并用它来进行编程，检查，修改和监视用户程序的执行情况，一般分为手持式（简易）编程器和图形编程器两类。监控设备中，小的有数据监视器，用来监视数据，大的有图形监视器，用来监视画面。存储设备用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。输入/输出设备用于接收信号或输出信号，便于与PLC进行人机对话。输入设备有条码读入器，输入模拟量和电位器等。输出设备有打印机、显示器。
2.3.2 可编程控制器的软件组成
PLC的硬件系统和软件系统时相辅相成的，它们共同构成PLC的系统，缺
一不可。没有软件的PLC系统成为裸机系统，是没有什么用途的；反之，没有硬件系统，软件系统也就无立足之地。PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它包括系统程序和用户程序。
系统程序包括监控程序、编译程序、标准程序及系统调用等组成。而用户程序是可编程序控制器使用者编制的针对控制问题的程序。
2.4 可编程控制器的工作原理
2.4.1 PLC的扫描工作方式
PLC的控制作用是通过用户程序来实现的，因此PLC是一种存储程序控制器。PLC系统正常工作时要完成的任务有：（1）计算机内部各个工作单元的调度，监控。（2）计算机与外部设备的通讯。（3）用户程序所要完成的工作。这些工作都是分时完成的，这样分时完成的过程被称为CPU对程序的扫描。为了连续地完成PLC所承担的工作，系统必须周而复始地依一定的顺序完成这一系列的工作。故把这种工作方式叫做循环扫描工作方式。 2.4.2 PLC的工作过程
PLC的工作过程与CPU的操作方式有关。CPU有两个操作方式：STOP和RUN。在扫描周期内，STOP方式与RUN方式的主要差别在于：RUN方式下执行用户程序，而在STOP方式下部执行用户程序。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令序号做周期性的循环扫描，一个扫描周期主要可分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段，如图2-2所示的三个阶段。
（1）输入采样阶段
每次扫描周期的开始，PLC先扫描所有输入端口，读取各输入状态并存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新，关闭输入端口，转入下一步的工作过程，机程序执行阶段。在程序执行期间即使外部输入信号状态发生变化，输入映像寄存器的内容也不会改变，这些变化只有等到下一个扫描周期的输入采样阶段才会被读入。