PLC跑马灯

PLC 跑馬燈組員姓名：吳宜倫、賴信仁、許育瑋、高培元德霖技術學院機械工程系夜二技095A指導老師：藍天雄老師摘 要PLC 是一種具有微處理機的數位電子設備，可以將控制指令隨時載入記憶體內儲存與執行可程式控制器由內部CPU ，指令及資料記憶體，輸入輸出單元，電源模組，數位類比通信單元所組成。

PLC 的組成簡介CPU 中央處理單元：包含CU.ALU.暫存器三大部分。

記憶體：存放程式指令及資料的地方，可以使用RAM 或EEPROM 。

輸入輸出單元：輸入單元是用來連結擷取輸入元件的信號動作，並透過內部匯流排將資料送進記憶體由CPU 處理驅動程式指令，部分輸出單元是用來驅動外部負載的介面。

主要原理是由CPU 處理以書寫在PLC 裡的程式指令判斷驅動輸出單元在進而控制外部負載，如指示燈、接觸器、繼電器、閥。

AD/DA 類比數位單元(線性控制)：AD 類比轉數位主要是把外部微電壓微電流以及0與1的資料透過專用模組接面接收，再以專用指令轉換運算給程式運用DA 數位轉類比，主要是把PLC 內部數學數值及專用指令以CPU 做運算，並透過專用模組將數學術值轉微電壓微電流信號再加以控制外部設備。

如變頻器、溫控器包含其他具有數位類比收送的介面設備…通信單元：通信單元主要可以區分為程式書寫通信PORT 及外部資料控制擷取PORT 。

圖1主機板外形 圖2設定說明實驗動機：1、了解PLC 是什麼？為什麼PLC 越來越多人使用，它的使用率很高，在社會越來越講求自動化的需求下，它使人們重視它。

2、首先我們要認識PLC 的內部結構，它可以說是一部小型電腦，可以應用在許多地方，如跑馬燈系統、紅綠燈系統、顯示器系統等等。

而我們製作了跑馬燈系統，簡單介紹了PLC 和應用在跑馬燈系統，使大家能了解一點PLC ，而在了解一點後，本組開始找尋材料，找到一家專業的PLC 廠商，跟他洽詢，而找到材料，可是我們所懂的不多，組裝方面廠商幫助我們許多，使我們才可以完成作品。

3、早期的PLC功能簡單，純粹只是傳統繼電器、計時器控制電路的功能，因此有人以「繼電器的替代品」（relay replacement）稱之，後來PLC的發展完全擺脫繼電器替代品的形象，功能越來越多，使PLC更像一部控制電腦。

目前常用的主要依接點數多少、記憶體容量大小和有無特殊功能模組來劃分，PLC 的接點數通常可反應PLC的價位、CPU運算速度、記憶體容量大小和所擁有的特殊功能。

一般而言，小型PLC的I/O點數在256點或128點以下，多數不具備特殊功能，將CPU、電源供應器和外部I/O做成一整體，不過有越來越多的小型PLC具備有少部份的特殊功能，例如：步進馬達驅動及高速計數功能，RS232通訊的功能幾乎成為各型PLC的標準配備，使PLC能與人機介面連線，小型PLC採模組化的設計也很普遍，外部I/O接點可擴充，通常用於簡單或稍複雜機器的控制。

4、近年來PLC控制系統已從以往的手動至自動的操作程式功能，改為全產線自動化設備的高精度與複雜度的控制功能，另外，也從過去主要應用在加工、組裝、搬運及檢驗等生產相關設備的順序控制，逐漸應用於各產業中，其中包括量測控制、工廠公用設施的監視及控制等。

由於控制系統越來越精密、複雜，而且規模也越大，再加上系統網路化趨勢等因素，使得控制程式量大增，導致控制程式的書寫時間增長等，因此使用PLC的控制系統要求會域愈來愈嚴苛，未來業者會繼續以小型PLC機種研發，以及隨著高速應答性能要求，PLC必須具備高速處理能力。

一、研究動機隨著機械合其它設備在工廠自動（Factory Automation）領域中，多種整合快速變化的影響，設計省時、省力、自動化的控制是必然的趨勢。

在歐美國家早期的自動化機械，其控制部門，是由繼電器、按鈕開關、計時器、計數器及感測開關等所構成，已達到控制的目的。

但為了應付各種款式的控制方式，其控制器經常需要修改，於是造就了可程式控制器(Programable Logic Controller)的誕生。

PLC可程式控制器，目前被廣泛使用在工業上已許久了，以往傳統配線必須要花費大量的精神與體力，物件數量也必須先點算清楚，往往拿的東西一多可是會很麻煩的，然而少拿一個小零件就又得跑一趟，安裝費時又難檢查，只要一條線或零件故障便必須逐一檢查，甚至前功盡棄，造成大家工作的不便，現在有了PLC，不但拿取簡便，配線容易，而且檢查快速，可作遠端連線監控，功能更為強大，對於自動控制上是一大利器。

可程式控制器的使用，改善了很多傳統繼電器的缺點，其設計更趨人性化，而我們整理出以下表列出兩者的優缺：表一繼電器與PLC的比較二、研究目的在傳統式以繼電器為主的電機控制系統中，每當變更設計時，整個系統幾乎都要重新製作，不但費時又費力;同時由於繼電器還有接點接觸不良、磨損、體積大之缺點，因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問題.為了改善這些缺點，美國DEC在1969年首度發表「可程式控制器」(Programmable Controller).程式控制器在發表初期被稱為(Programmable Logic -Controller)簡稱PLC，最先的目的是取代繼電器，執行繼電器邏輯及其他計時或計數等功能的順序控制為主，所以也稱順序控制器，其結構也像一部微電腦，所以也可稱為微電腦可程式控制器(MCPC)，直到1976年，美國電機製造協會正式給予命名為Programmable Controller，即可程式控制器，簡稱PC，由於目前個人電腦(Personal Computer)極為普遍，加上常與可程式控制器配合使用，為了區分兩者，所以一般都稱可程式控制器為PLC 。

在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。

目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/製藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業。

PLC的定義有許多種。

國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。

它採用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

可編程序控制器及其有關設備，都應按易於與工業控制系統形成一個整體，易於擴充其功能的原則設計。

三、前言在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，並按照邏輯關係進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據採集。

傳統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。

1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研製出了基於集成電路和電子技術的控制裝置，首次採用程序化的手段應用於電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。

個人計算機（簡稱PC）發展起來後，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現在，仍常常將PLC簡稱PC。

上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。

在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處於統治地位的DCS 系統。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。

PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。

四、相關理論本組所製作的跑馬燈是由PLC來制動，而PLC 是什麼呢？PLC其內部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門，PLC的CPU會經由輸入模組取得輸入元件所產生的訊號，再從記憶體中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令，經由運算部門邏輯演算後，再將結果過輸出模組加以驅動外在的輸出元件，達到所要工作效能。

以下是PLC結構介紹：一、PLC 內部結構圖1.CPU中央處理單元包含CU、ALU、暫存器三大部分CU：（控制單元-指令解碼器）負責將儲存在記憶體內的程式解碼成控制信號，用以決定各單元模組的工作狀態，是PLC的指揮部.ALU：（算數及邏輯運算單元）專門負責做加減乘除的算術運算及AND，OR，NOT邏輯運算暫存器：CPU內部記憶體可以暫時存放運算的結果，等待下一次運算。

2.記憶體存放程式指令及資料的地方，可以使RAM或EEPROM。

3.輸入輸出單元輸入單元是用來連結擷取輸入元件的信號動作並透過內部匯流排將資料送進記憶體由CPU處理驅動程式指令部分。

輸出單元是用來驅動外部負載的介面主要原理是由CPU處理以書寫在PLC 裡的程式指令判斷驅動輸出單元在進而控制外部負載，如指示燈，接觸器，繼電器，閥…4.AD/DA類比數位單元（線性控制）AD 類比轉數位，主要是把外部微電壓微電流以及0與1的資料，透過專用模組接面接收，再以專用指令轉換運算給程式運用。

DA 數位轉類比，主要是把PLC內部數學數值及專用指令以CPU做運算，並透過專用模組將數學術值轉微電壓微電流信號再加以控制外部設備，如變頻器溫控器包含其他具有數位類比收送的介面設備，通常在使用AD/DA模組時我們都會去考慮到設備的解析度，因為解析度會影響到精準度所以我門通常會選用高解析度的設備使用，並遵照期線性比例做數學運算。

5.通信單元通信單元主要可以區分為程式書寫通信PORT 及外部資料控制擷取PORT，程式書寫通信PORT，我們通常只會拿來做資料書寫或者是給外部PC設備做讀取用外部資料控制擷取PORT，我們通常會拿來做外部資列擷取及送出資料控制用，通常再做這方面的程式編寫時，須具備通信觀念的專業人士才能夠容易上手一般順序控制的程式設計師會比較不容易上手，在FA業界中的人機介面及圖控程式也是由此延伸出來的。

程式輸入裝置：負責提供操作者輸入、修改、監視程式用作的功能。

中央處理單元（CPU）：負責PLC管理、執行、運算、控制等功能。

程式記憶體：負責儲存使用者設計的順序程式參數及註解等。

資料記憶體：負責儲存輸入、輸出裝置的狀態及順序程式的轉換資料。

系統記憶體：儲存PLC執行順序控制所需的系統程式。

輸入回路：負責接收外部輸入元件信號。

輸出回路：負責接收外部輸出元件信號。

二、PLC是利用什麼撰寫的呢？PLC程式語言主要分為五種：1.LD=Ladder Diagram (階梯圖)2.FBD=Functional Block Diagram (功能方塊圖)3.SFC=Sequential Function Chart (順序式功能圖或又稱步進階梯圖)4.ST=Structured Text (結構化文字語言)5.IL=Instruction List (指令集語言)這五種語言為撰寫PLC的五大語言，但是因廠牌的不同所支援的語言就不同，而且指令不能完全通用，近年來在推廣的openPLC就可以通用這五種語言。