第1章 可编程控制器概况

1.1 PLC的特点和功能

1.PLC的基本概念

可编程控制器（Programmable Controller）简称PC，为了与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。

PLC是在传统顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术形成的新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程序控制系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.PLC的特点

可编程控制器为了适应在工业环境中的使用，有如下特点：

（1）编程方便，易于使用

可编程控制器的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，有一定电工和工艺知识的人员在短时间内都可学会，因此是目前PLC中最常用的一种编程语言。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（Sequential Function Chart，SFC），也称功能图，使编程更简单方便。

（2）控制系统构成简单，通用性强

PLC产品种类繁多，利用琳琅满目的各种组件（如I/O模块、通信模块、人机界面等）就可以灵活组成各种大小及不同要求的控制系统。在构成可编程控制器系统时，只需要在其I/O组件的端子上接入相应的输入/输出线即可，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬件接线线路。当控制要求改变需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序；同一个可编程控制器用于不同的控制对象时，只需要改变其输入/输出组件和编制不同的控制程序即可，修改程序简单易行。有的可编程控制器还可以直接与交流220V强电相连，从而提高其带负载的能力。

（3）可靠性高，抗干扰能力强

可编程控制器生产厂家在硬件和软件方面均采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场稳定、可靠地工作。目前各生产厂家生产的可编程控制器，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时（折合为4166天，约11年）。而且为了适应特殊场合的需要，有的可编程控制器生产商还采用了冗余设计和差异设计（如德国西门子公司的可编程控制器），进一步提高了其可靠性。

（4）体积小，维护方便

PLC体积小，重量轻，非常便于安装。一般的PLC都具有自诊断功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员。另外，目前大部分PLC控制系统都采用模块化结构，接线很少，在查出故障之后，只需更换模块即可，维护很方便。

（5）缩短了设计、施工、投产调试的周期

采用继电接触器控制系统完成一项控制工程，必须首先按工艺要求设计出电气原理图，然后画出继电接触器控制柜的布置及接线图，才能提供订货，而且一旦设计完成，修改非常不便。而采用PLC控制系统却很方便，首先，由于其硬件、软件配置均采用模块化、积木式结构，只需按要求选用各种组件组装，而大量具体的程序编制工作可在硬件到货后进行，既缩短了设计周期，还可使设计和施工同时进行。其次，在PLC控制系统中，用软件编程取代由许多继电器硬件接线来实现的多种控制功能，从而大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。最后，由于PLC是通过程序来完成控制的，而且采用了方便用户的工业编程语言，具有强制及仿真的功能，故程序设计、修改和投产调试都很方便、安全，可以大大缩短设计和投运周期。

（6）PLC功能非常齐全

除了上述特点外，PLC功能也非常齐全。如具有开关量输入/输出、模拟量输入/输出和大量的内部中间继电器、时间继电器（定时器）、计数器等；具有逻辑控制、顺序控制、信号/数据处理及各种接口功能（可配备的一般I/O接口模块和一些智能模块，如通信模块，高精度定位模块、远程I/O控制等）等。现在的可编程控制器还具有强大的网络功能，可以通过各种通信接口将数据直接传送给上位机，以实现上位机的数据采集和监控。如美国Rockwell公司的PLC可以组成诸如以太网（EtherNet）、控制网（ControlNet）、设备网（DeviceNet）及传统的DH+网、DH485、远程I/O（Remote I/O）等网络，大大加强了可编程控制器的功能。

3.PLC的产生与发展

可编程控制器出现以前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。

1968年，美国通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

1969年，美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。

早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期，微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC不仅控制功能增强，可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能。PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。

自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到迅速发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的AB公司、GE公司，日本的三菱电机公司、欧姆龙公司，德国的AEG公司、西门子公司，法国的TE公司等。

我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末到80 年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电动机制造公司、厦门AB公司等。

从近年统计数据看，PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。