第1章 概述

1.1 可编程控制器的定义及其功能特点

1.1.1 PLC 的定义

可编程序逻辑控制器简称为PLC（Programmable Logical Controller），也常称为可编程序控制器，即PC（Programmable Controller）。它是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用微型计算机的基本结构和工作原理，融合继电接触器控制的概念构成的一种新型电控器。

国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案第一稿， 1985年1月又颁发了第二稿，1987年2月颁发了第三稿。草案中对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/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外围设备，都按易于使工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”

1.1.2 PLC 的产生和发展

在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是由继电器控制占主导地位的。继电器控制对生产工艺多变的系统的适应性差，一旦生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构。

1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出了第一台可编程控制器PDP-14，并在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，可编程控制器自此诞生。

美国从1971年开始输出这种技术。1973年以后，西德、日本、英国、法国相继开发了各自的PLC，并广泛应用。几十年来，PLC的发展迅猛异常，它广泛应用于各行各业。PLC的出现和发展，是工业控制技术的一个飞跃。需要特别指出的是，PLC在机械行业的应用有十分重要的意义，已成为当今世界的新潮流。据国外有关资料统计，用于机械行业的PLC的销售额占总销售额的60%。PLC是实现机电一体化的重要手段，它既能将传统的机械产品改造成为机电一体化新一代的产品，又适应于生产过程控制。PLC在我国机械、冶金、化工、轻工等大多数工业部门已开始得到广泛应用。

自第一台PLC诞生以来，PLC共经历了五个发展时期：

（1）1969年到20世纪70年代初期；

（2）20世纪70年代初期到末期；

（3）20世纪70年代末期到80年代中期；

（4）20世纪80年代中期到90年代中期；

（5）21世纪仍保持旺盛的发展势头。

1.1.3 可编程控制器的功能特点

PLC是电子技术、计算机技术与继电逻辑自动控制相结合的产物。它不仅充分发挥了计算机的优点，可以满足各种工业生产过程自动控制的要求，同时又兼顾了一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编程方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。

PLC可用于单台机电设备的控制，也可用于按照生产过程和工艺要求编制控制程序。程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感器信号），按照预先编好的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。

PLC的型号繁多，各种型号的PLC的功能不尽相同。但目前的PLC一般都具有下列功能。

① 条件控制。

PLC具有逻辑运算功能，它能根据输入的与、或等逻辑关系决定输出的状态，故它可代替继电器进行开关控制。

② 定时控制。

为满足用户对定时控制的要求，PLC提供上百个功能较强的定时器，如FX2型PLC共有256个定时器。所有定时器的定时值可由用户在编程时设定，即使在运行中，定时值也可被读出或修改，使用灵活、操作方便。

③ 计数控制。

为满足用户对计数控制的需要，PLC提供了上百个功能较强的计数器，如FX2型PLC可向用户提供241个计数器，其中有6个高速计数器，121个电池后备计数器。所有计数器的设定值可由用户在编程时设定，且随时可以修改。

④ 步进控制。

步进顺序控制是PLC的最基本的控制方式，但是许多PLC为方便用户编制了较复杂的步进控制程序，并设置了专门的步进控制指令。如FX2型PLC中有上千个状态元件，为用户编写较复杂的步进顺序控制程序提供了极大的方便。

⑤ 数据处理。

PLC具有较强的数据处理能力，除了能进行加、减、乘、除四则运算甚至开方运算外，还能进行字操作、移位操作、数制转换、译码等数据处理。

⑥ 通信和联网。

由于PLC采用了通信技术，可进行远程的I/O（输入/输出）控制。多台PLC之间可进行同位链接（PLC Link），还可通过计算机进行上位链接（Host Link），接受计算机的命令，并将执行结果返回给计算机。一台计算机与多台PLC可构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以完成较大规模的复杂控制。

⑦ 对控制系统的监控。

PLC具有较强的监控功能，它能记忆某些异常情况或在发生异常情况时自动终止运行。操作人员通过监控命令，可以监视系统的运行状态、改变设定值等，方便了程序的调试。

可编程控制器在工业自动控制系统中占有极其重要的地位，最重要的原因是它具有如下特点。

① 通用性强。

由于PLC采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。

② 接线简单。

只要将用于控制的接线、限位开关和光电开关等接入PLC的输入端，将被控制的电磁铁、电磁阀、接触器和继电器等功率输出元件的线圈接至PLC的输出端，就完成了全部的接线任务。

③ 编程容易。

PLC一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或面向工业控制的简单指令形式编程。因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间内学会并运用自如。

④ 抗干扰能力强、可靠性高。

PLC的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集成电路，因此能适应各种恶劣的环境，并能直接安装在机器设备上运行。

⑤ 容量大、体积小、重量轻、功耗低、成本低、维修方便。

例如一台具有128个输入输出点的小型PLC，其尺寸为216mm×127mm×110mm，重约2.3kg，空载功耗为1.2W，它可以实现相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，而其成本仅相当于相同功能继电器系统的10%～20%。PLC一般采用模块结构，又具有自诊断功能，判断故障迅速方便，维修时只需更换插入式模块，十分方便。