1.1 PLC的发展

PLC是一种数字运算操作的电子系统，即计算机。不过PLC是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，它具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围，这也是其区别于其他计算机控制系统的一个重要特征。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程更方便。PLC能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，其具有数字量和模拟量输入/输出能力，并且非常容易与工业控制系统连成一个整体，易于“扩充”。由于PLC引入了微处理器及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，因此PLC是通过软件方式来实现“可编程”的，程序修改灵活、方便。

1.1.1 PLC的定义

早期的PLC主要用来实现逻辑控制。但随着技术的发展，PLC不仅有逻辑运算功能，还有算术运算、模拟处理和通信联网等功能。PLC这一名称已不能准确地反映其功能。因此，1980年美国电气制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）将它命名为可编程序控制器（Programmable Controller），并简称PC。但是由于个人计算机（Personal Computer）也简称为PC，为避免混淆，后来仍习惯称其为PLC。

为使PLC生产和发展标准化，1987年国际电工委员会（International Electechnial Committee，IEC）颁布了PLC标准草案第三稿，对PLC的定义如下：PLC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，并通过数字式和模拟式的输入和输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

该定义强调了PLC应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。

综上所述，PLC是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的I/O接口，并具有较强的驱动能力。但PLC产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需要根据实际需要进行选用配置，其软件需要根据控制需求进行设计编制。

1.1.2 PLC技术的产生

20世纪20年代，继电器控制系统开始盛行。继电器控制系统就是将继电器、定时器、接触器等电子器件按照一定的逻辑关系连接起来而组成的控制系统。由于继电器控制系统结构简单、操作方便、价格低廉，在工业控制领域一直占据着主导地位。但是继电器控制系统具有明显的缺点：体积大，噪声大，能耗大，动作响应慢，可靠性差，维护性差，功能单一，采用硬连线逻辑控制，设计安装调试周期长，通用性和灵活性差等。

1968年，美国通用汽车公司为了提高竞争力，更新汽车生产线，以便将生产方式从少品种大批量转变为多品种小批量，公开招标一种新型工业控制器。为了尽可能地减少更换继电器控制系统的硬件及连线，缩短重新设计、安装、调试周期，降低成本，美国通用汽车公司提出了以下10条技术指标。

①编程方便，可现场编辑及修改程序。

②维护方便，最好是插件式结构。

③可靠性高于继电器控制装置。

④数据可直接输入管理计算机。

⑤输入电压可为市电115V（国内PLC产品电压多为220V）。

⑥输出电压可为市电115V，电流大于2A，可直接驱动接触器、电磁阀等。

⑦用户程序存储器容量大于4KB。

⑧体积小于继电器控制装置。

⑨扩展时系统变更最少。

⑩成本与继电器控制装置相比，有一定的竞争力。

1969年，美国数字设备公司根据上述要求，研制出了世界上第一台PLC：型号为PDP-14的一种新型工业控制器。它把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成了一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用“面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。它在美国通用汽车公司的汽车生产线上首次应用成功，取得了显著的经济效益，开创了工业控制的新局面。

1.1.3 PLC的发展历史

PLC问世时间虽然不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术、自动控制技术、网络技术的不断进步，PLC也在迅速发展。其发展过程大致可分为以下5个阶段。

（1）从1969年到20世纪70年代初期

PLC的CPU由中小规模数字集成电路组成，存储器为磁心式存储器；控制功能比较简单，主要用于定时、计数及逻辑控制。其产品没有形成系列，应用范围不是很广泛，与继电器控制装置比较，可靠性有一定的提高，但仅仅是其替代产品。

（2）20世纪70年代末期

PLC采用CPU微处理器、半导体存储器，使整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大的提高，增加了数据运算、传送、比较、模拟量运算等功能。其产品已初步实现了系列化，并具备软件自诊断功能。

（3）从20世纪70年代末期到80年代中期

由于大规模集成电路的发展，PLC开始采用8位和16位微处理器，数据处理能力和速度大大提高；PLC开始具有了一定的通信能力，为实现PLC分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件上开发出了面向过程的梯形图语言及助记符语言，为PLC的普及提供了必要条件。在这一时期，发达的工业化国家在多种工业控制领域开始应用PLC控制。

（4）从20世纪80年代中期到90年代中期

超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器；数学运算、数据处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PID控制等，联网通信能力进一步加强；PLC在功能不断增加的同时，体积在减小，可靠性更高。在此期间，国际电工委员会颁布了PLC标准，使PLC向标准化、系列化发展。

（5）从20世纪90年代中期至今

PLC实现了特殊算术运算的指令化，通信能力进一步加强。

1.1.4 PLC技术的发展趋势

PLC诞生不久就在工业控制领域占据了主导作用，日本、法国、德国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的1位机发展到现在16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到了进一步的发展。PLC技术的发展趋势是向高集成化、小体积、大容量、高速度、使用方便、高性能和智能化方向发展，具体表现在以下几个方面。

1. 小型化、低成本

随着微电子技术的发展，大幅度地提高了新型器件的功能并降低成本，使PLC结构更为紧凑，一些PLC只有手掌大小，其体积越来越小，使用也越来越方便、灵活。同时，PLC的功能不断提升，将原来大、中型PLC才具有的功能移植到小型PLC上，如模拟量处理，数据通信和其他更复杂的功能指令，而价格却在不断地下降。

2. 大容量、模块化

大型PLC采用多处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度大幅提高，特别是增强了过程控制和数据处理功能，另外存储容量也大大增加。所以PLC的另一个发展方向是大型PLC，它具有上万个输入量、输出量，广泛用于石化、冶金、汽车制造等领域。

PLC的扩展模块发展迅速，大量特定的复杂功能由专用模块来完成，主机仅仅通过通信设备箱模块发布命令和测试状态。PLC的系统功能进一步增强，控制系统设计进一步简化，如计数模块、位置控制和位置检测模块、闭环控制模块、称重模块等。尤其是PLC与PC技术相结合后，使PLC的数据存储、处理功能大大增强；计算机的硬件技术也越来越多地应用于PLC上，并可以使用多种语言编程，可以直接与PC相连进行信息传递。

3. 多样化、标准化

各个PLC生产商均在加大力度开发新产品，以求更大的市场占有率。因此，PLC产品正在向多样化方向发展，出现了欧、美、日等多个流派。与此同时，为了避免各种产品之间的竞争而导致的技术不兼容。国际电工委员会不断为PLC的发展制定一些新的标准，对各种类型的产品进行归纳或定义，为PLC的发展指明了方向。目前，越来越多的PLC生产厂家均能提供符合IEC 1131-3标准的产品，甚至还推出了按照IEC 1131-3标准设计的“软件PLC”在PC上运行。

4. 网络通信增强

目前，PLC可以支持多种工业标准总线，使联网更加简单。计算机与PLC之间及各个PLC之间的联网和通信能力不断增强，使工业网络可以有效地节省资源、降低成本、提高系统的可靠性和灵活性。

5. 人机交互

PLC可以配置操作面板、触摸屏等人机对话装置，不仅为系统设计开发人员提供了便捷的调试手段，还为用户提供了一个掌控PLC运行状态的窗口。在设计阶段，设计开发人员可以通过计算机上的组态软件，方便快捷地创建各种组件，设计效率大大提高；在调试阶段，调试人员可以通过操作面板、状态指示灯、触摸屏等反馈的报警、故障代码，迅速定位故障源，分析排除各类故障；在运行阶段，用户操作人员可以方便地根据反馈的数据和各类状态信息掌控PLC的运行情况。