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第一章 PLC的概要
70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PLC（programmable controller）。
本章作为基础主要介绍PLC的由来及发展，以及它的特点与应用，在学习之前首先明白它的一些基础知识，以便为下面的学习打下基础。
1.1 PLC的由来
1969年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（programmable logic controller）。 70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）。但由于PC容易与个人计算机（personal computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。
1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的存储器，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，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。
PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。
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1.2 PLC的特点及发展
1.2.1 PLC的特点
1．可靠性高PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判断故障迅速，便于维护。
2．模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品，通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从8～8192点，有多种机型、多种功能模板可灵活组合，结构形式也是多样的。
3．功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外，还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。
4．编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程，不需要太多 的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。
5．适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境 下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。 6．安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复，这对大规模生产场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，结构简单，上面带有散热槽，在高温 下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。
7．运行速度快，随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它更
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符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别不是很明显。 8．PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。
PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透，互为借鉴，相互竞争而发展。促进了工业的 进步。PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需要。
1.2.2 PLC的发展趋势
1.向小型化、专业化、低成本方向发展。 2.向大容量,高速度方向发展。 3.智能型I/O模块的发展。 4.基于PC的编程软件取代编程器。 5.PLC编程语言的标准化。 6.PLC通信的易用化。 7.组态软件与PLC的软件化。 8.PLC与现场总线相结合。
1.3 PLC的功能与应用
1.3.1 PLC的功能
1. PLC系统一般由以下基本功能构成：多种控制功能 、 数据采集、存储与处理功能 、通信联网功能 、 输入/输出接口调理功能、 人机界面功能 、 编程、调试功能 、控制功能。
2. 继逻辑控制：PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替电器进行开关量控制。
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1） 定时控制：它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定 时脉冲等方式。
2） 计数控制：用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。
3） 顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。
3. 数据采集、存储与处理功能数学运算功能： 基本算术：加、减、乘、除。
扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。 比较：大于、小于和等于。
数据处理：选择、组织、规格化、移动和先入先出。 模拟数据处理：PID、积分和滤波。
4．输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。
5．通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
6. 人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。
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实现人机界面功能的手段：从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和 用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。
7. 编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。
1.3.2 PLC的应用
PLC已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围可分成5种类型。
（1）顺序控制
如印刷机械、包装机械、机床装配生产线及电梯控制等。 （2）运动控制
PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。 （3）过程控制
PLC还能控制大量的过程参数，如温度、流量、压力和液位。一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。 （4）数据处理
在机械加工中,PLC作为主要的控制与管理系统可以完成大量数据处理工作。 （5）通信网络
1.4 本章小结
本章作为基础主要介绍PLC的由来及发展，以及它的特点与应用。同时PLC自身具有完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景广阔，而且随着集成电路的发展和网络时代的到来。
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