一 、什么是plc
可編程控制器（programmble controller）簡(jiǎn)稱pc或plc。它是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，plc已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制裝置，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（plc、機(jī)器人、cad/cam）之一。
國際電工委員會(huì)（iec）于1987年頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。在草案中對(duì)可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。
定義強(qiáng)調(diào)了plc應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和廣闊的應(yīng)用范圍，這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的重要特征。同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了plc用軟件方式實(shí)現(xiàn)的“可編程”與傳統(tǒng)控制裝置中通過硬件或硬接線的變更來改變程序的本質(zhì)區(qū)別。
近年來，可編程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了上述定義的范圍。
二 、plc的產(chǎn)生與發(fā)展
在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。
1968年美國通用汽車公司（g.m）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。
1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。
早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（programmable logiccontroller）。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到plc中，使plc不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。
20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于plc中，使plc得到迅速發(fā)展。plc不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使plc真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。
自從第一臺(tái)plc出現(xiàn)以后，日本、德國、法國等也相繼開始研制plc，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200多家plc廠商，400多品種的plc產(chǎn)品，按地域可分成美國、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派plc產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型plc，其小型plc性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場(chǎng)上占用重要地位。著名的plc生產(chǎn)廠家主要有美國的a-b（allen-bradly）公司、ge（general electric）公司，日本的三菱電機(jī)（mitsubishi electric）公司、歐姆龍（omron）公司，德國的aeg公司、西門子（siemens）公司，法國的te（telemecanique）公司等。
我國的plc研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進(jìn)了不少國外的plc。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中，plc的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，plc在我國的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)提高我國工業(yè)自動(dòng)化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)plc，如遼寧無線電二廠、無錫華光電子公司、上海香島電機(jī)制造公司、廈門a-b公司等。
從近年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi)plc產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場(chǎng)需求量一直以每年15%的比率上升。plc已成為工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的通用工業(yè)控制裝置。
三、plc的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域
（一）plc的特點(diǎn)
plc技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。主要有以下特點(diǎn)：
1．可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是plc最重要的特點(diǎn)之一。plc的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(gè)小時(shí) ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：
（1）硬件方面 i/o通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)plc的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì)cpu等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。
（2）軟件方面 plc采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在plc系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由外界干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。
2．編程簡(jiǎn)單、使用方便
目前，大多數(shù)plc采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。同時(shí)，plc編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。這也是plc獲得普及和推廣的主要原因之一。
許多plc還針對(duì)具體問題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。
3．功能完善、通用性強(qiáng)
現(xiàn)代plc不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有a/d和d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、pid控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時(shí)，由于plc產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。
4．設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便
由于plc用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。plc的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面，由于plc的故障率極低，維修工作量很??；而且plc具有很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)plc上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。
5．體積小、重量輕、能耗低
由于plc采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
（二）plc的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，在國內(nèi)外plc已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著plc性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看，plc的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：
1.開關(guān)量邏輯控制
利用plc最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是plc最基本的應(yīng)用，也是plc最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
2.運(yùn)動(dòng)控制
大多數(shù)plc都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。
3.過程控制
大、中型plc都具有多路模擬量i/o模塊和pid控制功能，有的小型plc也具有模擬量輸入輸出。所以plc可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，而且具有pid控制功能的plc可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。
4.數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代的plc都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（cnc）設(shè)備，進(jìn)行處理。
5.通信聯(lián)網(wǎng)
plc的通信包括plc與plc、plc與上位計(jì)算機(jī)、plc與其它智能設(shè)備之間的通信，plc系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（fa）系統(tǒng)發(fā)展的需要。
四、plc的分類
plc產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)plc的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形