引言

可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的，是現代工控自動化不可缺少的技術支持。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。

1、PLC的定義

PLC問世以來，盡管時間不長，但發展迅速。為了使其生產和發展標準化，美國電氣制造商協會NEMA（National Electrical Manufactory Association）經過四年的調查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC作了如下定義：

“PC是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執行諸如邏輯，順序，計時，計數與演算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?！?/p>

總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。

2、PLC的特點

2.1 高可靠性

（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與PLC內部電路之間電氣上隔離。

（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數一般為10~20ms.

（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。

（4）采用性能優良的開關電源。

（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。

（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。

（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統或有三CPU構成表決系統，使可靠性更進一步提高。

2.2 豐富的I/O接口模塊

PLC針對不同的工業現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業現場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊； 為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。

2.3 采用模塊化結構

為了適應各種工業控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。

2.4 編程簡單易學

PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。

2.5 安裝簡單，維修方便

PLC不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行。使用時只需將現場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統迅速恢復運行。

3、PLC的功能

A 邏輯控制

B 定時控制

C 計數控制

D 步進（順序）控制

E PID控制

F 數據控制：PLC具有數據處理能力。

G 通信和聯網

H 其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。

4、PLC的發展階段

雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規模，超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步，PLC也迅速發展，其發展過程大致可分三個階段：

4.1 早期的PLC（60年代末—70年代中期）

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現，在I/O接口電路上作了改進以適應工業控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優于繼電器控制裝置，其優點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

4.2 中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）

在70年代，微處理器的出現使PLC發生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使PLC得應用范圍得以擴大。

4.3 近期的PLC（80年代中、后期至今）

進入80年代中、后期，由于超大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發生了巨大變化。

5、PLC的分類

5.1 小型PLC

小型PLC的I/O點數一般在128點以下，其特點是體積小、結構緊湊，整個硬件融為一體，除了開關量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術運算、數據處理和傳送、通訊聯網以及各種應用指令。

5.2 中型PLC

中型PLC采用模塊化結構，其I/O點數一般在256~1024點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯接各種特殊功能模塊，通訊聯網功能更強，指令系統更豐富，內存容量更大，掃描速度更快。

5.3 大型PLC

一般I/O點數在1024點以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯網功能強，有各種通訊聯網的模塊，可以構成三級通訊網，實現工廠生產管理自動化。大型PLC還可以采用三CPU構成表決式系統，使機器的可靠性更高。

6、PLC的基本結構

PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，

6.1 中央處理單元

（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。

為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。

6.2 存儲器

存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。

6.2.1 PLC常用的存儲器類型

（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器（隨機存儲器），其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內的所有內容保持不變。（在紫外線連續照射下可擦除存儲器內容）。

（3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。

6.2.2 PLC存儲空間的分配

雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區域：

（1）系統程序存儲區

（2）系統RAM存儲區（包括I/O映象區和系統軟設備等）

（3）用戶程序存儲區系統程序存儲區：在系統程序存儲區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序。包括監控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC的性能。

6.3 電源

PLC的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%（+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。