第1章 概述

1.1 PLC的產生與發展

1.1.1 什么是PLC

PLC是一種以計算機（微處理器）為核心的通用工業控制裝置，目前已被廣泛地應用于工業生產的各個領域。早期的PLC只能進行開關量的邏輯控制，被稱為可編程序邏輯控制器。現代PLC采用微處理器（Microprocessor）作為中央處理單元，其功能大大增強，它不僅具有邏輯控制功能，還具有過程控制、運動控制和通信聯網等功能，PLC這一名稱已不能準確地反映它的特性，于是，人們將其稱為可編程序控制器Programmable Controller，簡稱PC。但近年來個人計算機（Personal Computer）也簡稱PC，為了避免混淆，可編程序控制器常被稱為PLC。

1987年，國際電工委員會（IEC）在其頒布的PLC標準草案第三稿中，對PLC定義如下：PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產過程。PLC及其有關設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。

現代PLC的功能已遠遠超出上述定義的范圍。近年來，PLC的發展異常迅猛，產品更新換代的速度明顯加快，功能日益增強，應用領域愈加廣泛。PLC已成為實現工業自動化的一種強有力工具。

1.1.2 PLC的產生與發展

在PLC出現之前，機械控制及工業生產控制是用工業繼電器實現的。在一個復雜的控制系統中，可能要使用成百上千個各式各樣的繼電器，接線、安裝的工作量很大。如果控制工藝及要求發生變化，控制柜內的元件和接線也需要做相應的改動，但是這種改動往往費用高、工期長，以至于有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，去制作一臺新的控制柜。在一個復雜的繼電器控制系統中，如果有一個繼電器損壞，甚至某一個繼電器的某一對觸點接觸不良，都會導致整個系統工作不正常，由于元件多、線路復雜，查找和排除故障往往很困難。繼電器控制的這些固有缺點，給日新月異的工業生產帶來了不可逾越的障礙。由此，人們產生了一種尋求新型控制裝置的想法。

1968年，美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司（GM公司）為了適應汽車型號不斷翻新的要求，提出如下設想：能否把計算機功能完備、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來，做成一種通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向過程、面向問題的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，使用人員不必在編程上花費大量的精力，而是集中力量去考慮如何發揮該裝置的功能和作用。這一設想提出后，美國數字設備公司（DEC公司）首先響應，于1969年研制出了世界上第一臺PLC，型號為PDP-14。用它代替傳統的繼電器控制系統，在美國GM公司的汽車自動裝配線上試用獲得了成功。

此后，這項新技術就迅速發展起來。1971年日本從美國引進了這項新技術，很快就研制出了日本第一臺PLC（DSC-8）。1973～1974年，原西德和法國也研制出自己的PLC。我國從1974年開始研制，1977年研制成功了以一位微處理器MC14500為核心的PLC，并開始工業應用。

PLC自產生以來，隨著大規模集成電路和微處理器技術的發展，一直在不斷地更新換代。現代PLC全面使用16位、32位的微處理器芯片，位片式微處理器、精簡指令系統微處理器（RISC）等高性能、高速度的CPU，極大地提高了PLC的工作性能、速度和可靠性；同時由于大量含有微處理器的智能模塊的出現，使現代PLC不僅具有邏輯控制，還同時具有過程控制、運動控制、數據處理、通信聯網等諸多功能，真正成為名副其實的多功能控制器。

1.1.3 PLC的發展趨勢

隨著微處理技術的發展，PLC也得到了迅速發展，其技術和產品日趨完善。它不僅以其良好的性能滿足了工業生產的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，使其功能更加完備。目前，為了適應大中小型企業的不同需要，進一步擴大PLC在工業自動化領域的應用范圍，PLC正朝著以下3個方向發展：其一是小型PLC向體積縮小、功能增強、速度加快、價格低廉的方向發展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制；其二是大中型PLC向大容量、高可靠性、高速度、多功能、網絡化的方向發展，使之能對大規模、復雜系統進行綜合性的自動控制；其三是各種專業化的PLC不斷涌現，如安全型PLC、運動控制PLC、過程控制PLC、軟PLC等。總的趨勢是：

1.CPU處理速度進一步加快

PLC的CPU使用64bit RISC芯片，多CPU并行處理或分時處理或分任務處理，各種模塊智能化，部分系統程序用門陣列電路固化，以加快處理速度。近年來出現采用計算機先進微處理器的新型控制器，其性能和功能較之傳統的PLC全面躍升，這種新型控制器稱為可編程自動化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）。

2.控制系統將分散化

根據分散控制、集中管理的原則，PLC控制系統的I/O模塊將直接安裝在控制現場，通過通信電纜或光纜與主CPU進行數據通信。這樣使控制更有效，系統更可靠。

3.可靠性進一步提高

隨著PLC進入過程控制領域，對可靠性的要求進一步提高。硬件冗余的容錯技術將進一步應用。不僅會有CPU單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、I/O單元冗余，甚至會有整個系統冗余。

4.控制與管理功能一體化

為了滿足現代化大生產的控制與管理的需要。PLC將廣泛采用計算機信息處理技術、網絡通信技術和圖形顯示技術，使PLC系統的生產控制功能和信息管理功能融為一體。