第1章 PLC基礎知識

1.1 認識PLC

1.1.1 PLC是什么

PLC的英文全稱為Programmable Logic Controller，即可編程邏輯控制器，簡稱可編程控制器，它是一種全新模式的工業自動化控制裝置，可以將PLC視為一種具有特殊結構的用于工業用途的計算機。但不同的是，PLC比一般的計算機有更符合工業過程連接的接口，而且它使用自己專用的編程語言。從外形結構上看， PLC的樣子有些獨特，圖1-1為典型PLC實物外形。

PLC是專門為工業生產過程提供自動化控制的控制裝置，如圖1-2所示，PLC通過其強大的輸入、輸出接口與工業控制系統中的各種部件相連（如控制按鍵、繼電器、傳感器、電動機、指示燈等輸入、輸出的控制部件、顯示部件和功能部件）。

通過編程器編寫控制程序（PLC語句），將控制程序存入PLC中的存儲器并在微處理器（CPU）的作用下執行邏輯運算、順序控制、計數等操作指令。這些指令會以數字信號（或模擬信號）的形式送到輸入、輸出端，從而控制輸入、輸出端接口上連接的設備，協同完成生產過程。圖1-3為典型PLC控制的系統模型。

1.1.2 PLC的優勢

早在PLC問世以前，繼電器控制是工業控制領域的主導方式，其結構簡單、價格低廉、容易操作。但是，該控制方式適應性差，變更調整不夠靈活，一旦任務和工藝發生變化，必須重新設計，還必須改變硬件結構。

現代生產設備和流水線控制必須適應多變的市場需求，固定的工作模式、簡單的控制邏輯已不能滿足社會生產的需求。為了彌補繼電器控制系統中的不足，同時降低成本，更加先進的自動控制裝置—可編程控制器（PLC）應運而生。

PLC控制系統通過軟件控制取代了硬件控制，用標準接口取代了硬件安裝連接。用大規模集成電路與可靠元件的組合取代線圈和活動部件的搭配。不僅大大簡化了整個控制系統，而且也使得控制系統的性能更加穩定，功能更加強大，而且在拓展性和抗干擾能力方面也有了顯著的提高。圖1-4為工業控制中繼電器-接觸器控制系統與PLC控制系統的效果對比。

PLC不僅實現了控制系統的簡化，而且在改變控制方式和效果時不需要改動電氣部件的物理連接線路，只需要重新編寫PLC內部的程序即可。下面通過不同控制方式的系統連接示意圖的對比來了解PLC控制方式的優勢特點和基本功能。

采用繼電器-接觸器的控制系統是通過許多開關、控制按鈕、繼電器和接觸器的連接組合來實現對兩個電動機的控制。單從連接的線路來看，雖然電路功能比較簡單，但線路連接已經感覺比較復雜。圖1-5為典型的采用繼電器-接觸器的控制系統連接示意圖。

相比較而言，采用PLC進行控制管理，省略掉了許多接觸器和繼電器，控制按鈕也采用觸摸屏方式，線路連接更加簡化，各輸入、輸出設備都通過相應的I/O接口連接。圖1-6為十分典型的采用PLC的控制系統連接示意圖。若整個控制過程需要改造，只需將編制程序重新輸入到PLC內部，輸入、輸出部件直接通過I/O接口即可實現增減。無論是系統的連接、控制還是改造、維護，都十分簡便。

下面通過不同控制方式的實用案例（三相交流感應電動機的控制）的對比來了解PLC控制方式的特點和基本功能。

例如，采用繼電器進行控制的三相交流感應電動機控制電路見圖1-7。

圖中灰色陰影的部分即為控制電路部分。合上電源總開關，按下啟動按鈕SB1，交流接觸器KM1線圈得電，其常開輔助觸點KM1-2接通實現自鎖功能；同時常開主觸點KM1-1接通，電源經串聯電阻器R1、R2、R3為電動機供電，電動機降壓啟動開始。

當電動機轉速接近額定轉速時，按下全壓啟動按鈕SB2，交流接觸器KM2的線圈得電，常開輔助觸點KM2-2接通實現自鎖功能；同時常開主觸點KM2-1接通，短接啟動電阻器R1、R2、R3，電動機在全壓狀態下開始運行。

當需要電動機停止工作時，按下停機按鈕SB3，接觸器KM1、KM2的線圈將同時失電斷開，接著接觸器的常開主觸點KM1-1、KM2-1同時斷開，電動機停止運轉。

如果需要改變電動機的啟動和運行方式的時候，就必須將控制電路中的接線重新連接，再根據需要進行設計、連接和測試，由此引起的操作過程繁雜、耗時。

而對于PLC控制的系統來說，僅僅需要改變PLC中的應用程序即可，下面也通過圖示進行說明。采用PLC進行控制的三相交流感應電動機控制系統見圖1-8。

圖中灰色陰影的部分即為控制電路部分。在該電路中，若需要對電動機的控制方式進行調整，無需改變電路中交流接觸器、啟動/停止開關以及接觸器線圈的物理連接方式，只需要將PLC內部的控制程序重新編寫，改變對外部物理器件的控制和啟動順序即可。

1.1.3 PLC能干什么

目前，PLC已經成為生產自動化、現代化的重要標志。眾多電子器件生產廠商都投入到了PLC產品的研發中，PLC的品種越來越豐富，功能越來越強大，應用也越來越廣泛，無論是生產、制造還是管理、檢驗，都可以看到PLC的身影，如圖1-9、圖1-10所示。