第1章 概述

1.1 PLC的产生与发展

1.1.1 什么是PLC

PLC是一种以计算机（微处理器）为核心的通用工业控制装置，目前已被广泛地应用于工业生产的各个领域。早期的PLC只能进行开关量的逻辑控制，被称为可编程序逻辑控制器。现代PLC采用微处理器（Microprocessor）作为中央处理单元，其功能大大增强，它不仅具有逻辑控制功能，还具有过程控制、运动控制和通信联网等功能，PLC这一名称已不能准确地反映它的特性，于是，人们将其称为可编程序控制器Programmable Controller，简称PC。但近年来个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了避免混淆，可编程序控制器常被称为PLC。

1987年，国际电工委员会（IEC）在其颁布的PLC标准草案第三稿中，对PLC定义如下：PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

现代PLC的功能已远远超出上述定义的范围。近年来，PLC的发展异常迅猛，产品更新换代的速度明显加快，功能日益增强，应用领域愈加广泛。PLC已成为实现工业自动化的一种强有力工具。

1.1.2 PLC的产生与发展

在PLC出现之前，机械控制及工业生产控制是用工业继电器实现的。在一个复杂的控制系统中，可能要使用成百上千个各式各样的继电器，接线、安装的工作量很大。如果控制工艺及要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要做相应的改动，但是这种改动往往费用高、工期长，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，去制作一台新的控制柜。在一个复杂的继电器控制系统中，如果有一个继电器损坏，甚至某一个继电器的某一对触点接触不良，都会导致整个系统工作不正常，由于元件多、线路复杂，查找和排除故障往往很困难。继电器控制的这些固有缺点，给日新月异的工业生产带来了不可逾越的障碍。由此，人们产生了一种寻求新型控制装置的想法。

1968年，美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM公司）为了适应汽车型号不断翻新的要求，提出如下设想：能否把计算机功能完备、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，使用人员不必在编程上花费大量的精力，而是集中力量去考虑如何发挥该装置的功能和作用。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC公司）首先响应，于1969年研制出了世界上第一台PLC，型号为PDP-14。用它代替传统的继电器控制系统，在美国GM公司的汽车自动装配线上试用获得了成功。

此后，这项新技术就迅速发展起来。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快就研制出了日本第一台PLC（DSC-8）。1973～1974年，原西德和法国也研制出自己的PLC。我国从1974年开始研制，1977年研制成功了以一位微处理器MC14500为核心的PLC，并开始工业应用。

PLC自产生以来，随着大规模集成电路和微处理器技术的发展，一直在不断地更新换代。现代PLC全面使用16位、32位的微处理器芯片，位片式微处理器、精简指令系统微处理器（RISC）等高性能、高速度的CPU，极大地提高了PLC的工作性能、速度和可靠性；同时由于大量含有微处理器的智能模块的出现，使现代PLC不仅具有逻辑控制，还同时具有过程控制、运动控制、数据处理、通信联网等诸多功能，真正成为名副其实的多功能控制器。

1.1.3 PLC的发展趋势

随着微处理技术的发展，PLC也得到了迅速发展，其技术和产品日趋完善。它不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，使其功能更加完备。目前，为了适应大中小型企业的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下3个方向发展：其一是小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制；其二是大中型PLC向大容量、高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制；其三是各种专业化的PLC不断涌现，如安全型PLC、运动控制PLC、过程控制PLC、软PLC等。总的趋势是：

1.CPU处理速度进一步加快

PLC的CPU使用64bit RISC芯片，多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，以加快处理速度。近年来出现采用计算机先进微处理器的新型控制器，其性能和功能较之传统的PLC全面跃升，这种新型控制器称为可编程自动化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）。

2.控制系统将分散化

根据分散控制、集中管理的原则，PLC控制系统的I/O模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光缆与主CPU进行数据通信。这样使控制更有效，系统更可靠。

3.可靠性进一步提高

随着PLC进入过程控制领域，对可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步应用。不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、I/O单元冗余，甚至会有整个系统冗余。

4.控制与管理功能一体化

为了满足现代化大生产的控制与管理的需要。PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。