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PLC到底是什么？为什么做电工的总想学PLC？在这一章中，我们将通过通俗易懂的讲解使大家对PLC有一个基本的认识，初步了解PLC的结构、工作原理、性能指标和编程语言等。
PLC是Programmable Logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制器。
IEC对PLC的定义是：PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在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，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是针对继电器系统的缺陷和现代社会对制造业的要求而出现的。
我们知道在继电控制系统中，作为单台装置，继电器本身是比较可靠的，但是对于复杂的控制系统，如果某一个继电器损坏，甚至某一个继电器的某一个触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装、接线工作量极大，因此整个控制柜的价格相当的高。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要做相应的变动，这种改造工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。这就是继电控制系统的缺陷。
现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已经成为实现这一目标的巨大障碍，显然需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统，使电气控制系统的工作更加的可靠，更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。
PLC就是在这种工业需求和市场需求的背景下出现的。从 1969 年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC以来，也不过才短短的 40 年，但PLC控制技术已得到异常迅猛的发展，并在各种工业控制领域、公共事业、新闻传播等各个方面都获得了广泛的应用。由于PLC广泛地应用在所有的工业部门，也就迫切需要越来越多的工业技术人员掌握应用PLC技术。可以预见，将来，PLC技术和变频器技术会和普通的电工技术一样为越来越多的电工技术人员所掌握，这也是为什么学好PLC技术和变频器技术成为越来越多电工的学习需求。
考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯，可编程序控制器配备了易于接受和掌握的梯形图语言。梯形图的语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图相当接近，只用PLC的二十几条开关量逻辑控制指令就可以实现继电器电路的功能。通过阅读PLC的使用手册或接受短期培训，电气技术人员或者技术工人只需几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。简易编程器的操作和使用也很简单。上述特点是PLC近年来获得迅速普及的原因之一。
PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作。用户在硬件方面的设计工作，只是确定可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图而已。PLC的安装接线也很方便，各种外部接线都有相应的接线端子。
PLC的输入/输出端可以直接与AC220V或者DC24V的强电信号相接，它还具有较强的负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器的线圈。
由于PLC的系列化和模块化，硬件配置相当的灵活，可以组成能够满足各种控制要求的控制系统。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
绝大多数的用户都将可靠性作为选择控制转装置的首要条件。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。从实际的使用情况来看，用户对PLC的可靠性都相当满意。
PLC用软件取代了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，这是PLC具有可靠性的主要原因之一。除此之外，PLC还采取了一系列抗干扰、提高可靠性的措施。
PLC用软件功能取代了控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。
PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或者编程器提供的信息迅速查明故障的原因，用更换模块的方法迅速排除PLC的故障。
以OMRON的CPM1A型超小型PLC（10 个I/O点）为例，其底部尺寸仅为90mm×67mm，功耗≤30VA。由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。
在发达的工业国家，PLC已经广泛地应用在所有的工业部门。随着PLC的性能价格比不断提高，过去许多使用专用计算机的场合也可以使用PLC。PLC的应用范围不断扩大，主要有以下几个方面。
这是PLC最基本最广泛的应用。PLC的输入信号和输出信号都是只有通/断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低、仅有开关量控制功能的PLC作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，如各种继电控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，电梯的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金系统的高炉上料系统，轧机，连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车装配生产线、电视机和收音机生产线的控制等。
PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械，如金属切削机床、金属成型机械、装配机械、机器人、电梯等。
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID控制。现代的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用专用的智能PID模块来实现，也可以设计PID子程序来完成，更多地使用专用PID功能指令来完成。PLC的模拟量PID控制功能已经广泛地应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算等）、数据运算、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传到别的智能装置，或者将其打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
PLC的通信包括可编程控制器之间的通信、可编程控制器和其他智能控制设备的通信。随着计算机控制的发展，近年来国外工厂自动化通信网络发展很快，各著名的PLC生产厂商都推出了PLC之间的网络系统。
并不是所有的PLC都有上述全部功能，有些小型可编程控制器只具有上述的部分功能，但是价格较低。
PLC的产品根据硬件结构各部分组成可分为整体式、模块式和混合式。
整体式又称为单元式或箱体式，它把CPU模块、存储器、I/O模块和电源模块装在一个箱状的机壳内，结构非常的紧凑，体积小，价格低。小型可编程控制一般采用整体式结构。整体式PLC提供多种不同的I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本单元内有CPU模块、I/O模块和电源，扩展单元内只有自由I/O模块和电源，基本单元和扩展单元之间用扁平电缆连接。各单元的输入点和输出点的比例是固定的，有的PLC有单输入型和单输出型的扩展单元。选择不同的基本单元和扩展单元可以满足用户的不同要求。
图 1.2-1 是整体式FX 2N 基本单元。
图 1.2-1 整体式FX 2N 基本单元
整体式PLC一般配有许多专用的特殊功能单元，如模拟量I/O单元、位置控制单元、通信单元等，使PLC的功能得到扩展。
模块式PLC用搭积木的方式组成系统，它由框架和模块组成。模块插在模块插座上，模块插座焊在框架中的总线连接板上。PLC的电源可能是单独的模块，也可能包含在CPU模块中。PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所有的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O 扩展电缆相连。有的可编程控制器没有框架，各种模块安装在基板上。
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。模块式PLC的价格较高，大、中型PLC一般采用模块式结构。
模块式PLC如图 1.2-2 所示。
图 1.2-2 模块式PLC
混合式PLC吸收了上面两种PLC的优点，它有整体式的基本单元，又有模块式的扩展单元和特殊应用单元。这些单元等高等宽，仅长度不同。各单元之间用扁平电缆连接，紧密拼装在导轨上，组成一个整齐的长方体，组合形式非常灵活，完全按需要而定。它是模块式的结构，整体式的价格。目前中小型PLC均采用混合式结构。
图 1.2-3 混合式FX 3u PLC示意图。
图 1.2-3 混合式FX 3u PLC
【试试，你行的】
（1）试说明PLC的特点，它与继电器控制有哪些不同？
（2）PLC能做什么？试简述之。
（3）PLC产品分为哪几种？FX 3U 属于哪种物理结构的PLC？它的优点是什么？