1.1.1 PLC的定义、分类与特点

1. 定义

PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，意为可编程序逻辑控制器。世界上第一台PLC于1969年由美国数字设备公司（DEC）研制成功，随着技术的发展，PLC的功能大大增强，不仅仅限于逻辑控制，因此美国电气制造协会NEMA于1980年对它进行重命名，称为可编程控制器（Programmable Controller，PC），但由于PC容易和个人计算机（Personal CoMputer，PC）混淆，故人们仍习惯将PLC当做可编程控制器的缩写。

由于可编程序控制器一直在发展中，至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会（IEC）对PLC最新定义为：

可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，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，可编程控制器及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

2. 分类

PLC的种类很多，下面按结构形式、控制规模和实现功能对PLC进行分类。

（1）按硬件的结构形式分类

按硬件的结构形式不同，PLC可分为整体式和模块式。

整体式PLC又称箱式PLC，图1-1是一种常见的整体式PLC，其外形像一个长方形的箱体，这种PLC的CPU、存储器、I/O接口等都安装在一个箱体内。整体式PLC的结构简单、体积小、价格低。小型PLC一般采用整体式结构。

模块式PLC又称组合式PLC，其外形如图1-2所示，它有一个总线基板，基板上有很多总线插槽，其中由CPU、存储器和电源构成的一个模块通常固定安装在某个插槽中，其他功能模块可随意安装在其他不同的插槽内。模块式PLC配置灵活，可通过增减模块来组成不同规模的系统，安装维修方便，但价格较高。大、中型PLC一般采用模块式结构。

（2）按控制规模分类

I/O点数（输入/输出端子数量）是衡量PLC控制规模的重要参数，根据I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型3类。

① 小型PLC：其I/O点数小于 256，采用8位或16位单CPU，用户存储器容量在4KB以下。

② 中型PLC：其I/O点数为256～2048，采用双CPU，用户存储器容量为2～8KB。

③ 大型PLC：其I/O点数大于2048，采用16位、32位多CPU，用户存储器容量为8～16KB。

（3）按功能分类

根据PLC的功能强弱不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。

① 低档PLC。它具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，有些还有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。低档PLC主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

② 中档PLC。它除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信连网等功能，有些还设有中断控制、PID控制等功能。中档PLC适用于比较复杂控制系统。

③ 高档PLC。它除了具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送等功能。高档PLC具有很强的通信连网功能，一般用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂控制自动化。

3．特点

PLC是一种专为工业应用而设计的控制器，它主要有以下特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

为了适应工业应用要求，PLC从硬件和软件方面采用了大量的技术措施，以便能在恶劣环境下长时间可靠运行，现在大多数PLC的平均无故障运行时间可达几十万小时。

（2）通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC可利用齐全的各种硬件装置来组成各种控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，无须大量改变PLC的硬件设备，只须更改程序就可以满足要求。

（3）功能强，适应范围广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入/输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能，既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

（4）编程简单，易用易学

目前大多数PLC采用梯形图编程方式，梯形图语言的编程元件符号和表达方式与继电器控制电路原理图非常接近，这样使大多数工厂企业电气技术人员非常容易接受和掌握。

（5）系统设计、调试和维修方便

PLC用软件来取代继电器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、接线等工作量大为减少。另外，PLC的用户程序可以通过计算机在实验室仿真调试，减少了现场的调试工作量。此外，由于PLC结构模块化及具有很强的自我诊断能力，维修也极为方便。

1.1.2 PLC控制与继电器控制比较

PLC控制是在继电器控制基础上发展起来的，为了让读者能初步了解PLC控制方式，本节以电动机正转控制为例对两种控制系统进行比较。

1. 继电器正转控制电路

图1-3是一种常见的继电器正转控制电路，可以对电动机进行正转和停转控制，右图为主电路，左图为控制电路。

电路原理说明如下：

按下启动按钮SB1，接触器KM线圈得电，主电路中的KM主触点闭合，电动机得电运转，与此同时，控制电路中的KM常开自锁触点也闭合，锁定KM线圈得电（即SB1断开后KM线圈仍可得电）。

按下停止按钮SB2，接触器KM线圈失电，KM主触点断开，电动机失电停转，同时KM常开自锁触点也断开，解除自锁（即SB2闭合后KM线圈无法得电）。

2. PLC正转控制电路

图1-4是PLC正转控制电路，它可以实现与图1-3所示的继电器接触器正转控制电路相同的功能。PLC正转控制电路也可分为主电路和控制电路两部分，PLC与外接的输入/输出部件构成控制电路，主电路与继电器正转控制主电路相同。

在组建PLC控制系统时，先要进行硬件连接，再编写控制程序。PLC正转控制电路的硬件接线如图1-4所示，PLC输入端子连接SB1（启动）、SB2（停止）按钮和电源，输出端子连接接触器KM线圈和电源。PLC硬件连接完成后，再在计算机中使用PLC编程软件编写图1-4所示的梯形图程序，然后通过计算机与PLC之间的连接电缆将程序写入PLC。

PLC软、硬件准备好后就可以操作运行。操作运行过程说明如下：

按下启动按钮SB1，24V电源、SB1与PLC端子I0.0、1M之间的内部电路构成回路，有电流通过I0.0、1M端子间的电路，PLC内部程序运行，运行结果使PLC的Q0.0、1L端子之间的内部电路导通，接触器KM线圈得电，主电路中的KM主触点闭合，电动机运转，松开SB1后，内部程序维持Q0.0、1L端子之间的内部电路导通，让KM线圈继续得电（自锁）。

按下停止按钮SB2，PLC端子I0.1、1M之间的内部电路与24V电源、SB2构成回路，有电流通过I0.1、1M端子间的电路，PLC内部程序运行，运行结果使PLC的Q0.0、1L端子之间的内部电路断开，接触器KM线圈失电，主电路中的KM主触点断开，电动机停转，松开SB2后，内部程序让Q0.0、1L端子之间的内部电路维持断开状态。

3. PLC控制、继电器控制和单片机控制的比较

PLC控制与继电器控制相比，具有改变程序就能变换控制功能的优点，但在简单控制时成本较高，另外，利用单片机也可以实现控制。PLC、继电器和单片机控制系统的比较见表1-1。