关键词：可编程序控制器   功能   应用   发展

Abstract: Programmable controller (PLC) is a technology developed with the advancement of computer technology, communication technology, microelectronics technology and relay control technology. This paper mainly analyzes the generation, definition, classification, characteristics and main functions of PLC, discusses the main application fields of PLC and elaborates the future development of PLC.

Key words: PLC   Function   Application   Development

【中图分类号】TP3 【文献标识码】A 文章编号1606-5123（2017）08-0000-00

1 引言

    现代工业自动化技术是信息社会中的关键技术和核心技术之一。自动化技术促进了人类文明的发展。可编程序控制器(PLC)以其可靠性高、通用性好等优点深受广大工程技术人员的欢迎，并广泛应用于机械制造、冶金、化工、电力、建筑、交通等各大行业中。随着计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的发展，PLC技术也得到了很好的发展，其功能远远超过早期PLC的逻辑控制，更多的具有了强大的网络通信能力，使之与CAD/CAM以及机器人技术一起被称为当代工业自动化生产的三大支柱。

2 PLC概述

2.1 PLC的产生

    在可编程序控制器长生以前，主要以各种继电器来控制电气线路，但在运行时会产生大量噪声，消耗大量电能，出现故障时难以进行检查和排障，全靠现场技术人员长期积累的经验。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台可编程序控制器，型号为PDP-14。1971年，日本从美国引进技术，研制出日本第一台可编程序控制器。德国西门子公司(SIEMENS)与1973年研制出欧洲第一台PLC。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。

2.2 PLC的定义

    1980年，美国电气制造商协会将可编程序控制器正式命名为Programmable Controller，简称为PLC或PC。1985年，国际电工委员会(IEC)对PLC作了明确定义：“可编程序控制器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和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备的设计原则是它应按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。”

2.3 PLC的分类

    可编程控制器具有多种分类方式，了解这些分类方式有助于PLC的选型及应用。

    (1)根据控制规模分类。根据I/O点数的多少可将PLC分为小型机、中型机和大型机。一般来说，点数多的PLC，功能也相应较强。

    (2)根据结构形式分类。从结构上看，PLC可分为整体式、模板式及分散式3种形式。

    (3)根据用途分类。PLC可分为用于顺序逻辑控制、用于闭环过程控制、用于多级分布式和集散控制系统和用于机械加工的数字控制和机器人控制。

    (4)根据生产厂家分类。PLC生产厂家很多，主要有：日本立石(OMRON)公司的C系列，三菱(MITSUBISHI)公司的F系列，美国通用电气(GE)公司的GE系列，美国A-B公司的PLC-5系列，德国西门子(SIEMENS)公司的S5系列、S7系列等。

2.4 PLC的特点

    PLC可简单的视为具有特殊体系结构的工业计算机，由于有更强的与工业过程相连的特殊接口及特殊监控软件，有更适用于控制要求的编程语言，因此它不同于一般的工业计算机。它的主要特点如下：

    (1)可靠性高、抗干扰能力强。PLC是专为工业控制设计的，能适应工业现场的恶劣环境。其特有的循环扫描的工作方式，有效的屏蔽了绝大多数的干扰信号。

    (2)编程方便。PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。

    (3)使用方便。虽然PLC种类繁多，由于其产品的系列化和模块化，并配有品种齐全的各种软件，用户可灵活组成各种规模和要求的控制系统。PLC面板上可显示生产过程中用户感兴趣的各种状态和数据，方便了操作人员。

    (4)维护方便。编程器不仅能对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改，还能对PLC的工作进行监控，使得PLC的操作及维护都很方便。

    (5)设计、施工、调试周期短。由于用户程序大都可以在实验室模拟调试，调试好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机统调，使得调试方便、快速、安全，因此大大缩短了设计和投运周期。

    (6)易于实现机电一体化。可编程序控制器结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗震防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。

2.5 PLC的功能

    PLC可采用微电子技术完成许多的自动化设备，遵循预先设计的程序，控制现场的执行机构。其主要功能如下：

    (1)顺序逻辑控制。这是PLC最基本的应用领域，用来取代继电器控制系统。

    (2)运动控制。在机械加工行业中，PLC与计算机数控结合在一起，来完成机床的运动控制。

    (3)定时控制。PLC为用户提供了一定数量的定时器，定时精度高、方便、灵活，同时还提供了高精度的时钟脉冲。

    (4)计数控制。PLC提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高速计数器等，用来完成不同用途的计数控制。

    (5)步进控制。PLC提供了一定数量的移位寄存器，可方便的完成步进控制功能。

    (6)数据处理。大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能。

    (7)模数和数模转换。在过程控制或闭环控制系统中，存在温度、压力、流量等连续变化的物理量(或称模拟量)。

3 PLC的主要应用领域

    可编程序控制器是一种很有特点的发展前途的新型工业控制系统。随着微电子技术的发展，PLC的制造成本不断降低，功能却大大加强。目前，在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，性能比也不断提高，应用范围不断扩大，大致可归纳如下几类：

    (1)开关量的逻辑控制。其取代了传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制，可用于单机控制、多机群控、自动化生产线的控制等。

    (2)位置控制。大多数PLC制造商，目前都提供拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

    (3)过程控制。过程控制是对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环控制PID控制。

    (4)数据处理。现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能。

    (5)通信联网。PLC通信包括PLC相互之间，PLC与上位计算机，PLC和其它智能设备间的通信。

4 PLC的未来发展前景

    PLC技术在我国的各行各业中起到了重要的作用，未来的发展必将是推动社会进步的重要因素。现代PLC的发展主要有两个发展趋势：其一是向体积更小、速度更快的、功能更强、价格更低的微小型PLC方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性、多功能方面发展。

    (1)大型网络化。主要是朝DCS方向发展。使其具有DCS系统的一些功能。网络化和强化通信能力是PLC发展的一个重要方面，向下将多个PLC、多个I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。

    (2)多功能。智能模块是以微处理器为基础的功能部件。他们与PLC的CPU并行工作，占用主机CPU的时间很少，有利于提高PLC扫描速度和完成特殊的控制要求。智能I/O的应用，使过程控制的功能和实时性大为增强。PLC的过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使设计、调试时间减少，控制精度提高。

    (3)高可靠性。一些公司推出高可靠性的冗余系统，并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。

    (4)好的兼容性。好的兼容性是PLC深层次应用的重要保证。SIMATIC M7-300 PLC采用与SIMATIC S7-300相同的结构，能用SIMATIC S7模块其显著特点是与通用微型计算机兼容，可运行MS-DOC/Windows程序，适合于处理数据量大、实时性强的工程任务。

    (5)小型化、低成本、简单易用。随着应用范围的扩大和用户投资规模的不同，小型化、低成本、简单易用的PLC将广泛应用于各行各业，小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性。

    (6)编程语言向高层次发展。PLC的编程语言在原有梯形图语言、顺序功能块语言和指令表语言基础上，不断丰富和向高层次发展。SIMATIC M7则使用C/C++等高级语言进行编程，体现了面向未来的种种特征。

5 结束语

    工业技术的快速发展与PLC技术的发展相辅相成、缺一不可，PLC技术的发展在以后的发展中必将有很大的发展空间。通过介绍PLC的特点、功能及应用领域，指出学习和掌握PLC技术已成为工业自动化技术人员的一项迫切任务。未来PLC的先进技术会深入我们生活之中，利用它方便、可靠、安全、高效、快捷、智能化等优点为我们美好的未来增添一份色彩。

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作者简介

鲁其兴 （1991-） 男 工学学士 硕士研究生 研究方向：机电液控制与自动化方向