【技术前沿】简述PLC

作者：研发部　苏加庆

1 PLC概述

　　PLC（Programmable logic Controller）即可编程控制器，是当今基于计算机技术的常见工业控制装置，主要应用于工业控制领域。PLC内部配有编制程序的存储器，用于存储其内部指令、程序代码及程序运行所需的各种数据，并以数字或模拟的方式与外部进行输入和输出，进而控制各种类型的执行装置。PLC及其有关的外围设备是工业控制系统中的重要组成部分，尤其在底层控制中，PLC一般都会是控制系统的核心。

2 PLC的特点

2.1可靠性高，抗干扰能力强
　　工业生产一般是在恶劣环境中进行的高强度作业，这就要求其设备具有较高的可靠性和抗干扰能力。PLC的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离, 各输入端均采用R-C滤波器，各模块均采用屏蔽措施, 并具有良好的自诊断功能, 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统使可靠性更进一步提高。

2.2丰富的IO接口
　　在工业生产现场，存在各种不同的设备或变化的生产环境，为了在计算机中进行计算及采取控制措施，PLC配备丰富的IO模块，以便能够将现场的各种信号转换成PLC中可识别的信号。一般可将信号分为两种：离散信号、模拟信号。一些按钮、开关、电磁线圈和控制阀等器件通过传感器产生高低电平形成离散信号，一些温度、压力、速度等传感器通过其测量值映射为模拟信号，只要配备相应的采集装置，PLC就可以通过IO模块与现场装置进行互动。

2.3编程简单，易学易用
　　PLC作为通用工业控制计算机，接口简单易于配置，编程语言也易于工程技术人员所接受。尤其梯形图语言的图形符号能够形象地表达各种逻辑结构，不需要使用人员具有专业的计算机知识便可完成编程工作，这就使得开发人员能将更多的精力放在工控设计方面，进而提高工作效率。

2.4系统搭建容易，维护方便
　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑即使用软逻辑代替硬逻辑，这一方面增加了逻辑运算的灵活性，另一方面大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统结构更加简易实用、系统搭建周期大为缩短。系统维护也很简单，因为系统的硬件相对较少，改变系统结构的工作量也就较少，如果无需改变硬件结构，则只需要对系统重新进行软件组态即可。

3 PLC的应用领域

　　PLC的应用领域非常广泛，在钢铁、石油、化工、电力等各个行业都可以看到PLC的应用，PLC即可以进行开关量的逻辑控制又可以进行模拟量的控制，只需要配备相应的IO模块和配套装置即可。PLC主要的应用领域大致有如下几类。

3.1运动控制
　　PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量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。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

3.2过程控制
　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系 统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、 化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3.3数据处理
　　现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

3.4通信及联网
　　PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

4 PLC的发展现状

　　1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）是世界上公认的第一台PLC。 随着个人计算机（PC）发展，为了反映可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller（PLC），现在，也有人称PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统，20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

5. 未来展望

　　随着计算机科学和相关的通信、自动化等各学科的发展，更多新的技术将用于PLC的设计和制造，使得PLC的运算速度、控制能力、智能型等各方面都有所增强。另外随着企业规模的扩大即自动化在日常生活中的深入应用，PLC将向两极发展，即超小型和超大型。从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从通信方面来看，各个领域都朝着信息化发展，网络将世界连为一个整体，PLC也不会是信息孤岛，与其它计算机组网构成大型的综合的控制系统是其必然的发展方向。