可程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller是以為處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置，它的應用面廣、功能強大、已經(jīng)成為當代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。
PLC是指以計算機技術(shù)為基礎的一種工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì )（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：
“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來(lái)在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過(guò)數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統形成一個(gè)整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?/p>
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護動(dòng)作的控制，及大量離散量的數據采集。傳統上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統來(lái)實(shí)現的。1968年美國通用汽車(chē)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)Programmable Controller(PC)。
個(gè)人計算機(簡(jiǎn)稱(chēng)PC)發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。
上世紀80年代至90年代中期是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(cháng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò )能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統治地位的DCS系統。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。
早期的自動(dòng)控制都是以繼電器并配合計數器、定時(shí)器及傳感器等控制組件以完成順序控制的目的。
由于工業(yè)的變革，在生產(chǎn)制造方面，傳統的方法已無(wú)法滿(mǎn)足，因此有業(yè)者根據其需要，訂出以下的規格，
希望有這樣的控制器，能夠改善傳統的控制方式。
1. 編程簡(jiǎn)單方便，可以在現場(chǎng)修改程序。
2. 硬件維護與檢修簡(jiǎn)單。
3. 高度可靠性，能適應惡劣的工作環(huán)境。
4. 體積小。
5. 資料之讀取和聯(lián)機容易。
6. 價(jià)格具競爭性。
7. 擴展時(shí)，原系統只做很少的改變
基于以上之規格及廣大市場(chǎng)之需求，促使PLC 迅速的發(fā)展。
PLC 能儲存如順序指令、定時(shí)器指令、計數器指令、演算指令、數據控制指令以及通訊指令，并借以控制工業(yè)的機械裝置及流程。如下圖所示為PLC 在應用方面的概念圖。
PLC 是以微處理機為基礎，綜合了計算器與自動(dòng)化技術(shù)而開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制裝置，這種控制器按照 IEC 國際標準的定義是可程序邏輯控制器又稱(chēng)為PC 或PLC。這種裝置，內部?jì)Υ骖A先編寫(xiě)相應的程序， 待輸入輸出連接完成之后，PLC 運行這個(gè)程序，便可自動(dòng)完成預定的操作，屬于一種程序記憶型的電 子控制裝置，亦可視為一般的繼電器或定時(shí)器、計數器等集合體。
PLC 的操作模式依據所監測的按鍵、感應器及開(kāi)關(guān)等等輸入信號，假如這些輸入的信號被檢測到發(fā)生改變， 控制系統就會(huì )通過(guò)使用者所已經(jīng)加載的程序作動(dòng)作，產(chǎn)生相對應的輸出信號?！?/p>
一般PLC 有以下的功能規格，使用者可根據該規格，評估該PLC 是否符合所需之應用。
1. 輸入點(diǎn)數：該PLC 能處理的信號點(diǎn)數。
2. 輸出點(diǎn)數：該PLC 能控制的輸出點(diǎn)數。
3. 定時(shí)器數量：該PLC 內部仿真的定時(shí)器數量。
4. 計數器數量：該PLC 內部仿真的計數器數量。
5. PLC 支持指令：該PLC 所能處理及涵蓋的指令范圍。
6. 執行速度：PLC 執行每個(gè)指令的執行度，這關(guān)系到整個(gè)系統的掃描時(shí)間 (Scan-time)。
7. 使用者的程序空間：即PLC 程序所占有的最大空間。
8. 程序輸入的方式：由專(zhuān)有的書(shū)寫(xiě)器輸入或是由其它方式加載。
9. 系統的擴充性：該PLC 可以再作哪一方面的擴展等等。
PLC 有效消除了許多傳統上需要以繼電器為主之系統的線(xiàn)路連接問(wèn)題，它可以很簡(jiǎn)便地根據生產(chǎn)線(xiàn) 的需要重新規劃控制線(xiàn)路，給予一個(gè)非常經(jīng)濟并且改變制造環(huán)境的彈性空間很大。
1-2 PLC 可程控器的內部結構：
PLC的構成
從結構上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。
PLC 的基本結構如圖1-1 所示，其各組成部分如下：
1. 輸入單元
這是各種輸入信號 (動(dòng)作命令信號及回授的檢測信號) 的輸入接口，為直流輸入類(lèi)型并采用光耦合隔離，可將外部信號與PLC 內部隔離。
2. 輸出單元
這是把PLC 處理結果即輸出信號送給控制對象的輸出點(diǎn)。輸出點(diǎn)型式有繼電器輸出及晶體 管輸出二種類(lèi)型，可將PLC 內部信號與外部負載電源隔離。
開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類(lèi)型分，有電流型（4-20mA0-20mA）、電壓型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點(diǎn)數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。
3. 中央處理單元 (CPU)
CPU 是PLC 的核心，它由控制器、運算器所組成。它由程序內存中順序取出使用者的程序 指令，并對其譯碼，根據指令功能，發(fā)出有序的控制信號，從輸入單元或組件區讀取資料，在 運算器中進(jìn)行處理，而后把處理結果給輸出單元存入組件區。不斷循環(huán)掃描整個(gè)程序區，實(shí)行預定的控制程序。
CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數據，用掃描的方式采集由現場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數據，并存入規定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規定的任務(wù)產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
在使用者看來(lái)，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進(jìn)行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著(zhù)PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著(zhù)控制規模。
4. 系統程序區
PLC 核心程序儲存區，主要負責所有自我診斷、指令翻譯及監督管理等功能。
5. 組件區
PLC 內部組件有輸入繼電器X、輸出繼電器Y、內部輔助繼電器M、定時(shí)器T、計數器C、 狀態(tài)繼電器S 及資料緩存器。詳細使用方法請參考第二篇。
6. 程序內存
程序內存是用來(lái)存放使用者所輸入的程序，DVP-PLC 采用EEPROM，不需要電池。
7. 電源
這是把外部電源轉換成PLC 內部所需直流的電源裝置。PLC 的外部電源輸入可接受兩種型 式，一為單相85~264VAC 50/60Hz 的交流電源，另一為24~26V 的直流電源。使用交流輸入的 PLC，可提供一組24V 直流電源，供外部使用。
大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實(shí)現各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪(fǎng)問(wèn)底板上的所有模塊，機械上，實(shí)現各模塊間的連接，使各模塊構成一個(gè)整體。
8. 外部設備
PLC 所提供的RS-232 通訊口，主要連接程序編輯工具的掌上型書(shū)寫(xiě)器、個(gè)人計算機。
□掌上型書(shū)寫(xiě)器
掌上型書(shū)寫(xiě)器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)HPP），其基本功能為輸入、修改、檢查及顯示使用者程序，輔助功能有監視程序運行情況或顯示錯誤訊息等。內部程序可斷電保持三天以上。
9. 其它系統連接
PLC 系列主機具備內建通訊控制功能，在遠距離控制及聯(lián)機控制具有其特殊之方便性，尤 其若采用變頻器，使用RS-485 通訊機能，其內建的便利指令可輕易達到變頻器
的通訊控制應用，無(wú)需另購連接組件。
編程設備：編程器是PLC開(kāi)發(fā)應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場(chǎng)控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統的上位機。
人機界面：最簡(jiǎn)單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來(lái)越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。
PLC的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數據。因此，網(wǎng)絡(luò )在自動(dòng)化系統集成工程中的重要性越來(lái)越顯著(zhù)，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò )就是控制器"的觀(guān)點(diǎn)說(shuō)法。
PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統一的整體，實(shí)現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口(MPI)的數據通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。
PLC控制系統的設計基本原則
最大限度的滿(mǎn)足被控對象的控制要求。
在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、使用和維護方便。
保證控制系統安全可靠。
考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應適當留有余量。
PLC軟件系統由系統程序和用戶(hù)程序兩部分組成。系統程序包括監控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語(yǔ)言翻譯成機器語(yǔ)言，診斷機器故障。系統軟件由PLC廠(chǎng)家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預。用戶(hù)程序是用戶(hù)根據現場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應用程序（也就是邏輯控制）用來(lái)實(shí)現各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包，也就是用戶(hù)程序，我們就是使用STEP7來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執行結果的在線(xiàn)監視。
標準語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：
它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線(xiàn)圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號構成，左右的豎線(xiàn)稱(chēng)為左右母線(xiàn)。
梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內部繼電器的接點(diǎn)或內部寄存器、計數器等的狀態(tài)。
梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線(xiàn)圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。
內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供CPU內部使用。
PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶(hù)程序中可以當做條件使用。
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