PLC

admin管理员组

文章数量:1531791

2024年6月20日发(作者：)

PLC综述

可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以

微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机

技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，

进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数

字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。它

不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时

又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方

式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。PLC可以用于单台机电设备的控制，

也可以用于生产流水线的控制。使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程

序。程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他

传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行

控制。

一、PLC简介及其特点：

1、PLC简介:

可编程控制器（Programmable Logic Controller ，简称PLC，下同）是电

气自动控制的新技术，目前公开发行适用于技校的教材较少，给广大师生的学习

带来诸多不便。本文介绍PLC的编程设计方案，使电气工程技术人员特别是初

学者对PLC技术加深了解和认识；同时帮助学生更好地解决学习PLC技术中最

难掌握的编程难题，达到能够牢固掌握、熟练运用、提高应用设计能力和加快推

广应用的目的。程序设计是整个系统设计的关键环节，在PLC程序设计中，可

采用梯形图、指令表、SFC（程序流程图）进行编程。

2、可编程控制器的主要功能

这是PLC的基本功能，也是最广泛的应用，如机车的电气控制、包装机械

的控制、电梯的控制等

（1）用于模拟量的控制：PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟

量进行控制。如闭环系统的过程控制、位置控制和速度控制

（2）用于工业机器人的控制：PLC作为一种工业控制器，适用于工业机器人。

如自动生产线上有多个自由度的机器人控制

（3）用于模拟量的控制

PLC通过模拟量I/O模块，实现模数转换，并对模拟量进行控制。如闭环系统

的过程控制、位置控制和速度控制。

（4）.用于位置控制：较高档次的PLC都有位置控制模块，用于控制步进电动

机或伺服电动机，实现对各种机械的运动控制及位置控制。

（5）用于监控系统 ：用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理，监控

生产过程。

（6）用于分布式控制系统：高档次的PLC都有联网功能，通过联网可以将PLC

与 PLC、PLC 与上位机 连接起来构成多级分布式控制系统。

3、PLC特点:

（1）可靠性高，抗干扰能力强。由于采用大规模集成电路和微处理器，使系统

器件数大大减少，并且在硬件的设计和制造的过程中采取了一系列隔离和抗干扰

措施，使它能适应恶劣的工作环境，具有很高的可靠性。

(2) 编程简单，使用方便。目前大多数PLC均采用梯形图编程语言，沿用了继

电接触控制的一些图形符号，直观清晰，易于掌握。

（3) 通用性好，具有在线修改能力。PLC硬件采用模块化结构，可以灵活地组

态以适应不同的控制对象，控制规模和控制功能的要求。且可通过修改软件，来

实现在线修改的能力，因此其功能易于扩展，具有广泛的工业通用性。

(4) 缩短设计、施工、投产的周期，维护容量。目前PLC产品朝着系列化、标

准化方向发展，只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计，同时

用软件编程代替了继电控制的硬连线，大大减轻了接线工作，同时PLC还具有

故障检测和显示功能，使故障处理时间缩短。

(5) 体积小，易于实现机电一体化。PLC体积小，重量轻，便十安装。的结构

紧凑，它与被控制对象的硬件连接方式简单、接线少，便于维护。

二、 PLC的产生与历史

世界上第一台PLC:1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车

公司（GE）的要求研制成功。

背景：1968年美国通用汽车公司（GE），为了适应汽车型号的不断更新，生产工

艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，

它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周

期。

设计思想：吸取继电器和计算机两者的优点

继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，

对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；

计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；

采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也

能很快掌握使用。

70年代初期： 仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统

的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）

70年代中期： 微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，

还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能

80年代以后：随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位

和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增

强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方

便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能

三、 可编程控制器的定义

近年来PLC发展迅速

PLC集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，

已成为自动化工程的核心设备。 PLC成为具备计算机功能的一种通用工业控制

装置，其使用量高居首位。

PLC成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之

一。

定义：国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。

在草案中对可编程控制器定义如下：

“可编程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、顺序控制、

定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控

制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与

工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

四、可编程序控制器(PLC)的现状与发展趋势

摘要：本文论述了在工业控制领域占主要地位的工业可编程序控制器(PLC)的发

展趋势，简单介绍了国际、国内PLC的主要厂家及产品。

关键词：工业可编程序控制器、发展趋势

工业控制计算机(简称工控机)是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，

目前已成为工业控制的标准设备，被广泛地应用于各行各业，工控机是实现生产

自动化的最佳配套产品，而工业可编程序控制器(PLC)则在工控领域中占有主要

的地位。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、

编程简单等特点。

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控

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

编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。可编程序控制器及其有关设备，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。

从结构上，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括

CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的

整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，

这些模块可以按照一定规则组合配置。

（一）我国工业控制计算机的发展

20世纪40年代末50年代初，我国的流程工业规模很小，设备陈旧，必要

的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。50年代末60年代初，我国研

制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等，基本上能显示过程状态，实现调

节意图，最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。70年代初，我国自行研

制的工控机开始应用于工业过程控制，它部分地取代了原来控制室内的仪表。但

由于受当时电子器件性能的限制，工控机本身的可靠性远不如现在，工控机带来

的控制集中引起“危险”集中。70年代末，分散型控制系统(DCS)进入工控领域，

解决了“危险”集中的问题，还解决了一些复杂的控制。DCS可建立通信网络，为

大工厂生产带来许多方便，但其价格一直居高不下。80年代初，适应性较强的

总线型工控机(STD)应运而生，STD总线技术的推广和应用，使工控机的功能更

加强化。

（二）工业可编程序控制器(PLC)发展趋势

PLC作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装

置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，

当今世界PLC生产厂家约150家，生产300多个品种。2000年销售额约为86

亿美元，占工控机市场份额的50%，PLC将在工控机市场中占有主要地位，并

保持继续上升的势头。

PLC在60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接

到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的

PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广

泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其它行业工控产

品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：

1.微型、小型PLC功能明显增强

很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。

三菱的FXOS14点(8个24VDC输入，6个继电器输出)，其尺寸仅为58mm×89mm，

仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使PLC的应用领域扩大到远离工

业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住

宅、娱乐场所和商业部门。

2.集成化发展趋势增强

由于控制内容的复杂化和高难度化，使PLC向集成化方向发展，PLC与PC

集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤

其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成，即将计算机、PLC及

操作人员的人—机接口结合在一起，使PLC能利用计算机丰富的软件资源，而

计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户

的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。

3.向开放性转变

PLC曾存在严重的缺点，主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开

放的，绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，

但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种PLC互不兼容。国际电工协

会(IEC)在1992年颁布了IEC1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》，为各

PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台

下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。

（三）PLC主要厂家及产品介绍

在全球PLC制造商中，根据美国Automation Research Corp(ARC)调查，世

界PLC领导厂家的五霸分别为Siemens(西门子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、

Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(欧姆龙)公司，他们的销

售额约占全球总销售额的三分之二。从西门子公司的SIMATIC S7-400的性能可

对PLC窥见一斑：

SIMATIC S7-400是匣式封装模块，可卡在导轨上安装，由I/O总线和通信

总线建立电气连接，模块可在工作或加电时替换或插、拔，可快速安装维护，修

改方便，其主要性能为：

CPU存储器容量64K字节，可扩展到1.6M字节；

位和字处理速度80ns至200ns；

最高系统计算能力可以有4个CPU同时计算；

一个中央框(CR)可扩展直到21个扩展框；

每个CPU上多点接口(MPI)能力，如可同时连接文字显示或操作员以及编

程器件；

CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能；

提供与计算机和其它Siemens产品或系统的连接接口；

高可靠性,完善的自诊断和清除故障功能。

我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；中型PLC

已有产品；大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，

国内产品市场占有率不超过10%，主要生产单位有：苏州电子计算机厂、苏州机

床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公

司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有

明显的优势。

随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展，工业自动化技术

日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关

量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术

相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发

展而发展生存下去。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无

法取代的

PLC新的发展趋势

PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照

AutomationResearchCorp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计

全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续

略微增长。

长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动

化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。

同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。

目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以

国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。经

过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产

能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，

我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量

为15（20万套（其中进口占90%左右），约25（35亿元人民币，年增长率约为

12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35（45亿元人民

币。

PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照

AutomationResearchCorp的预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计

全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续

略微增长。

微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC

自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32I/O）

已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件的进一步

完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增

长。

当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也

不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC

将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。

本文标签： 控制工业功能