一、可編程控制器的由來

1968年美國zui大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特擬定了十項公開招標的技術(shù)要求，即：

1）  編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序；

2）  硬件維護方便，是插件式結(jié)構(gòu)；

3）  可靠性要高于繼電器控制裝置；

4）  體積小于繼電器控制裝置；

5）  可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；

6）  成本上可與繼電器柜競爭；

7）  輸入可以是交流115V；

8）  輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；

9）  擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動；

10）              用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。根據(jù)招標要求，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上*臺PLC（PDP—14型  ），并在通用汽車公司自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。

二、    可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

開關(guān)量的邏輯控制

這是可編程控制器zui基本、zui廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。

運動控制

可編程控制器可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

過程控制

　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)處理

　　現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

通信及聯(lián)網(wǎng)

　　可編程控制器通信含可編程控制器間的通信及可編程控制器與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

21世紀，可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展;從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求;從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷市場的局面，會出現(xiàn)通用的編程語言;從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

三、    可編程控制器的特點

　可編程控制器實際上是面向用戶需要，適宜安裝在工作現(xiàn)場的、為進行生產(chǎn)控制所設(shè)計的計算機。因而它和計算機有基本類似的結(jié)構(gòu)，但按其作用它有自己的特點：

（1）編程簡單，使用面向控制操作的控制邏輯語言。比如，梯形圖、順序功能流程圖。生產(chǎn)現(xiàn)場的工人易于掌握和使用它，便于普及和應(yīng)用。

（2）可靠性高，抗*力強，適于在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下運行。它*不需要一般計算機所要求的環(huán)境。因為它采用了很多硬件措施（屏蔽、濾波、隔離等）和軟件措施（故障的檢測與處理、信息的保護與恢復(fù)等），以提高可靠性，適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場的要求。

（3）系統(tǒng)采用了分散的模塊化結(jié)構(gòu)。這不但使之可針對各類不同控制需要進行組合，便于擴展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。目前較的PC還配有各類智能化模板，如：模擬量I/O模板，PID過程控制模板，I/O通訊模板，視覺輸入、伺服及編碼等模板等等，大大提高了PC的功能與適應(yīng)性。

（4）由于PC采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)，故可將其設(shè)計得緊湊、堅固、小體積，再加上它的可靠性，PC易于裝入機械設(shè)備內(nèi)部，實現(xiàn)機電一體化。

（5）相對于繼電器邏輯控制而言，PC可節(jié)省大量繼電器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序來執(zhí)行控制功能，使其靈活易于修改。這一切都大大提高了其性能價格比。

（6）目前中、PC均具有*的聯(lián)網(wǎng)通訊能力。通過簡單的組合可連成*域網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)間通訊。并可通過網(wǎng)絡(luò)連接主控級的計算機，實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)對全廠的自動化生產(chǎn)和管理都能進行控制。

四、    PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： 　　a、電源 　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 　　b. *處理單元(CPU) 　　*處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，zui后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 　　為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 　　c、存儲器 　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 　　d、輸入輸出接口電路 　　1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 　　2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 　　e、功能模塊 　　如計數(shù)、定位等功能模塊 　　f、通信模塊 　　如以太網(wǎng)、RS485、通訊模塊等

五、    可編程控制器的發(fā)展趨勢

PLC的技術(shù)從誕生之日起，就不停地發(fā)展。PLC的定義也經(jīng)過多次變動。1987年，電工委員會IEC頒布了可編程序控制器的定義：
       可編程控制器是一種能夠直接應(yīng)用于專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。
可見，PLC的定義實際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進展而發(fā)展的。這些發(fā)展不僅改進了PLC的設(shè)計，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計理念。這些改變，包括硬件和軟件的。
以下列出了PLC的硬件進展：

采用新的、先進的微處理器和電子技術(shù)達到快速的掃描時間；

小型的、低成本的PLC，可以替代4到10個繼電器，現(xiàn)在獲得更大的發(fā)展動力；

高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口；

基于微處理器的智能I/O接口，擴展了分布式控制能力。典型的接口如：PID，網(wǎng)絡(luò)，CAN總線，現(xiàn)場總線，ASCII通信，定位，主機通訊模塊，和語言模塊（如BASIC，PASCAL）；

包括輸入輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進，使端子更加集成；

特殊接口允許某些器件可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測量、快速響應(yīng)脈沖等；

外部設(shè)備改進了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為了PLC的標準功能。

以上這些硬件的改進，導(dǎo)致了PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從zui小的只有十個I/O點的微型PLC，到8000點的大型PLC，*。這些產(chǎn)品系列，用普通的I/O系統(tǒng)和編程外部設(shè)備，可以組成局域網(wǎng)，并與辦公網(wǎng)絡(luò)相連。整個PLC的產(chǎn)品系列概念對于用戶來說，是一個非常節(jié)約成本的控制系統(tǒng)概念。

與硬件的發(fā)展相似，PLC的軟件也取得了巨大的進展，大大強化了PLC的功能：

PLC引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ撸⑶腋鶕?jù)電工委員會的IEC61131-3的標準形成了多種語言；

小型PLC也提供了強大的編程指令，并且因此延伸了應(yīng)用領(lǐng)域；

語言，如BASIC，C在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實現(xiàn)，在與外部通訊和處理數(shù)據(jù)時提供了更大的編程靈活性；

梯形圖邏輯中可以實現(xiàn)的功能塊指令，可以使用戶用簡單的編程方法實現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能；

診斷和錯誤檢測功能，從簡單的系統(tǒng)控制器的故障診斷，擴大到對所控制的機器和設(shè)備的過程和設(shè)備進行診斷；

浮點運算可以進行控制應(yīng)用中計量、平衡和統(tǒng)計等所牽涉的復(fù)雜計算；

數(shù)據(jù)處理指令得到簡化和改進，可以進行涉及大量數(shù)據(jù)存儲、跟蹤和存取的復(fù)雜控制和數(shù)據(jù)采集和處理功能。

盡管PLC比原來復(fù)雜了很多，但是，他們依然保持了令人吃驚的簡單性，對操作員來說，今天的高功能的PLC與三十年前一樣那么容易操作。

六、    PLC的基本技術(shù)領(lǐng)域

在當(dāng)今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個大腦，簡單的講，可大概分為兩個領(lǐng)域：

       其一為單機控制為主的一切設(shè)備自動化領(lǐng)域，比如：包裝機械、印刷機械、紡織機械、注塑機械、自動焊接設(shè)備、隧道盾構(gòu)設(shè)備、水處理設(shè)備、切割、多軸磨床、冶金行業(yè)的輥壓、連鑄機械....太多了，這些設(shè)備的所有動作，加工都需要靠依據(jù)工藝設(shè)定在PLC內(nèi)的程序來指導(dǎo)執(zhí)行和完成，就如人的大腦；

       其二為過程控制為主的流程自動化行業(yè)，比如污水處理、自來水處理、樓宇控制、火電主控、輔控、水電主控、輔控、冶金行業(yè)、太陽能、水泥、石油、石化、鐵路交通...也太多了。這些行業(yè)所有設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運行，總存在許多的監(jiān)控點和大量的實時參數(shù)，而要監(jiān)視、控制、和采集這些流程參數(shù)和相關(guān)的工藝設(shè)備，也必須依靠PLC這個大腦來完成，當(dāng)然傳統(tǒng)叫法也有DCS，盡管設(shè)計之初的理念不一樣，但現(xiàn)技術(shù)路線已逐漸融合。