可編程控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC或PC，是從早期的繼電器邏輯控制 系統發展而來，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務 。
    　　PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業現場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的 能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。人們在應用它時，可以不必進行計算機方面的專門培訓，就能對可編程控制器進行操作及編程。用來完成各種各樣的復雜程度不同的工業控制任務。
    　　自1836年繼電器問世，人們就開始用導線將它同開關器件巧妙地連接，構成用途各異的邏輯 控制或順序控制。至今，在PLC的編程語言——梯形圖中還可以看到這些布線的影子。直到60年代末、70年代初可編程控制器問世，隨著微電子技術、計算機技術和數據通信技術的飛速發展，以及微處理器的出現，PLC產品朝小型和超小型化方面進行了一次飛躍，最終使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發展成為具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、數據處理、聯網通信及PID回路調節等功能的現代PLC。
    一、可編程控制器的主要功能
    　　PLC是應用面很廣，發展非常迅速的工業自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造 系統(CIMS)內占重要地位。今天的PLC功能，遠不僅是替代傳統的繼電器邏輯。
    　　PLC系統一般由以下基本功能構成：
    ? 多種控制功能
    ? 數據采集、存儲與處理功能
    ? 通信聯網功能
    ? 輸入/輸出接口調理功能
    ? 人機界面功能
    ? 編程、調試功能
    1、控制功能
    邏輯控制：PLC具有與、或、非、異或和觸發器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關量控制。
    　　定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設定：接通延時、關斷延時和定 時脈沖等方式。
    　　計數控制：用脈沖控制可以實現加、減計數模式，可以連接碼盤進行位置檢測。
    　　順序控制：在前道工序完成之后，就轉入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進控制器使用。
    2、數據采集、存儲與處理功能
    數學運算功能：
    　　基本算術：加、減、乘、除。
    　　擴展算術：平方根、三角函數和浮點運算。
    　　比較：大于、小于和等于。
    　　數據處理：選擇、組織、規格化、移動和先入先出。
    　　模擬數據處理：PID、積分和濾波。
    3、輸入/輸出接口調理功能
    具有A/D、D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節。位數和精度可以根據用 戶要求選擇。
    　　具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。
    4、通信、聯網功能
    現代PLC大多數都采用了通信、網絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現程序和數據交換，如程序轉移、數據文檔轉移、監視和診斷。
    　　通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或專有的通信協議完成程序和數據的轉移。如西門 子S7-200的Profibus現場總線口，其通信速率可以達到12Mbps。
    　　在系統構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以便完成較大規模的復雜控制。通常所說的SCADA系統，現場端和遠程端也可以采用PLC作現場機。
    5、人機界面功能
    提供操作者以監視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統與其應用程序相互作用，以便作決策和調整。
    　　實現人機界面功能的手段：從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和 用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業計算機的分散和集中操作與監視系統。
    6、編程、調試等
    使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調試、監視 、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。
    二、可編程控制器的主要特點
    1、可靠性高
    PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，西門子、ABB、松下等微小型PLC可達10萬h以上，而 且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護。
    2、模塊化組合靈活
    可編程控制器是系列化產品，通常采用模塊結構來完成不同的任務組合。I/O從8～8192點， 有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結構形式也是多樣的。
    3、功能強
    PLC應用微電子技術和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數等順序控制功能。基本 型式再加上模擬I/O、基本算術運算、通信能力等。復雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能I/O、PID調節、過程監視、網絡通信能力、遠程I/O、多處理器和高速數據處理能力。
    4、編程方便
    PLC適用針對工業控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多 的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機 上編程。
    5、適應工業環境
    PLC的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環境下工作，能在強電磁干擾環境 下可靠工作。這是PLC產品的市場生存價值。
    6、安裝、維修簡單
    與計算機系統相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統便可工作，各個模件上設有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產迅速恢復。然后再對故障模件進行修復，這對大規模生產場合尤為適宜。
    　　一些PLC外殼由可在不良工作環境下工作的合金組成，結構簡單，上面帶有散熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率(RF高頻)電磁干擾、防火等。
    7、運行速度快
    隨著微處理器的應用，使PLC的運行速度增快，使它更符合處理高速度復雜的控制任務，它 與微型計算機之間的差別不是很明顯。
    8、總價格低
    PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應地降低了價格。另外，采用PLC還可以大大縮短設計、編程和投產周期，使總價格進一步降低。
    　　PLC系統與工業總線計算機和DCS系統相互滲透，互為借鑒，相互競爭而發展。促進了工業的 進步。
    　　PLC產品面臨現場總線的發展，將再次革新，滿足工業與民用控制的更高需要。
    三、PLC的通信及聯網
    PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其他智能設備間的通信。PLC系統與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉接器相連構成網絡，以實現信息的交換，并可構成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統，滿足工廠自動化(FA)系統發展的需要，各PLC系統或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后采用網絡連接構成集中管理的分布式網絡系統。
    　　以西門子公司的SIMATIC NET為例，在其提出的全集成自動化(TIA)的系統概念中，核心內容即包括組態和編程的集成、數據管理的集成以及通信的集成。通信網絡是這個系統重要的、關鍵的組件，提供了部件和網絡間完善的工業通信。
    　　SIMATIC NET包含了三個主要層次：
    　　AS-I網——傳感器和執行器通信的國際標準，掃描時間5ms，傳輸媒體為未屏蔽的雙絞線，線路長度為300m，最多為31個從站。
    　　PROFIBUS——工業現場總線，用于車間級和現場級的國際標準，傳輸率最大12m/s，傳輸媒體為屏蔽雙線電纜(最長9.6km)或光纜(最長90km)，最多可接127個從站。
    　　工業以太網——用于區域和單元聯網的國際標準，網絡規模可達1024站1.5km(電氣網絡)或200km(光學網絡)。
    　　在這一網絡體系中，尤其值得一提的是PROFIBUS現場總線，PROFIBUS是目前最成功的現場總線之一，已得到廣泛地應用。它是不依賴生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口-交換信息。為數眾多的生產廠家提供了優質的PROFIBUS產品，用戶可以自由地選擇最合適的產品。PROFIBUS已經成為德國國家標準DIN19245和歐洲標準pr EN50170，并在世界擁有了最多的用戶數量。
    四、PLC與工業控制計算機(IPC)和集散控制系統(DCS)的比較
    1、各自技術發展的起源
    計算機是為了滿足快速大量數據處理要求的設備。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業對象的控制占有優勢。
    　　集散系統從工業自動化儀表控制系統發展到以工業控制計算機為中心的集散系統，所以其在模擬量處理、回路調節方面具有一定優勢，初期主要用在連續過程控制，側重回路調節功能。
    　　PLC是由繼電器邏輯系統發展而來，主要用在離散制造、工序控制，初期主要是代替繼電器控制系統，側重于開關量順序控制方面。
    　　近年來隨著微電子技術、大規模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發展，PLC在技術和功能上發生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎上，增加了數值運算、閉環調節等功能，增加了模擬量和PID調節等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業控制計算機；通信能力的提高發展了多種局部總線和網絡(LAN)，因而也可構成為一個集散系統。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統中。
    　　PLC在過程控制的發展將是一智能變送器和現場總線，暨向下拓展功能，開放總線。
    2、相同點
    在微電子技術發展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業計算機、集散系統(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。
    3、區別點
    由于PLC和計算機屬于兩類產品，經過幾十年的發展都形成了自身的裝置特點和軟件工具。實際上的區別繼續存在。
    　　PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統自身或用計算機結構形成組態構成開發系統環境。
    　　特別提出的是與STD總線工控機的區別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關量控制而言，PLC的性能優于STD工控機。
    　　總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現場環境和經濟性等方面考慮。沒有什么控制器絕對完善，也沒有哪種產品絕對差，只能說選擇更適用的產品。
    4、增長趨勢比較（見表）
    表　1995年四類控制產品的初步統計
    名次 產品類別 銷售額(美元) 增長率/%
    1 PLC 39億(不包括軟件)
    50億(包括軟件) 15.9
    2 PID 29億 14.2
    3 DCS 28億 5.7
    4 個人計算機 15億 14.9
    　 控制軟件 7.8億 15.1
    PLC自問世以來，經過20多年的發展，在美國、歐洲、日本等工業發達國家已成為重要產業，1987年世界PLC的銷售額為25億美元，此后每年以20%左右的速度遞增。進入90年代以來，世界PLC的年平均銷售額在55億美元以上，其中我國約占1%。當前，PLC在國際市場上已成為最受歡迎的工業控制暢銷產品，用PLC設計自動控制系統已成為世界潮流。
    五、PLC的綜合經濟分析
    綜上所述，在惡劣環境中，使用PLC控制機構設備，生產流水線和生產過程的自動控制將越來越廣泛。但是，這種新型控制裝置在推廣使用中尚有一些問題困擾著用戶，主要集中在兩個方面，一是可靠性問題，二是價格問題。
    　　當然，用新型控制裝置實現老設備改造與生產過程自動化，提高勞動生產率，改善企業管理，這是提高企業經濟效益的必要措施，但如何正確處理這種關系，本文提供一些數據資料作為用戶參考。
    1、可靠性問題
    據有關資料提供數據表明：國外一般中小型PLC，如日立、西門子、IPM，平均無故障時間高達10萬h。即使大型PLC平均無故障時間也在4～5萬h之間。因此，制造廠商認為可靠性已不存在問題。就可靠性而言，繼電接觸器是望塵莫及的。所以，對于日立、西門子、IPM等產品資料中可靠性不再是一項技術指標。
    2、PLC的經濟綜合分析
    對PLC的經濟分析，應從以下幾方面考慮：
    （1）從影響成本的各個因素綜合考慮　從目前生產設備控制裝置來說，有三種類型：①繼電器控制。②半導體器件控制。③PLC控制。
    　　價格僅是選擇PLC品牌的一個因素，而可靠性是選擇時需要考慮的又一個因素。
    （2）從設計、生產周期長短考慮　不論是老設備改造，還是設計新的生產機械設備，毫無疑問，生產、設計周期越短越好，甚至希望邊設計、邊安裝、邊調試和邊生產，特別是產品更新換代，生產工藝改造，不需改動現有生產設備及其外部接線，就能馬上組織生產，這不僅節約了勞動力，而且新產品能盡快投入市場。這無疑給企業增加了活力，提高了經濟效益。如果把這些要求得以實現，繼電器或半導體都不能滿足，而PLC則完全可以實現。這是因為若用PLC不必改動外部設備接線，只要在軟件上作文章就可以了。也就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。這既經濟又簡捷，可以達到事半功倍的目的。
    　　眾所周知，目前我國75%的生產機械設備，都是采用繼電器控制，除了可靠性差外，設計程序也很繁雜。從方案的確立到技術條件的設計以及施工的設計，圖面的工作量很大，這勢必造成設計周期長。而采用PLC控制可以大大縮短設計周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。設計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無誤地反映生產要求。編程人員也可根據新產品對生產提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在EEPROM模塊中去，需要加工哪個產品的程序，操作人員可以隨時調用，這既方便、簡單又可保密。開發這種軟件對優化生產過程，提高產品數量和質量，提高勞動生產率，非常具有實際意義。僅此一點也深受生產及設計者的歡迎。
    六、PLC最新發展狀態及趨勢
    現代PLC的發展有兩個主要趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發展；其二是向大型網絡化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發展。
    （1）大型網絡化　主要是朝DCS方向發展，使其具有DCS系統的一些功能。網絡化和通信能力強是PLC發展的一個重要方面，向下可將多個PLC、I/O框架相連；向上與工業計算機、以太網、MAP網等相連構成整個工廠的自動化控制系統。
    （2）多功能　隨著自調整、步進電機控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現，使PLC控制領域更加寬廣。
    　　如西門子公司早在80年代就研制出了多回路閉環控制模塊、步進電機控制模塊、仿真模塊和通信處理模塊等。在1995年西門子又成功地開發出了S7200、S7300系列，它具有TD 200和COROS OPS操作模板(OPS)為用戶提供了方便人機界面，用戶程序三級口令保護，極強的計算性能，完善的指令集，MPI接口和通過工業現場總線PROFIBUS以及以太網聯網的網絡能力，強勁的內部集成功能，全面的故障診斷功能；模塊式結構可用于各處性能的擴展，脈沖輸出晶閘管步進電機和直流電機；快速的指令處理大大縮短了循環周期，并采用了高速計數器，高速中斷處理可以分別響應過程事件，大幅度降低了成本。
    （3）高可靠性　由于控制系統的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術、冗余技術、容錯技術廣泛應用到現有產品中，推出了高可靠性的冗余系統，并采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。S7400 PLC即使在惡劣、不穩定的工作環境下，堅固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運行過程中模板還可熱插拔。
   
   
   

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