plc的发展概况（plc的发展及应用）

PLC作为工业自动化的典型应用，最初是为了代替继电器线，进行顺序控制而创建的。后来PLC厂家逐渐增加了模拟量运算、PID功能、以及更可靠的工业抗干扰技术等功能。随着联网的需要，增加了各种通信接口。同时，随着现场总线技术和以太网技术的发展，PLC的应用范围也越来越广泛。

什么是PLC

可编程控制器是计算机家族的一员，专为工业控制应用而设计和制造。早期的可编程控制器称为可编程逻辑控制器，简称PLC。主要用来代替继电器实现逻辑控制。

国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准第三稿。草案中对可编程控制器的定义如下：

“可编程控制器是一种执行数字运算的电子系统，设计用于工业环境。它使用可编程存储器来存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字和“可编程控制器及其相关外围设备应易于与工业系统集成，以易于扩展其功能为原则进行设计。”

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超出了逻辑控制的范围。因此，今天这种设备被称为可编程控制器，简称PC。但为了避免与Personal Computer的缩写混淆，将可编程控制器简称为PLC。

PLC的发展现状

世界上第一台PLC

1968年，美国通用汽车公司（GE）为了适应汽车车型的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望有一种新型工业控制器的发展，可以尽可能减少新产品的数量。设计和更换电气控制系统和接线，以降低成本并缩短周期时间。

当时的设计要求是借鉴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、更改困难、查找和故障排除困难、适应性差。生产流程发生了变化，但很容易理解且负担得起。便宜的；计算机功能强大、灵活（可编程）、用途广泛，但难以编程；他们采用面向控制过程、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其使用。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，并在美国通用汽车公司的自动装配线上试用并获得成功。

这种新型工业控制装置因其简单、操作方便、可靠性高、通用性和灵活性强、体积小、使用寿命长等优点，很快在美国其他工业领域得到推广和应用。到1971年，已成功应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。

20世纪70年代初

它只具有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，仅用于替代传统的继电器控制。通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。

1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快就研制出了日本第一台PLC。 1973年，西欧国家也开发出了第一台PLC。我国于1974年开始研制，1977年开始工业化应用。

20世纪70年代中期

微处理器技术在PLC中的应用，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传输和数据处理等功能。

20世纪80年代后

随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的快速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，带动了PLC的快速发展。 PLC不仅增强了控制功能，而且提高了可靠性，降低了功耗、体积和成本，使编程和故障检测更加灵活方便。它还具有通信联网、数据处理、图像显示等功能。

PLC近年来发展迅速

PLC集三电（电气控制、电气仪表、电传）于一体，具有高性价比、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。 PLC已成为具有计算机功能的通用工业控制装置，其使用量居首位。

PLC已成为现代工业自动化的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

我国PLC市场三大流派

我国改革开放后，美国AB、GE、MODICON、TI，日本欧姆龙、三菱、富士，德国西门子等厂商的产品不断进入我国并占据重要地位应用于各行业的工业控制系统。

欧洲：德国西门子（SIEMENS）、AEG和法国TI

美国：A-B（Allen-Bradly）（其产品约占美国PLC市场的50%）、GE（通用电气）、MODICON、德州仪器（T1）、古尔德、西屋公司

日本：三菱电机、欧姆龙、富士（日本主要开发中小型PLC，在全球小型PLC市场，日本产品占据70%左右的市场份额，在中国，欧姆龙产品销量排名第一。）

目前国内市场上有韩国、台湾的PLC产品；现在市场上有一系列国产PLC，价格相对便宜，性价比高。

1974年，我国开始仿制美国第二代PLC产品，但因元件质量和技术问题未能推广。直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产并应用于工业过程控制。

PLC的结构及各部分的功能

PLC的类型有很多种，其功能和指令系统也各有不同，但其结构和工作原理是相似的。它们通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 PLC的硬件系统结构如下图所示：

1. 主持人

主机部分包括中央处理单元（CPU）、系统程序存储器以及用户程序和数据存储器。 CPU是PLC的核心。用于运行用户程序，监视输入/输出接口状态，进行逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量，完成用户指令指定的各种操作，并将结果发送到输出端。并响应外部设备（如计算机、打印机等）的请求并做出各种内部判断等。

PLC的内部存储器有两种类型。一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序以及编译用户程序的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序和数据存储器，主要存储用户编程的应用程序和各种临时数据和中间结果。

2. 输入/输出（I/O）接口

I/O接口是连接PLC和输入/输出设备的部件。输入接口接受来自输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口利用主机的处理结果通过功放电路驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。 I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高可靠性。 I/O点数，即输入/输出端子的数量，是PLC的一项主要技术指标。通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机有一千多个点。

3、电源

图中的电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路的运行而配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

4. 编程

编程是PLC对外部设备的使用，用户用外部设备来输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆将PLC与计算机连接，并使用专用软件进行计算机编程和监控。

5. 输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于将扩展外部输入/输出端子数量的扩展单元连接到基本单元（即主机）。

6. 外部设备接口

该接口可以将打印机、条码扫描仪、变频器等外部设备连接到上位机上，完成相应的操作。

PLC的特点

(1)高可靠性

1、所有I/O接口电路均采用光电隔离，将工业现场外部电路与PLC内部电路电气隔离。

2、每个输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。

3、各模块均采用屏蔽措施，防止辐射干扰。

4、采用性能优良的开关电源。

5、严格筛选所使用的设备。

6、良好的自诊断功能。一旦电源或其他软硬件出现异常，CPU会立即采取有效措施，防止故障扩大。

7、大型PLC还可以采用双CPU组成冗余系统或三个CPU组成表决系统，进一步提高可靠性。

(2)丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，例如：

交流或直流；

开关量或模拟量；

电压或电流；

脉冲或电位；

强电或弱电等。

工业领域有相应的I/O模块和装置或设备，例如：

按钮

限位开关

接近开关

传感器和发射器

电磁线圈

控制阀

直接连接。此外，为了提高操作性能，还具有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局域网，还具有通信组网等多种接口模块。

(3)采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除单元式小型PLC外，大多数PLC都采用模块化结构。

PLC的各部件，包括CPU、电源、I/O等，均采用模块化设计。每个模块通过机架和电缆连接。系统的规模和功能可以根据用户的需要进行组合。

(4)编程简单易学

PLC编程大多采用类似于继电器控制电路的梯形图形式。用户无需具备计算机专业知识，一般工程技术人员很容易理解和掌握。

(5)安装简单、维护方便

PLC不需要专门的机房，可以直接运行在各种工业环境中。使用时只需将现场的各种设备连接到PLC相应的I/O端子上，即可投入运行。各模块上均设有运行及故障指示装置，方便用户了解运行状态和查找故障。

由于采用模块化结构，一旦某个模块出现故障，用户可以通过更换模块来快速恢复系统运行。

PLC的应用领域

PLC不仅用于开关控制，还可以进行模拟量和数字量控制。它可以采集和存储数据，还可以对控制系统进行监控。还可以联网、通讯，实现大规模、跨区域的控制和管理。 PLC日益成为工业控制设备家族中的重要角色。

1.用于开关控制

PLC控制开关量的能力很强。控制的出入境点数量少则十几个、几十个，多则数百、数千、甚至数万个点。因为它可以连接互联网，所以点数几乎是无限的，无论你有多少点数，你都可以控制。

控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的和顺序的；实时和延迟；那些不需要统计的，那些需要统计的；那些按固定顺序工作的，那些随机工作的；等等，都可以进行。

PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编程的。用于控制时非常灵活。如果需要，可以根据需要编写多套或多组程序并调用。非常适合工业现场多工况、多状态变化的需要。

使用PLC进行开关控制的例子有很多，包括冶金、机械、轻工、化工、纺织等，几乎所有工业行业都需要它。目前PLC的首要目标是能够方便、可靠地控制开关量，这是其他控制器无法比拟的。

2.用于模拟量控制

电流、电压、温度、压力等模拟量的大小不断变化。工业生产，尤其是连续生产过程，往往需要对这些物理量进行控制。

PLC作为工业控制电子设备，如果不能控制这些量，将是一大短板。为此，各个PLC厂商都在这方面进行了大量的开发。目前不仅大中型计算机可以进行模拟控制，小型计算机也可以进行这样的控制。

对于模拟量控制，PLC必须配备A/D和D/A单元，用于模拟量和数字量的转换。它也是一个I/O单元，但是是一个特殊的I/O单元。

A/D单元将外部电路的模拟量转换为数字量，然后发送给PLC。 D/A单元将PLC的数字量转换为模拟量，然后发送到外部电路。

作为一种特殊的I/O单元，它仍然具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离、与输入输出继电器（或内部继电器，这也是PLC工作存储器的一个区域）交换信息。可读写）等特点。

采用PLC进行模拟量控制的优点是在进行模拟量控制的同时，还可以控制开关量。这个优点是其他控制器所不具备的，或者说控制实现不如PLC方便。

3.用于运动控制

实际物理量包括开关量、模拟量、运动控制等。例如，机床部件的位移常常用数字量来表示。

PLC 也是一种基于计算机的技术，并且变得越来越复杂。因此，它也可以用于数字控制。

PLC可以接收计数脉冲，频率可以高达几千赫兹到几十千赫兹。这个脉冲可以通过多种方式接收，也可以通过多种方式接收。有些PLC还具有脉冲输出功能，脉冲频率可达几十k。有了这两个功能，再加上PLC的数据处理和计算能力，如果配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功率放大器、步进电机），就完全可以依靠原理NC实现各种控制。

高中档PLC也开发了NC单元或运动单元来实现点控制。运动单元还可以实现曲线插补，控制曲线运动。因此，如果PLC配备了这样的单元，就可以用NC方法来控制数字量。

4.用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储面积越来越大。例如，Deveson公司的PLC的数据存储区（DM区）最多可达9999字。如此巨大的数据存储区可以存储大量的数据。

数据采集可以使用计数器对采集到的脉冲数进行累加和记录，并定期传送到DM区。

A/D 单元也可用于数据采集。模拟量转换为数字量后，定期传送到DM区。

PLC还可以与计算机进行通讯，计算机读取DM区的数据，计算机对数据进行处理。此时PLC就成为计算机的数据终端。

电力用户过去利用PLC实时记录用户用电情况，实行不同用电次数、不同电价的收费方式，鼓励用户在用电量低的时候多用电，从而达到用电的目的。合理用电，节约用电。

5.用于信号监测

PLC自检信号较多，内部器件较多，但大多数用户并没有充分发挥其功能。

事实上，它可以用来监控PLC本身的工作情况，也可以用来监控控制对象。

对于复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控甚至进一步的自诊断是非常必要的。可以减少系统故障，使故障更容易发现，增加累计平均无故障运行时间，减少故障修复时间，提高系统可靠性。

6.用于网络和通信

PLC具有强大的联网和通讯能力，新的联网结构不断推出。

PLC可以与个人计算机连接进行通讯，利用计算机参与PLC的编程和控制管理，使PLC的使用更加方便。

为了充分发挥计算机的作用，一台计算机可以控制和管理多台PLC，最多可达32台PLC。一台PLC还可以与两台或多台计算机通讯，交换信息，实现对多地PLC控制系统的监控。

PLC与PLC之间还可以通讯。可以进行一对一的PLC通讯。可以与多个PLC进行通讯。它可以是数十个或数百个。

PLC、智能仪表、智能执行设备（如变频器）也可以通过互联网进行通讯、交换数据、相互操作。可连接组成远程控制系统，系统范围可达10公里以上。

可以组成本地网络，不仅PLC，高端计算机和各种智能设备都可以进入网络。可以采用总线网或环网。网也可以当网用。网络也可以桥接。网络可以将数千个PLC、计算机和智能设备组织成一个网络。

网络之间的节点可以直接或间接地进行通信和交换信息。

网络和通信正在满足当今计算机集成制造系统（CIMS）和智能工厂的发展需求。它可以使工业控制从点到线，再到空中，将设备级控制、生产线控制、工厂管理控制融为一体，从而创造更高的控制水平。好处。这种无限光明的前景对于我们这一代人来说已经越来越清晰。

随着智能工厂和物联网的发展，工厂设备的联合控制、PLC与上位机等智能产品的数据交互、大数据应用等领域将极大促进传统自动化与网络技术的紧密结合。随着我国制造业的发展实现由大到强的升华，PLC应用技术将会得到更大的发展。