可编程逻辑控制器

2026-05-23 01:41:14

　　（可编程逻辑控制器）一般指可编程逻辑控制器（以微处理器为核心的一种通用工业自动控制装置）

　　可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置

　　，采用可编程存储器作为内部指令记忆装置，具有逻辑、排序、定时、计数及算术运算等功能。

　　，支持梯形图、功能模块图等多种编程语言，广泛应用于汽车制造、能源化工、机械加工等领域

　　。是在继电器一接触器控制的基础上发展起来的。1969年，美国数字设备公司研制出第一台可编程逻辑控制器

　　。1974年，中国开始研制可编程逻辑控制器，1977年开始应用于工业生产

　　。21世纪，随着IEC61131系列标准尤其是IEC61131-3编程语言标准的推广实施，PLC步入开放和标准化时代。

　　随着现代科学技术的发展，PLC不仅仅是作为逻辑的顺序控制，而且还可以接收各种数字信号、模拟信号，进行逻辑运算、函数运算和浮点运算等

　　器(Programmable Logic Controller，PLC)，一种具有

　　等功能单元组成。早期的可编程逻辑控制器只有逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器，后来随着不断地发展，这些当初功能简单的

　　等各类功能，名称也改为可编程控制器(Programmable Controller)，但是由于它的简写PC与

　　)的简写相冲突，加上习惯的原因，人们还是经常使用可编程逻辑控制器这一称呼，并仍使用PLC这一缩写。

　　工业上使用的可编程逻辑控制器已经相当或接近于一台紧凑型电脑的主机，其在扩展性和可靠性方面的优精几阿势使其被广泛应用于各类

　　控制系统修改难、体积大、噪声大、维护不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十条”招标指标。

　　-8)；1973年，德国研制出第一台可编程控制器；1974年，中国开始研制可编程控制器：1977年，中国在工业

　　20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业

　　发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

　　、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在

　　20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入

　　能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的

　　20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了

　　(CPU)是PLC的控制中枢，也是PLC的核心部件，其性能决定了PLC的性能。

　　相连。中央处理器的作用是处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统使之协调。

　　和其他一些信息。其中系统程序是控制PLC实现各种功能的程序，由PLC生产厂家编写，并固化到

　　PLC除上述几部分外，根据机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程、实现监控以及网络通信。常用的外部设备有编程器、打印机、

　　整体式PLC是将电源CPU、输入/输出接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。

　　模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、输入/输出模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。

　　将整体式PLC和模块式PLC的特点结合起来，即构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC的CPU、电源、输入/输出接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行连接的，并且各模块可以一层层地叠装起来。这样系统不但可以灵活配置，还可以做得体积小巧。

　　一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的

　　在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这

　　中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能

　　在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的

　　存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该

　　即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和

　　变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

　　后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经

　　①PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，这种方式减少了外界干扰的影响。

　　②PLC的工作过程是循环扫描的过程，循环扫描时间的长短取决于指令执行速度、用户程序的长度等因素。

　　。PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，当采样阶段结束后，输入状态的变化将要等到下一个

　　指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专业知识，就可进行编程。

　　，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。

　　(4)输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号(如直流或交流、开关量、

　　或模拟量、电压或电流等)，均有相应的模板可与工业现场的器件(如按钮、开关、传感

　　相比，PLC的安装既不需要专用机房，也不需要严格的屏蔽措施。使用时只需把检测器件与执行机构和PLC的

　　快。由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。

　　大量采用，大大增强了PLC的能力，并且使PLC与微型机控制系统之间的差别越来越小，特别是高档PLC更是如此。

　　，它按照逻辑条件进行顺序动作和按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照

　　监视。由于这些控制和监视的要求，使PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。PLC厂家在原来CPU模板上提逐渐增加了各种

　　，使PLC的应用范围越来越广泛。 PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因。

　　PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，有母板，数字I/O模板，模拟I/O模板，还有特殊的

　　等，加上触摸屏的人机界面支持，PLC可以满足用户在过程控制中任何层次上的需求。

　　的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与

　　形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、

　　有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需

　　I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

　　大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

　　之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

　　的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

　　简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有

　　、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着

　　的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要

　　运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用

　　解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用

　　（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的

　　应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含

　　速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式：

　　2）1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络；

　　4）专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。

　　为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如

　　公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到

　　，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责

　　到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。

　　（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、

　　）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。

　　确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息

　　要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.2ms/K。

　　可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU

　　分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数

　　整体型可编程逻辑控制器的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型可编程逻辑控制器提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

　　所带的辅助点（阀门开关后变位），接触器所带的辅助点（接触器动作后变位）、

　　（热继电器动作后变位），这些点一般都传给PLC或综保装置，电源一般是由PLC或综保装置提供的，自己本身不带电源，所以叫无源接点，也叫PLC或综保装置的开入量。

　　上输出的零件数目时，每送出一个零件便给电子电路一个信号，使之记1，而平时没有零件送出时加给电子电路的信号是0，所在为记数。可见，零件数目这个信号无论在时间上还是在数量上都是

　　突跳，所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续的。而且，这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的

　　先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。

　　，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱（即Sa函数）的乘积。这样，用Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为

　　一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次

　　（Sa函数和理想低通）可以合并（级联），并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。

　　PLC产品的种类繁多。PLC的型号不同，对应着其结构形式、性能、容量、

　　、编程方式、价格等均各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高

　　较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。

　　PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。

　　硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设

　　、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和

　　内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有

　　2)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。

　　)等各种逻辑控制方式。大部分PLC就是用来取代传统的继电接触器控制系统。

　　，除了要有开关量的输入输出外，还要有模拟量的输入输出点，以便采样输入和调节输出实现对温度、流量、压力、位移、速度等参数的连续调节与控制。目前的PLC不但大型、中型机具有这种功能外，还有些小型机也具有这种功能。

　　)时，可利用PLC实现接收和输出高速脉冲的功能，实现数字量控制，较为先进的PLC还专门开发了数字控制模块，可实现曲线插补功能，近来又推出了新型运动单元模块，还能提供数字量

　　是十分必要的功能，在此基础上将PLC与上位计算机或触摸屏相连接，既可以观察这些数据的

　　插入到该单元中保存采集到的数据。PLC的另一个特点是自检信号多．利用这个特点，PLC控制系统可以实现自诊断式监控，减少系统的故障，提高系统的可靠性。

　　在智能制造领域，通过实时数据分析，智能PLC 系统能够自动调整操作参数，以适应不断变化的生产需求和环境条件。这不仅加快了生产过程，而且提升了产品质量和系统稳定性。其应用框架如下。

　　过程控制层：这一层是PLC 的核心，负责对生产过程进行直接控制。它完成过程变量的数据采集、实时存储、处理和传输功能。人机接口不应直接接入过程控制层。

　　操作监控层：这一层是PLC 的主要人机接口，负责对来自过程控制层的数据进行处理、存储，实现集中操作管理的功能。操作监控层设备不应直接带有过程接口单元，过程变量不应通过操作监控层设备接入到PLC。

　　数据服务层：这一层是PLC 内部网络与外部网络数据交换的中间层，用于向间接参与生产过程的用户提供数据服务。数据服务层应通过代理服务器或工业级防火墙等设备与过程控制层和操作监控层进行数据交换，不应直接建立数据通信。与生产操作或系统管理直接相关的数据服务（如报警、历史记录、诊断等）不应在数据服务层实现。