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），為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業中占有優勢，提出要研制一種新型的工業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要求，即：

1）  編程簡單方便，可在現場修改程序；

2）  硬件維護方便，是插件式結構；

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）  可將數據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，能直接驅動電磁閥；

9）  擴展時，原有系統只需做很小的改動；

10）              用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。根據招標要求，1969年美國數字設備公司（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，從而開創了工業控制新時期。

二、    可編程控制器的應用領域

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

開關量的邏輯控制

這是可編程控制器zui基本、zui廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，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、包裝生產線、電鍍流水線等。

模擬量控制

在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，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，必須實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，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。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用的運動控制模塊。如可驅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控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。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用。

數據處理

　　現代可編程控制器具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據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，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統;也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

通信及聯網

　　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備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的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展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現;從產品規模上看，會進一步向超小型及超大型方向發展;從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規格更齊全，的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求;從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷市場的局面，會出現通用的編程語言;從網絡的發展情況來看，可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展，可編程控制器作為自動化控制網絡和通用網絡的重要組成部分，將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。

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，適宜安裝在工作現場的、為進行生產控制所設計的計算機。因而它和計算機有基本類似的結構，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。生產現場的工人易于掌握和使用它，便于普及和應用。

（2）可靠性高，抗*力強，適于在惡劣的生產環境下運行。它*不需要一般計算機所要求的環境。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、信息的保護與恢復等），以提高可靠性，適應生產現場的要求。

（3）系統采用了分散的模塊化結構。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的功能與適應性。

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

（5）相對于繼電器邏輯控制而言，PC可節省大量繼電器，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*的聯網通訊能力。通過簡單的組合可連成*域網，在網絡間通訊。并可通過網絡連接主控級的計算機，實現計算機集成制造系統對全廠的自動化生產和管理都能進行控制。

四、    PLC的基本結構

PLC實質是一種于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： 　　a、電源 　　PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去 　　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據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，zui后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，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構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。 　　c、存儲器 　　存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。 　　存放應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與現場控制的接口界面的輸入通道。 　　2、現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。 　　e、功能模塊 　　如計數、定位等功能模塊 　　f、通信模塊 　　如以太網、RS485、通訊模塊等

五、    可編程控制器的發展趨勢

PLC的技術從誕生之日起，就不停地發展。PLC的定義也經過多次變動。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用于專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備都應按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。
可見，PLC的定義實際是根據PLC的硬件和軟件技術進展而發展的。這些發展不僅改進了PLC的設計，也改變了控制系統的設計理念。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，現在獲得更大的發展動力；

高密度的I/O系統，以低成本提供了節省空間的接口；

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，網絡，CAN總線，現場總線，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構設計改進，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、應力測量、快速響應脈沖等；

外部設備改進了操作員界面技術，系統文檔功能成為了PLC的標準功能。

以上這些硬件的改進，導致了PLC的產品系列的豐富和發展，使PLC從zui小的只有十個I/O點的微型PLC，到8000點的大型PLC，*。這些產品系列，用普通的I/O系統和編程外部設備，可以組成局域網，并與辦公網絡相連。整個PLC的產品系列概念對于用戶來說，是一個非常節約成本的控制系統概念。

與硬件的發展相似，PLC的軟件也取得了巨大的進展，大大強化了PLC的功能：

PLC引入了面向對象的編程工具，并且根據電工委員會的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，并且因此延伸了應用領域；

語言，如BASIC，C在某些控制器模塊中已經可以實現，在與外部通訊和處理數據時提供了更大的編程靈活性；

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

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

浮點運算可以進行控制應用中計量、平衡和統計等所牽涉的復雜計算；

數據處理指令得到簡化和改進，可以進行涉及大量數據存儲、跟蹤和存取的復雜控制和數據采集和處理功能。

盡管PLC比原來復雜了很多，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的基本技術領域

在當今的工業界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個大腦，簡單的講，可大概分為兩個領域：

       其一為單機控制為主的一切設備自動化領域，比如：包裝機械、印刷機械、紡織機械、注塑機械、自動焊接設備、隧道盾構設備、水處理設備、切割、多軸磨床、冶金行業的輥壓、連鑄機械....太多了，這些設備的所有動作，加工都需要靠依據工藝設定在PLC內的程序來指導執行和完成，就如人的大腦；

       其二為過程控制為主的流程自動化行業，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、太陽能、水泥、石油、石化、鐵路交通...也太多了。這些行業所有設備的連續生產運行，總存在許多的監控點和大量的實時參數，而要監視、控制、和采集這些流程參數和相關的工藝設備，也必須依靠PLC這個大腦來完成，當然傳統叫法也有DCS，盡管設計之初的理念不一樣，但現技術路線已逐漸融合。