1.1 PLC简介
1.1.1 PLC的产生和定义
PLC是可编程控制器（Programmable Controller）的简称，1968年美国的通用汽车公司首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，这时的PLC只能用于执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）。PLC最早用于取代汽车生产线上的继电器控制系统，随即扩展到食品加工、制造、冶金等工业部门。1971年日本引进了这项生产技术，并开始生产自己的PLC，如现在广泛使用的三菱公司的FX系列PLC。
进入20世纪70年代后，随着半导体技术及微机技术的发展，PLC采用了微处理器作为中央处理器，输入/输出单元和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC具有多项优点，形成了各种规格的系列产品，成为一种新型的工业自动控制标准设备。这时的PLC不仅具有逻辑判断功能，还具有数据处理、PID控制和数据通信功能，因此被改称为可编程控制器。
1987年2月，国际电工委员会（IEC）在可编程控制器的标准草案中做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统连成一个整体，并易于扩充其功能。”
PLC具有很多通用计算机所不具备的功能和结构。如PLC有很多适于各种工业控制系统的模块，它的内部有一套功能完善且简单的管理程序，能够完成故障检查、用户程序输入、修改、执行与监视等。PLC采用以传统电气图为基础的梯形图语言编程，方法简单且易于学习和掌握。在控制系统应用方面，PLC优于计算机，它易于和自动控制系统连接，可以方便灵活地构成不同要求、不同规模的控制系统，其对环境的适应性和抗干扰能力极强，所以可将PLC称为工业控制计算机。由于这些特点，目前PLC已成为工业自动控制系统的重要支柱。
1.1.2 PLC的功能及特点
1．可靠性高、抗干扰能力强
由于PLC是专为工业控制而设计的，因此除了对元器件进行筛选外，在软件和硬件上都采用了许多抗干扰的措施，如屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等，这些措施大大地提高了PLC的抗干扰能力和可靠性。另外由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以能在很大程度上减少软故障的发生。在一些高档的PLC中，还采用了双CPU模块并行工作的方式，如OMRON 2000H大型机，即使它的一个CPU出现故障，系统也能正常工作，同时还可以修复或更换有故障的CPU模块，这样就极大地增加了控制系统整体的可靠性，PLC的平均无故障时间达到30万小时以上。
2．适应性强，应用灵活
由于PLC是系列化产品，其品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，所以组合和扩展非常方便，用户可以根据自己的需要灵活选用，以满足各种不同控制系统的需要。
3．编程方便，易于使用
PLC是面向现场应用的电子设备，一直采用大多数电气技术人员熟悉的梯形图语言，梯形图语言延续使用继电器控制系统的许多符号和规定，不仅形象直观，而且易学易懂，电气工程师和具有一定基础的技术操作人员都可以在短时间内学会。
4．具有各种接口，与外部设备连接方便，适用范围广
目前PLC的产品已经系列化、模块化，具有各种数字量、模拟量的I/O接口，能直接接入生产现场的多种规格的直流、交流信号，其输出接口在多数情况下也可以直接与各种执行器（继电器、接触器、电磁阀、调节阀等）相连接，因此能方便地进行系统配置，组成规模、功能不同的控制系统。其适应能力非常强，利用它可以控制一台单机自动化系统，也可以控制一条生产线，还可以使用在复杂的集散控制系统中。
5．功能完善
PLC具有模拟量和数字量输入/输出、逻辑运算、定时、计数、数据处理、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和生产过程控制，通过编程器在线和离线修改程序，就能更改系统的控制功能及要求。
1.1.3 PLC的分类及性能指标
1．PLC的分类
（1）根据生产厂家的产品类型和系列分类。目前PLC的生产厂家很多，但主要分为欧、美、日三大块。在中国市场上，欧洲最具代表性的是西门子公司的产品，美国的代表产品是AB与GE公司的产品，日本的代表产品是三菱、欧姆龙公司的产品。各公司产品型号、规格的命名方式都不统一。
（2）根据PLC的I/O点数和存储器容量分类。按照PLC I/O点数、存储器容量的不同，PLC大体上可以分为大、中、小三个等级。小型PLC的I/O点数在256点以下，用户程序存储器容量为2K字以下（1K=1024，存储一个1或0的二进制码称为一位，一个字为16位）。有的PLC用“步”来衡量，一步占用一个地址单元，它表示PLC能存放多少用户程序。中型PLC的I/O点数在256～2048之间，用户程序存储器容量一般为2～8K字。大型PLC的I/O点数在2048点以上，用户程序存储器容量在8K字以上。
（3）按照结构形式分类。PLC按照结构形式不同可分为单元式、模块式和叠装式3种结构形式。
① 单元式（箱体式）结构的PLC。这种结构的PLC是将PLC的电源、中央处理器、输入/输出部件集中配置在一起，有的甚至全部安装在一块印制电路板上，装在一个箱体内，通常称为主机（或基本单元），如三菱公司的FX0N、FX2N系列PLC。整体式PLC结构紧凑，体积小，质量轻，价格低，但主机的I/O点数固定，使用不灵活，小型PLC常使用这种结构。
② 模块式（积木式）结构的PLC。这种结构的PLC是将PLC的各个部分以模块的形式分开，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块，把这些模块插入机架底板上，组装在一个机架内。这种结构配置灵活，装配方便，便于扩展，一般中型和大型PLC常采用这种结构，如三菱公司的A系列PLC，但模块式结构较为复杂，且造价较高。
③ 叠装式结构的PLC。这种结构的PLC是单元式和模块式相结合的产物。把某一系列PLC工作单元的形式制作成尺寸一致的外观，CPU、I/O口及电源也可以做成独立的，采用电缆连接各个单元，在控制设备中安装时可以一层一层地叠装，这就是叠装式PLC，如西门子公司的S7-200系列PLC就属于这种形式。
（4）按照PLC功能的强弱分类。按照PLC功能的强弱可以大致分为低档机、中档机、高档机三种。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数等基本功能，有的还增设了模拟量处理、算术运算、数据传送等功能，可以实现逻辑、顺序、计时、计数等控制。中档PLC除了具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送、通信联网等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务。高档PLC除具有中档机的功能外，增设带符号算术运算、矩阵运算等功能，使其运算能力提高，高档机还具有模拟调节、联网通信、监视、记录和打印等功能，使PLC的功能更多更强，能进行远程控制和大规模过程控制，构成集散控制系统。
2．PLC的主要性能指标
（1）输入/输出（I/O）点数。I/O点数是指PLC的外部输入、输出端子数。PLC的输入、输出信号有开关量和模拟量两种，对于开关量用最大的I/O点数表示，而对于模拟量用最大的I/O通道数表示。
（2）PLC内部继电器的种类和点数。它包括辅助继电器、特殊辅助继电器、定时器、计数器和移位寄存器等。
（3）用户程序存储量。PLC的用户程序存储器用于存储通过编程器编入的用户程序。通常用K字（KW）、K字节（KB）、K位来表示。
（4）扫描时间。扫描时间是指PLC执行一次解读用户逻辑程序所需的时间，一般情况下用一个粗略指标表示，即用每执行1000条指令所需时间来估算，通常为10ms左右，小型机可能大于20ms。也有用ms/K为单位表示的，如20ms/K字表示扫描1K字的用户程序需要的时间为20ms。
（5）编程语言及指令功能。PLC常用的编程语言有梯形图语言、助记符语言、流程图语言及某些高级语言等，目前使用最多的是前两种，不同的PLC具有不同的编程语言。PLC的指令可分为基本指令和扩展指令，基本指令是各种类型的PLC都有的，主要是逻辑指令，不同厂家、不同型号的PLC其指令扩展的深度是不同的。
（6）工作环境。一般PLC的工作温度为0～55℃，最高为60℃，储藏温度为 -20～+85℃，相对湿度为5%～95%，空气条件是周围不能混有可燃性、易爆性和腐蚀性气体。
（7）可扩展性。小型PLC的基本单元（主机）多为开关量的I/O接口，各个生产厂家在PLC基本单元的基础上，发展了各种智能扩展模块，如模拟量处理模块、高速处理模块、温度控制模块、通信模块等。智能扩展模块的多少是反映PLC产品功能的指标之一。