可编程控制器的应用
微机技术已经并继续在改变世界。以微机技术为基础的可编程控制器也正在改变着工厂自动控制的面貌。随着科学技术的迅猛发展，可编程控制器以其可靠性极高、能经受恶劣环境的考验，使用极方便的巨大优越性，迅速占领工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品，与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。
可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机。初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。在保留了原来逻辑控制器的所有优点的同时,它吸收发展了其它控制设备（如过程仪表、集散系统、分散系统等）的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。
国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程序控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展及功能的原则而设计。
所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。我公司生产的GZPK100系列高速旋转式压片机就采用PLC的控制方式。
PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。
操作：PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。
PLC的产生已有30余年的历史，其发展大致可分为三个阶段。
20世纪70年代的PLC，其主要功能只是执行原先由继电器控制装置完成的顺序控制、定时、计数等。
20世纪80年代，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器市场价格大幅下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。为了进一步提高PLC的处理速度，不少PLC制造商还纷纷研制开发出了专用逻辑处理芯片，使得PLC的功能发生了巨大变化。
20世纪90年代，PLC的发展趋势有两大特点：其一是向体积小、速度更快功能更强、价格更便宜的微小型PLC方向发展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性、编程向IEC61131-3标准化发展。
20世纪90年代日本三菱电机公司推出的A系列PLC及西门子公司推出的S7-400系列PLC都属于大型PLC。
21世纪的PLC将向更加开放性的方向发展。从技术看，计算机技术的新成果会更多的应用于PLC的设计及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能化更强的产品出现。
我国PLC的研制和生产也有近30年的历史。最初在引进设备中大量使用PLC。通过技术引进，消化吸收，国产化PLC的生产厂家在1990年就有近30个，品种也有20余个。目前国产PLC已具有相当规模。原中外合资光洋电子（无锡）有限公司生产的PLC有超小型机PL系列；小型机SN系列、SM系列、SN系列、SZ系列、SR系列；中型机系列DL350、SU系列。其中SU-5M/6M最大I/O可达2048点。大连组合机床研究生产的S系列PLC、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列PLC等产品都具有一定规模并在工业控制中获得了广泛应用。可以预期，随着我国工业化、信息化进程的加快，PLC在我国将有更广阔的应用。
按控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。
1、 用于开关量逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，即可用于单台设备控制，又可用于多机群控及自动化流水线。如组合机床、磨床、注塑机、印刷机、订书机、包装流水线。
2、用于模拟量控制
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量，其通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间的转换，也即A/D转换及D/A转换。几乎各主要PLC制造厂商都有配套的A/D和D/A模块，使PLC可很方便地用于模拟量控制。
3、数据处理
现代PLC几乎都具有数学运算（含逻辑运算、函数运算、距阵运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析、处理及显示。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，也可以将它们打印制表。数据处理一般用于较复杂的大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、化工、食品工业的一些大型控制系统。
4、运动控制
PLC可以用于直线运动或圆周运动的控制。其具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）紧密结合，实现数字控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用运动控制模块。如可驱动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。几乎各主要PLC制造厂商都有运动控制功能。广泛用于各种机床、机器人、电梯等场合。
5、用于通信联网控制系统
高功能的PLC具有较强的通信联网功能，可实现PLC与PLC、PLC与远程I/O、PLC与上位计算机之间的通信，从而可形成多层分布式控制系统或工厂自动化（FA）网络。因此，使用PLC可以很方便地构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想设备。
5.16.3 PLC的特点
PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。
1.可靠性高，抗干扰能力强
工业生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求，因为工业生产过程往往是昼夜连续生产，一般的生产装置几个月、甚至几年才大修一次。
工业现场的各种电磁干扰特别严重，针对这一情况，PLC采取了一系列措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，故障恢复时间短，其中主要包括：
屏蔽 对电源变压器、中央处理单元、编程器等主要部件和模块，均采用导电良好的材料进行屏蔽，以防止辐射干扰。
滤波 各输入端均采用R-C滤波器，滤波时间常数一般为10~20ms，对于一些高速输入端则采用数字滤波，其滤波时间常数可以用指令设定。
隔离 所有的输入/输出（以下均用简称I/O）接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离，减少故障和误动作。
电源调整与保护 对于微处理器所需的+5V电源，采用性能良好的开关电源，多级滤波和调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。
元件筛选 PLC所采用的元器件进行严格的老化和筛选。
模块化结构 PLC模块化结构有助于在故障情况下短时修复，一旦查出某一模块出现故障，就能迅速更换，使系统恢复正常工作。同时也有助于加快查找故障原因。
自诊断功能 软件定期地检查外界环境，一旦发现异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
信息保护和恢复 当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息；一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦故障条件消失，就可以恢复正常，继续原来的工作，所以PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。一旦检测到外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。
双CPU冗余系统 大型PLC还可以采用由双CPU构成的冗余系统或由三CPU构成的表决式系统，使可靠性更进一步提高。
由于采取了上述一系列措施，PLC的MTBF时间已达几十万小时。
2. 丰富的I/O接口模块
由于PLC是工业生产过程自动控制系统中的一个控制中枢，要实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC除了具有计算机的基本部分外，还要有丰富的I/O接口模块。
PLC针对不同的工业现场信号（如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、强电或弱电等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、光电开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。
为了提高操作性能和直观性，它还有多种人一机对话的接口模块；为组成工业局部网络，它还有多种通信联网的接口模块等。
3. 编程简单
PLC的梯形图编程语言类似于继电器控制线路的梯形图，它继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到工程技术人员的读图习惯，易于接受，因此受到普遍欢迎。在最初的梯形图编程语言中，主要有人们熟悉的常开触点和线圈、定时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人理解和掌握。
现在，PLC的功能大大增强，众多的功能指令也可以用梯形图语言来描述，也很容易使初用户接受。
4. 安装简单、维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，系统便可投入运行。
PLC的各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户了解PLC的运行情况和查找故障。
为适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各部件都采用模块化设计，由机架或导轨及电缆将各模块连接起来。由于PLC采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
5. 配套齐全、功能完善
PLC发展到今天，已形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以适用于各种规模的工业控制场合。PLC除了逻辑功能外，现代PLC几乎都有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来，由于PLC智能化单元模块的大量涌现，使PLC的应用渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中，加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得非常容易。
6. 体积小、重量轻、能耗低
目前的超小型PLC，其底部尺寸小于100mm×100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
7.系统设计、调试周期短
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，与传统的继电器控制方式比，大大地减少了控制设备的外接线；PLC系统硬件设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，使控制系统设计及建造周期大大缩短了。
5.16.4、PLC的分类
PLC的产品很多，型号规格也不统一，通常可以分以下三种情况分类：
1、按PLC的结构形式不同可分为整体式和模块式。
2、按PLC的I//O点数分类可分为大、中、小三个等级。
3、按PLC的功能不同，有可分为高、中、低档三种。
5.16.5、PLC系统的组成
PLC是以CPU为核心的电子系统，实质上它是一种工业控制用的专用计算机。PLC系统的组成与微机系统基本相同，它是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入输出模块、电源模块、I/O扩展接口、外设I/O接口以及编程器等部分组成PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。
5.16.6、PLC的工作原理
1、PLC的工作方式
PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式。用户首先要根据某一具体的要求编制好程序，然后输入到PLC的用户程序存储器中。用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。PLC运行工作时。CPU对用户程序作周期循环扫描，在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始顺序逐条的执行用户程序，直到用户程序结束，然后有返回第一条指令，开始新的议一轮扫描。在每次扫描过程中，还有完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC就是这样周而复始的重复上述的扫描循环。
2、PLC的工作过程
PLC的工作过程可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。PLC的工作过程上按这样三个阶段周期性循环扫描的。
3、PLC对输入/输出的外理原则
根据上述PLC的工作过程的特点，可得出PLC对输入输出的外理规则：
（1）输入映象寄存器的数据，取决于输入端子板上各输入点在上一个刷新期间的状态。
（2）输出元件映象寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定。
（3）输出锁存器中的数据，由上一个工作周期输出刷新阶段的输出映象寄存器的数据确定。
（4）输出端子板上各输出端的ON/OFF状态，由输出锁存器的内容来确定。
（5）程序执行过程中所需输入、输出状态，由输出映象寄存器和输出映象寄存器读出。
5.16.7、PLC程序的表达方式
1、 梯形图（LD）
2、 顺序功能图（SFC）
3、 语句表（IL） 又叫指令表，类似于计算机汇编语言的形式。
4、 功能块图 （FBD） 用来表达一个顺序控制的过程
5、 结构文本（ST）
