1.1 PLC的特點、分類、性能指標和應用領域

1.1.1 PLC的特點

（1）可靠性高、抗干擾能力強

由于采用了大規模集成電路和微處理器，使系統器件數大大減少，并且在硬件設計和制作過程中采取了一系列的屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，使PLC能適應惡劣的工作環境，具有較高的可靠性。

（2）編程簡單、使用方便

由于采用了面向控制過程的編程語言，使用戶易于掌握。PLC的開發商為了便于工程技術人員學習和掌握PLC，采取了與繼電器、接觸器控制原理相似的梯形圖語言，從而使之易學、易懂，易于編程、易于修改。

（3）采用模塊化結構

為了適應各種工業控制的需要，除了小型的單元式PLC外，絕大多數PLC均采用模塊化結構。PLC模塊、電源模塊、I/O模塊等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需求自行組合。

（4）系統設計、制作周期短，容易維護

PLC產品正朝著系列化、標準化的方向發展，通常只需根據控制系統的要求，選用相應的模塊進行組合設計即可；同時用軟件編程代替了繼電器、接觸器控制系統的硬連線，大大減輕了接線工作；PLC還具有故障檢測和顯示功能，使處理故障的時間大大縮短。

（5）豐富的I/O接口

PLC除具有計算機的基本部分（如CPU、存儲器）外，還有豐富的I/O接口模塊。對不同的現場信號都有相應的I/O接口模塊與工業現場的器件或設備直接連接。此外，為了提高PLC的操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業控制網絡，還配備了多種通信聯絡的接口模塊。

（6）體積小、重量輕、功耗低

由于采用半導體集成電路，與傳統的繼電器控制系統相比，其體積小、重量輕、功耗低。

1.1.2 PLC的分類

PLC產品種類繁多，其規格和性能也各不相同。通常是根據其結構形式的不同、功能的差異和I/O點數的多少等對PLC進行大致分類。

（1）按結構形式分類

① 整體式PLC。整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低等特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。整體式PLC由不同I/O點數的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電源等，沒有CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。

② 模塊式PLC。模塊式PLC是將PLC各組成部分分別作為若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成，模塊安裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據需要選配不同規模的系統，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。

③ 疊裝式PLC。這是一種新的結構形式，將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC的CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行連接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統可以靈活配置，還可使其體積小巧。

（2）按功能分類

①低檔PLC。具有邏輯運算、定時、計數、移位及自診斷、監控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。

② 中檔PLC。除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信連網等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統。

③ 高檔PLC。除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其他特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC具有更強的通信連網功能，可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統，實現工廠自動化。

（3）按I/O點數分類

①小型PLC。I/O點數為256點以下的為小型PLC。其中，I/O點數小于64點的為超小型或微型PLC。

② 中型PLC。I/O點數為256點以上、2048點以下的為中型PLC。

③ 大型PLC。I/O點數為2048以上的為大型PLC。其中，I/O點數超過8192點的為超大型PLC。

在實際應用中，一般PLC功能的強弱與其I/O點數的多少是相互關聯的，即PLC的功能越強，其可配置的I/O點數越多。因此，通常所說的小型、中型、大型PLC，除指其I/O點數不同外，同時也表示其對應功能為低檔、中檔、高檔。

1.1.3 PLC的性能指標

（1）用戶存儲器容量

PLC的存儲器由系統程序存儲器、用戶程序存儲器和數據存儲器三部分組成。PLC的存儲容量一般指用戶程序存儲器和數據存儲器容量之和，表征系統提供給用戶的可用資源，是系統性能的一項重要技術指標。通常用K字（KW）、K字節（KB）或K位表來示。其中，1K=1024，也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。小型PLC用戶存儲器容量多為幾KB，而大型PLC可達到幾MB。

（2）I/O點數

I/O的點數是指外部I/O端子的數量總和，決定了PLC可控制的輸入開關信號和輸出開關信號的總體數量。I/O點數是描述PLC大小的一個重要參數。I/O點數越多，外接的輸入設備和輸出設備就越多，控制規模就越大。

（3）掃描速度

掃描速度是指PLC執行用戶程序的快慢，它是一個重要的性能指標，決定了系統的實時性和穩定性。掃描速度與掃描周期成反比。通常是指PLC掃描1KB用戶程序所需的時間，一般以ms/KB為單位。其中CPU的類型、機器字長等因素直接影響PLC的運算精度和運行速度。

（4）指令的種類和數量

某種程序上用戶程序所完成的控制功能受限于PLC指令的種類和功能。PLC指令的種類和功能越多，PLC的處理能力和控制能力越強，用戶編程就越方便簡單，越容易完成復雜的控制任務。

（5）內部寄存器的種類和數量

用戶編制PLC程序時，需要大量使用PLC內部的寄存器存放變量、中間結果、定時計數、模塊設置及各種標志位等數據信息，因此內部寄存器的數量直接關系到用戶程序的編制。

內部寄存器的種類和數量越多，表明PLC存儲和處理各種信息的能力越強。

（6）PLC的擴展能力

一般來說可擴展性包括存儲容量的擴展、I/O點數的擴展、模塊的擴展、通信連網功能的擴展等。

另外，PLC的電源、編程語言和編程器、通信接口類型等也是不容忽視的技術指標。

1.1.4 可編程控制器的應用

（1）開關邏輯控制

這是PLC最廣泛應用的領域，它取代了傳統的繼電器控制電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單機控制，也可用于多機群控制及生產自動流水線控制，如注塑機、印刷機械、組合機床、裝配生產線、包裝生產線、電鍍流水線及電梯控制等。

（2）模擬量控制

在工業生產過程中，常要對一些大小是連續變化的模擬量（如電流、電壓、溫度、壓力、流量、液位和速度等）進行控制。為了使PLC能處理模擬量，PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊。A/D模塊把外電路的模擬量轉換成數字量。D/A模塊是把數字量轉換成模擬量，再送給外電路。

（3）運動控制

PLC使用專用的指令或運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可以實現單軸、雙軸、3軸或多軸聯動的位置控制，使運動控制和順序控制有機地結合在一起。PLC的運動控制功能廣泛應用于各種機械，例如，金屬切削機床、金屬形成機械、裝配機械、機器人等。

（4）過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續變化的模擬量進行閉環控制。PLC通過其模擬量I/O模塊、數據處理及數據運算功能，實現對模擬量的閉環控制。現代大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有些小型PLC也具有此功能模塊。具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當控制過程中某個變量出現偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，并把變量保持在設定值上。

（5）數據處理

現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳遞、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值進行比較，以完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到其他的智能裝置，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、食品工業中的大型控制系統。

（6）通信和連網

為了適應近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統、柔性制造系統（FMS）及集散系統等發展的需要，首先，必須發展PLC之間、PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅要求PLC數據通信速率高，而且要考慮出現停電、故障時的對策等。PLC之間、PLC和上級計算機之間都采用光纖通信，多級傳遞，I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后采用網絡連接構成集中管理信息的分布式網絡系統，這樣就可以達到實時控制的目的，并能及時發現及解決問題。