什么是可编程逻辑控制器（PLC）

在今天&#在工业生产中，PLC已经变得越来越重要和普遍，但很多人对它并没有很清楚的了解。今天，我们将从各个方面详细介绍PLC，以便您能够真正理解它。

可编程逻辑控制器（PLC）的定义和基本概念

PLC是一种专门为工业环境设计的数字计算和操作电子系统。它用于工业自动化，使特定流程、机器功能或整个生产线自动化。

它使用可编程存储器来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。它可以根据预编程逻辑自动控制特定流程、机器功能或生产线，处理输入数据和控制输出设备，并在工业物联网（IIoT）和工业4.0环境中以各种方式进行通信。

作为一种工业计算机控制系统，它持续监控输入设备的状态，根据自定义程序控制输出设备，实现生产过程的自动化，具有更改和复制操作、收集和通信信息的能力，系统是模块化的，可以灵活配置I/O设备。它通过数字或模拟输入和输出控制各种类型的机械设备或生产过程。

相关概念比较

PLC不同于工业PC、微控制器等。例如，PLC专注于工业控制任务，具有不同的编程方法和操作系统；与继电器逻辑系统相比，PLC编程控制更灵活，可以减少硬件布线；微控制器高度集成，适用于特定的重复性任务，而微处理器用于复杂的处理任务。

发展历程

它由Dick Morley在20世纪60年代末发明，最初用于汽车工业，以取代复杂的继电器逻辑控制系统。随着技术的发展，它不断改进，变得越来越强大，应用范围也在不断扩大。

硬件结构

它主要由CPU、I/O模块、电源、编程设备、内存等组成。CPU是核心，执行程序指令；I/O模块连接外部设备；电源供应电力；编程设备用于编写程序；存储器存储程序和数据。它包括电源、中央处理器（CPU）、输入/输出卡（I/O）和用于放置I/O卡的背板或机架。背板实现了组件之间的电气连接，每个部分协同工作。

处理器（CPU）：它是PLC的核心组件，负责执行程序指令、数据处理和逻辑运算等。不同型号的PLC具有不同的CPU性能，如处理速度、存储容量等。

输入/输出（I/O）模块：用于连接外部设备，如传感器、执行器等。输入模块接收外部信号，而输出模块向外部设备发送PLC控制信号。I/O模块分为数字和模拟两种，以满足不同类型的信号传输要求。

内存：包括系统内存和用户内存。系统内存用于存储PLC和#39；s操作系统和系统程序，而用户内存用于存储用户编写的应用程序和数据。内存的大小会影响程序的复杂性和PLC可以存储的数据量。

电源模块：为PLC的其他组件提供稳定的电源，以确保整个系统的正常运行。其性能指标包括输出电压、电流等，需要满足PLC系统的功耗要求。

PLC软件组件

系统软件：由PLC制造商提供，负责管理PLC和#39的硬件资源、执行用户程序、通信和其他基本功能。它是PLC正常运行的基本软件环境。

用户程序：由工程技术人员根据控制要求编写，实现特定的控制逻辑。用户程序通过编程软件输入PLC。编程软件提供了多种编程方法，如梯形图编程、指令表编程等，以方便用户程序设计。

PLC的工作原理

工作过程由四个基本步骤组成，它们以连续的循环执行：

输入扫描：检测连接到PLC的所有输入设备的状态。

程序扫描：执行用户创建的程序逻辑。

输出扫描：启用或禁用连接到PLC的所有输出设备。

内务管理：包括与编程终端的通信、内部诊断等。

输入模块接收来自传感器、开关和其他设备的信号，通过CPU对其进行处理，然后通过输出模块控制电机、阀门和其他设备。它可以处理数字和模拟信号。一些先进的PLC还支持网络通信和数据处理功能。

不同的PLC在硬件配置上有所不同。一些紧凑型PLC单元将CPU、输入和输出集成在同一个单元中，而在机架式模块化PLC系统中，I/O模块和CPU模块可以分开，I/O模块可以位于CPU附近或远处。

PLC的主要特点和优势

1.可靠性高：抗干扰能力强，可在恶劣的工业环境中稳定运行。例如，它的硬件使用隔离和过滤技术，软件也有各种错误检测和纠正机制。

2.灵活性高：您可以通过修改程序来适应不同的控制任务，而无需更改硬件接线。例如，在生产线上，当产品工艺发生变化时，您只需要调整PLC程序。

3.编程简单：通常使用梯形图等直观的编程语言，工程技术人员易于掌握。编程相对直观，编程语言简单，降低了复杂性和成本。

4.技术成熟：有大量的测试和研究材料，丰富的编程和集成教程。

5.价格范围广：有适合小企业和初创企业的基本型号。

6.通用性强：适用于各种过程和系统控制。

7.无机械运动部件：可靠性高，可在恶劣的工业环境中稳定运行。

8.组件更少：易于故障排除，维护停机时间更短。

9.低能耗：有助于节约能源，简化布线。

以上是它相对于传统硬连线控制系统PLC的优势。简而言之，它更容易构建、安装、维护和修改，可以远程更新程序，可以快速开发复杂的逻辑，适应恶劣的环境，执行速度快。

主要缺点和局限性

以上介绍了PLC的各种优点。同时，它也有自己的缺点和局限性。

1.处理复杂数据或大量模拟输入的处理能力有限。

2.不同厂家的PLC编程软件往往不兼容，编程接口互操作性差。

3.易受电磁干扰，可能导致内存损坏和通信故障等问题。

PLC编程

常用的编程软件包括Studio 5000 Logix Designer、Connected Components Workbench、RSLogix 500等。

编程方法包括梯形逻辑、功能块图、结构化文本、顺序功能图、指令列表等。梯形逻辑是最常用的图形编程语言，一些制造商提供专有编程软件。

其中，梯形逻辑是最常用的编程语言。它通过图形界面模拟电路图，易于理解和实现。梯形逻辑基于继电器电路硬件的图形化编程，使用“梯形图”来表示逻辑，易于理解和实现。结构化文本等语言适用于复杂的程序编写。大多数PLC编程遵循IEC 61131-3标准。

可编程逻辑控制器的类型

按大小和功能

大型PLC控制系统：如Allen-Bradley&#39；s ControlLogix 5580控制器适用于对可用性、通信、I/O和运动控制有极高要求的应用。

小型PLC控制系统：如CompactLogix 5380控制器，可以满足智能机器和设备制造的需求，有多种型号可供选择，包括标准、安全、极端温度和机载型号。

Micro-PLC控制系统：如Micro820可编程逻辑控制器系统，适用于小型独立机器控制和远程自动化应用，具有相对较少的点和功能。

根据结构形式

一体式PLC：集成控制器和HMI面板，如Unitronics产品，节省时间，减少接线，降低成本，统一编程环境。

模块化PLC：如台达#39；s AS系列，硬件结构模块化，更灵活，高度可扩展。通过扩展模块，可以满足不同规模应用的需求。它适用于大规模和复杂的应用，但它更昂贵，需要更多的维护。

选择PLC时需要考虑的关键因素

电气容量：确保与电气系统的兼容性。

处理速度：满足应用要求。

兼容性：与现有系统硬件兼容。

耐温性：大多数适用于0-60°C，一些特殊型号可以在极端温度下工作。

内存：足以存储操作系统、指令和执行函数。

连接性：有足够的端口来连接所需的外围设备。

模拟I/O：根据应用要求选择是否需要模拟输入和输出功能。

PLC应用行业和场景

制造业：广泛应用于工业自动化领域，如制造业、石油天然气、水处理、食品饮料、生命科学等行业，用于控制生产过程、设备运行、数据采集和监控等。

物流和仓储：在自动化仓库中，PLC控制堆垛机和输送机等设备，实现货物的自动存储和处理。

石油和天然气行业：用于自动化、控制和安全系统；

水和污水处理行业：实现可靠、灵活和集成的控制系统，降低项目和维护成本；

食品饮料行业：整合运营，提高绩效，确保产品一致性；

生命科学：用于构建未来的自动化和信息系统设施等。

以上详细介绍了PLC（可编程逻辑控制器）的原理、特点、应用等，以及选择时需要注意的一些关键点。我相信，读完它，你会对它有一个新的理解和全面的了解。