1.1 PLC的特点、分类、性能指标和应用领域

1.1.1 PLC的特点

（1）可靠性高、抗干扰能力强

由于采用了大规模集成电路和微处理器，使系统器件数大大减少，并且在硬件设计和制作过程中采取了一系列的屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，使PLC能适应恶劣的工作环境，具有较高的可靠性。

（2）编程简单、使用方便

由于采用了面向控制过程的编程语言，使用户易于掌握。PLC的开发商为了便于工程技术人员学习和掌握PLC，采取了与继电器、接触器控制原理相似的梯形图语言，从而使之易学、易懂，易于编程、易于修改。

（3）采用模块化结构

为了适应各种工业控制的需要，除了小型的单元式PLC外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC模块、电源模块、I/O模块等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需求自行组合。

（4）系统设计、制作周期短，容易维护

PLC产品正朝着系列化、标准化的方向发展，通常只需根据控制系统的要求，选用相应的模块进行组合设计即可；同时用软件编程代替了继电器、接触器控制系统的硬连线，大大减轻了接线工作；PLC还具有故障检测和显示功能，使处理故障的时间大大缩短。

（5）丰富的I/O接口

PLC除具有计算机的基本部分（如CPU、存储器）外，还有丰富的I/O接口模块。对不同的现场信号都有相应的I/O接口模块与工业现场的器件或设备直接连接。此外，为了提高PLC的操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业控制网络，还配备了多种通信联络的接口模块。

（6）体积小、重量轻、功耗低

由于采用半导体集成电路，与传统的继电器控制系统相比，其体积小、重量轻、功耗低。

1.1.2 PLC的分类

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。通常是根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等对PLC进行大致分类。

（1）按结构形式分类

① 整体式PLC。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低等特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

② 模块式PLC。模块式PLC是将PLC各组成部分分别作为若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块安装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。

③ 叠装式PLC。这是一种新的结构形式，将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可使其体积小巧。

（2）按功能分类

①低档PLC。具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

② 中档PLC。除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信连网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。

③ 高档PLC。除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC具有更强的通信连网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

（3）按I/O点数分类

①小型PLC。I/O点数为256点以下的为小型PLC。其中，I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC。

② 中型PLC。I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC。

③ 大型PLC。I/O点数为2048以上的为大型PLC。其中，I/O点数超过8192点的为超大型PLC。

在实际应用中，一般PLC功能的强弱与其I/O点数的多少是相互关联的，即PLC的功能越强，其可配置的I/O点数越多。因此，通常所说的小型、中型、大型PLC，除指其I/O点数不同外，同时也表示其对应功能为低档、中档、高档。

1.1.3 PLC的性能指标

（1）用户存储器容量

PLC的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC的存储容量一般指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。通常用K字（KW）、K字节（KB）或K位表来示。其中，1K=1024，也有的PLC直接用所能存放的程序量表示。小型PLC用户存储器容量多为几KB，而大型PLC可达到几MB。

（2）I/O点数

I/O的点数是指外部I/O端子的数量总和，决定了PLC可控制的输入开关信号和输出开关信号的总体数量。I/O点数是描述PLC大小的一个重要参数。I/O点数越多，外接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。

（3）扫描速度

扫描速度是指PLC执行用户程序的快慢，它是一个重要的性能指标，决定了系统的实时性和稳定性。扫描速度与扫描周期成反比。通常是指PLC扫描1KB用户程序所需的时间，一般以ms/KB为单位。其中CPU的类型、机器字长等因素直接影响PLC的运算精度和运行速度。

（4）指令的种类和数量

某种程序上用户程序所完成的控制功能受限于PLC指令的种类和功能。PLC指令的种类和功能越多，PLC的处理能力和控制能力越强，用户编程就越方便简单，越容易完成复杂的控制任务。

（5）内部寄存器的种类和数量

用户编制PLC程序时，需要大量使用PLC内部的寄存器存放变量、中间结果、定时计数、模块设置及各种标志位等数据信息，因此内部寄存器的数量直接关系到用户程序的编制。

内部寄存器的种类和数量越多，表明PLC存储和处理各种信息的能力越强。

（6）PLC的扩展能力

一般来说可扩展性包括存储容量的扩展、I/O点数的扩展、模块的扩展、通信连网功能的扩展等。

另外，PLC的电源、编程语言和编程器、通信接口类型等也是不容忽视的技术指标。

1.1.4 可编程控制器的应用

（1）开关逻辑控制

这是PLC最广泛应用的领域，它取代了传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单机控制，也可用于多机群控制及生产自动流水线控制，如注塑机、印刷机械、组合机床、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）模拟量控制

在工业生产过程中，常要对一些大小是连续变化的模拟量（如电流、电压、温度、压力、流量、液位和速度等）进行控制。为了使PLC能处理模拟量，PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块。A/D模块把外电路的模拟量转换成数字量。D/A模块是把数字量转换成模拟量，再送给外电路。

（3）运动控制

PLC使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，可以实现单轴、双轴、3轴或多轴联动的位置控制，使运动控制和顺序控制有机地结合在一起。PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械，例如，金属切削机床、金属形成机械、装配机械、机器人等。

（4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量进行闭环控制。PLC通过其模拟量I/O模块、数据处理及数据运算功能，实现对模拟量的闭环控制。现代大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有些小型PLC也具有此功能模块。具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当控制过程中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，并把变量保持在设定值上。

（5）数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传递、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，以完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到其他的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的大型控制系统。

（6）通信和连网

为了适应近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散系统等发展的需要，首先，必须发展PLC之间、PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅要求PLC数据通信速率高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。PLC之间、PLC和上级计算机之间都采用光纤通信，多级传递，I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理信息的分布式网络系统，这样就可以达到实时控制的目的，并能及时发现及解决问题。