PLC的前世今生
PLC (Programmable Logic Controller)是“可编程逻辑控制器”的英文简称。为了减少继电器控制的弊端，技术人员在继电器控制逻辑基础上，开发了PLC，其与3C技术（Computer，Control，Communication）相结合，是计算机技术与继电控制技术结合起来的现代化自动化控制装置。原来可编程序控制器(Programmable Controller)的英文简称是PC，但为了避免与个人计算机(Personal Computer)的英文简称相混淆，把其英文简称改为PLC(Programmable Logic Controller)。PLC就是计算机家族中的一员，主要应用于工业自动控制领域。IEC（国际电工委员会）于1987年对其定义是：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；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则进行设计。
追溯PLC的前世，便不得不提其开山鼻祖——迪克·莫雷（Dick Morley）。1969年，迪克·莫雷先生发明了世界上第一台投入商业生产的PLC——Modicon 084，并成功将其应用于通用汽车生产线上。也正是由于PLC的诞生，人类工业里程从电气与自动化时代迈入电子信息化时代，推动了工业自动化的进步，正式踏入3.0时代，迪克·莫雷先生也因此被世人尊称为“PLC之父”。
在此后50多年的时间，PLC实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制和集散控制的跨越。
今天的PLC，是现代工业控制的核心，可谓是工业控制领域的常青树，即使是在工业转型升级的智能制造时代，仍然足够胜任各种控制要求和通信要求，而且在不断发展演进，承担着工业4.0和智能制造赋予的新任务。
图1 各种品牌的PLC外观
PLC的应用
1. 行业
PLC的应用范围早已不仅限于工业，其在国内外已应用/逐渐应用于工业、楼宇/建筑/舞台、农业、交通、环保、文化娱乐、VR与AR体验等。随着PLC的性价比的不断提高，其应用范围也在不断扩大。
图2 PLC的应用案例
2. 功能
- 顺序控制：是PLC应用最基本也最广泛的领域，它可取代传统继电器的顺序控制，用于电动机控制、多机群控制和自动化生产线的控制。例如，数控机床、注塑机、印刷机械、电梯控制和纺织机械等。
- 计数和定时控制：精度高、使用方便，可以取代继电器系统中的时间继电器和计数器。
- 模拟量处理：PLC通过模拟量的输入/输出模块，实现模拟量与数字量的转换，并对模拟量进行控制以及对模拟量做闭环的PID控制。例如，用于锅炉的水位、压力、温度等控制。
- 数据处理：现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序、查表和位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。
- 位置控制：目前大多数的PLC的制造商都提供拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块，可对直线运行或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制。
- 运动控制：控制步进电动机、控制伺服电动机、金属切削机床、金属成型机床、机器人、电梯等。
- 过程控制：温度、压力、流量、液位参数；石油化工、发电、糖厂等锅炉；冶金、造纸、热处理、锅炉控制。
- 通信联网：PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位机以及PLC与其他智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，满足工厂自动化系统的需要。
PLC的分类
1. 按组成结构分，可分为两类。
- 整体式PLC。结构紧凑，将所有电路（CPU、I/O接口、电源、存储器）都装入一个模块内，构成一个整体，体积小巧、成本低、安装方便；小型、微型PLC都属于这种结构形式。西门子的S7-200 PLC、S7-1200 PLC、三菱FX2系列PLC、欧姆龙C系列PLC都属于整体式结构。
图3 整体式PLC
- 模块式PLC。其特点是CPU、I/O接口、电源、存储器在结构上相互独立，以模块形式组合配置，可以根据具体的应用需求，选择适合的模块，安装在固定的机架或导轨上，灵活性强，故障时可快速置换。一般中型、大型PLC采用模块式。西门子的S7-1500 PLC、S7-300/400 PLC、三菱Q系列PLC都属于模块式结构。
图4 模块式PLC
- 叠装式PLC。它的结构也是各种单元、CPU自成独立的模块，但安装不用基板，仅用电缆进行单元间连接，且各单元可以一层层地叠装。如三菱FX2系列PLC扩展时就属于叠装式。
2. 按I/O点容量分，可分为大型、中型、小型和微型。
- 大型PLC的I/O点数一般在2048点以上，软、硬件功能极强，运算和控制功能丰富。具有多种自诊断功能，一般都有多种网络功能，有的还可以采用多CPU结构，16位、32位处理器，用户存储器容量为8～16KB，具有冗余能力等。适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统等。
- 中型PLC的I/O点数一般在2048点以下；双CPU，用户存储器容量为2～8KB。适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合。
- 小型PLC的I/O点数一般在256点以下，除开关量I/O外，一般都有模拟量控制功能和高速控制功能。有的产品还有许多特殊功能模块或智能模块，有较强的通信能力。单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下。体积小、价格低，适合应用在单机或小型PLC的控制系统。
- 微型PLC的I/O点数一般在24点以下，只有逻辑控制、定时、计数、数据传送等基本功能，其特点是体积小、结构紧凑、重量轻、安装不占空间、价格便宜和以开关量控制为主，有些产品具有少量模拟量信号处理能力。
