西门子PLC模块 CPU222CN中央控制单元

PLC分配表及外部接线图

控制系统硬件设计的一个要点就是PLC的I/O分配表和外部I/O接线图的设计，这一部分内容继承自电气控制电路分析与设计，是一个设计人员必须掌握的内容。在分配I/O端口时，应查阅相关的I/O模块以及传感器和执行器的手册资料，对其连接的方式应予以充分了解，这样在设计时才不会出现问题。同时还应考虑到裕量问题，即留出一部分I/O端口作备用，以便以后维修或者扩展之用。

以使用CPU312控制步进电机为例，设计时考虑到有“启动”、“停止”、“急停”、“正转”、“反转”、“快速”、“慢速”7个输入，以及方向和PWM波两个输出。

PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种重要、普及、应用场合多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

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国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了PLC标准草案第三稿，在草案中对PLC定义如下：“PLC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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计”。

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。同时，也强调了PLC用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序的本质区别。

近年来，PLC发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了上述定义的范围。一、PLC的产生与发展

在制造业和过程工业中，除了以模拟量为被控对象的反馈控制外，还存在着大量的以开关量（数字量）为主的逻辑顺序控制，这一点在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业中显得尤其突出。它要求控制系统按照逻辑条件和一定的顺序、时序产生控制动作，并能够对来自现场的大量的开关量、脉冲、计时、计数以及模拟量的越限报警等数字信号进行监视和处理。这些工作在早期是由继电器电路来实现的，其缺点是体积庞大、故障率高、功耗大、不易维护、不易改造和升级等。

1968年，美国通用汽车公司（GM）鉴于传统的继电器控制系统的一系列缺点，提出了研制新型控制器的设想，总结出新型控制器应当具有的10项指标，并以此公开在社会上招标，这10项指标是：

1）编程方便，可在现场修改程序。

2）维护方便，好是插件式。

3）可靠性高于继电器控制柜。

4）体积小于继电器控制柜。

5）可将数据直接送入管理计算机。

6）在成本上可与继电器控制柜竞争。

7）输入为交流115V。

8）输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等。

9）在扩展时原有系统改变少。

10）用户程序存储器至少可扩展到4KB。

美国数字设备公司（DEC）根据这10项指标，于1969年研制出台控制器，型号为PDP-14，它的开创性意义在于引入了程序控制功能，为计算机技术在工业控制领域的应用开辟了新的空间。

至20世纪70年代，PLC技术已经进入成熟期。推动PLC技术发展的动力主要来自于两个方面，其一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要和追求，例如关于PLC初的性能指标就是由用户提出的。其次，大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了空间。这两个因素的结合，使得当今的PLC已经在所有性能上都大大超越了前述的10项指标。

在组成结构上，PLC具有一体化结构和模块式结构两种模式。一体化结构的PLC追求功能的完善，性能的提高，体积越来越小，有利于安装。而模块式结构，则是利用单一功能的各种模块拼装成一台完整的PLC，用户在设计自己的PLC控制系统时拥有极大的灵活性，并使设备的性价比达到优。同时，模块式结构也有利于系统的维护、换代和升级，并使系统的扩展能力大大加强。

在控制规模上，PLC向小型化和大型化两个方向发展。大型PLC是基于满足大规模、高性能控制系统的要求而设计的，在规模上，可带的I/O点数（通道数量）达到数千点乃至上万点。在对高性能的追求上，主要体现在以下几点：

1）增强网络通信功能。这是PLC的一个重要发展趋势，伴随现场总线（Field Bus）技术的应用，由多个PLC、多个分布式I/O模块、人机界面、编程设备相互连接成的网络，与工业计算机和以太网等构成整个工厂的自动控制系统。PLC采用了计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使得PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。