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程序控制器（Programmable Controller，PC）是新一代的工业生产控制系统，是工控自动化的支撑平台。目前已经被广泛应用到原油、化工厂、电力工程、机械设备制造、车辆、交通出行等各个领域。早期程序控制器只能用于开展逻辑控制，因此被称为可编程逻辑控制器（Program⁃mableLogic Controller，PLC）。随着现代技术发展，程序控制器用微控制器作为掌控的关键部件，其操纵的功效也远远超过逻辑控制的范畴，因此这类设备被称作程序控制器（Programmable Controller）称之为PC。但是为了防止与PC机（Personal Computer，PC）相搞混，程序控制器依然被称之为PLC。2.1.1 PLC的形成

PLC出现以前，电磁阀自动控制系统广泛用于工业化生产的各行各业，起到的作用。由于经营规模的逐步扩大，电磁阀自动控制系统已愈来愈无法适应当代工业化生产的需求。电磁阀自动控制系统一般是对于某一固定姿势次序或生产工艺流程量身定做的，它控制功能于逻辑控制、按时、记数等一些简单的操纵，一旦姿势次序或生产工艺流程产生变化，就必须要再次进行设计方案、走线、安装和调节，导致时长和资金很严重的消耗。此外电磁阀自动控制系统结构复杂、耗电量多、稳定性差、周期短、运作速度比较慢、适应能力差。为了改变这一现状，1968年美国大汽车企业美国通用汽车公司（GM），为适应汽车车型不断创新的需要，并能在竞争白热化汽车产业中占有优势，明确提出了研发一种新型的产业控制系统来取代继电器控制设备。因此，拟定了10项招投标的技术要求（GM10条）。

1）程序编写简易，可现场编辑程序。

2）维护方便，选用软件式结构。

3）稳定性高过电磁阀自动控制系统。

4）容积低于继电器控制柜。

5）可将它们立即送进管理计算机。

6）在价格上能与继电器控制柜市场竞争。

7）键入能是沟通交流115V。

8）导出是沟通交流115V，2A之上，可直接驱动继电器等。

9）在拓展时，原系统只需不大变动。

10）客户程序存储器容积至少可以拓展到4KB。

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依据这个要求，1969年国外数字设备企业（DEC）研制出了世界上台PLC，并且在美国通用汽车公司全自动装配生产线上体验取得成功。这种新型的工控设备设备，因其体型小、可靠性高、坚固耐用、通俗易懂、实际操作维护方便等一系列优势，迅速就在那国外很多行业中获得宣传推广运用，与此同时也受到全世界很多国家的高度重视。1971年，日本从国外引入了此项新技术应用，并研制出了日本台PLC。1973年欧洲一些国家也研发出了自己PLC。国内从20个世纪70年代末逐渐研发PLC，1977年在我国选用国外Motorola企业的集成芯片研制了中国台有使用价值的PLC。2.1.2 PLC的高速发展

程序控制器（PLC）自面世之后就凭借优异的特性获得了快速的高速发展，如今PLC已经成为一种主要的都是运用场所数多的工业控制器。

初PLC于那时候元器件的条件和计算机发展水准，主要是由分立元件与立较小规模集成电路芯片构成，存储芯片使用的是磁心存储芯片。它只能进行简单开关量信号逻辑控制及其按时、记数作用。这时候的PLC通常是被用作继电器控制装置替代物，但是它的特性要优于电磁阀，其主要特点包含体型小、便于组装、能耗低、简单易学的等。为了更好地了解电磁阀、交流接触器全面的工程技术员应用，程序控制器在程序编程上采用和继电器控制电源电路相近的子程序作为主要的计算机语言。

20个世纪70时代发生的微控制器使程序控制器发生了巨大的变化。欧美国家及日本的一些厂商以微处理机和规模性集成电路板做为PLC的中央处理单元（CPU），使PLC增强了计算、数据传输及处理通讯、自确诊等服务，稳定性也获得了进一步的提高。PLC变成了真真正正具备电子计算机特点的工业生产控制系统。70时代后半期，程序控制器进到产品化发展过程，电子信息技术已全面引进程序控制器中，使之作用出现了飞越。更高计算速度、较小的容积、更可靠的产业抗干扰性设计方案、模拟量输入计算、PID功能以及非常高的奠定PLC在工业化中的重要性。

20个世纪80时代至90年代末，程序控制器在工业生产国家中已经获得广泛运用。在这个时期程序控制器发展的特征是规模性、高速运行、性能卓越、产品系列化。PLC在对待模拟量输入水平、数字运算水平、人机交互界面能力及网络能力等多个方面获得大大提高，PLC逐渐进入全过程控制领域，在一些应用中替代了在全过程控制领域处在统治地位的DCS系统软件。在这个时期PLC的另一个特征是全世界生产制造程序控制器的大国日益增加，生产量日益升高。标志着程序控制器已踏入成熟期。

20世际90时代后期迄今，程序控制器的高速发展更为适用于工业化的需求。从产品规模上来说，PLC会进一步向袖珍型及特大型方面发展；从控制力上来说，出现了各种各样特色功能模块，用以工作压力、环境温度、转速比、偏移等形形色色的操纵场所；从技术的配套设施水平来说，生产制造了各种工业触摸屏模块、通信单元，使运用程序控制器的工业控制设备的配套设施更容易。现阶段，程序控制器在机械设备制造、石油化工设备、冶金工业钢材、车辆、轻工行业等应用领域都获得了长足的进步。伴随互联网的高速发展，程序控制器做为机械自动化网络与世界通用互联网不可或缺的一部分，将于工业生产及工业之外的诸多方面充分发挥非常大的功效。2.1.3 PLC的概念

1987年化组织（International Electrotechnical Commission，IEC）在程序控制器国家标准议案上对程序控制器作出以下界定：程序控制器是一种数字运算操控的电子控制系统，专在工业生产条件下运用需求设计。它采用了可程序编程的存储芯片，用以则在内部存储实行逻辑函数、顺序程序、按时、记数和算术运算等行为的指令，并通过数显式、模拟式的输入输出，操纵各种类型机械设备或加工过程。程序控制器以及相关的外部设备都应该按便于与电力监控系统形成一个总体、便于扩大其功能的基本原则设计方案。

由PLC的概念能够得知，PLC具备计算机相类似的构造，也是一种工业生产通用计算机，只不过是PLC为适应各种比较极端的工业生产自然环境需求设计，具有极强的抗干扰性，那也是PLC有别于一般微机控制系统的一个重要特点，而且PLC需要经过客户二次开发程序编写才能进行。2.1.4 PLC的种类

PLC是依据智能化生产的需求而引起的，PLC的种类也必定必须符合智能化生产制造的需要。PLC新产品的品种繁多，其功能、内存空间、控制规模、外观设计等方面均存在一定差别，产品规格不统一，还没有一个性的统一分类依据，**归类都是艰难的。现阶段，一般依照控制规模、结构类型和实现的功效粗略地对PLC进行筛选。

（1）按PLC的控制规模归类

控制规模主要是指PLC可控制的主要I/O等级。一般来讲，PLC可以控制的I/O等级越大，其操纵的对象就越复杂，控制系统的经营规模也就越大。PLC按控制规模分，可分为小型服务器、中型机和中型机3类。

①小型服务器

小型服务器控制等级一般在256点之内，一般采用一体式构造，适用机电一体化设备和各种各样仪器仪表的单机版操纵。如日本omron公司生产的CQM1、三菱公司制造的FX2和德国西门子公司生产的S7-200。这种PLC因为操纵等级很少，控制功能有一定局限。但是它，而且精巧、灵便，能直接安装于电机控制柜内，很适合用于单机版操纵或中小型系统软件控制。

②中型机

中型机控制等级一般在256～2048点之间，一般采用模块化构造，主要用于大中型机电一体化机器的操纵。如日本omron公司生产的C200H、富士公司制造的HDC-100和德国西门子公司制造的S7-300。这种PLC因为操纵等级比较多，控制功能极强，有一些PLC还具有较强的计算水平，不但适合于对设备进行完全控制，也可以对好几个下一级的PLC进行监控，适用中小型或大中型控制系统的操纵。

③中型机

中型机控制等级一般超过2048点，大中型PLC应用32位微控制器，多CPU并行处理工作中，并且具有大容量存储器。全部采用模块化构造，有较强的网络通讯作用，适合于大中型智能化生产全过程，构成分布式控制系统。如日本omron公司生产的C2000H、富士公司制造的F200和德国西门子公司生产的S7-400。这种PLC控制等级多，控制功能较强，有极强的计算水平。与此同时，这种PLC启动速度非常高，不但能进行较复杂的算术运算，还可以开展繁杂的矩阵计算，它不仅可以用以对设备进行完全控制，能够对好几个下一级的PLC进行监控，还能够进行现代化工厂的全方位管理与控制每日任务。

以上区划方法并不十分严苛，并不是一成不变的。

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（2）按PLC的结构分类

为了更好地在工业生产现场安装，有利于拓展，便捷布线，结构与普通计算机有很大区别。一般从构成结构类型上把PLC分成一体式和模块化两类。

①一体式

一体式构造的PLC把开关电源、CPU、存储芯片和I/O系统软件都集成化在一个单元内，该模块称为基本单位。一个基本单位便是一台完整的PLC。操纵等级不满足要求时，可另接拓展模块，拓展模块没有CPU，在安装中无需基材，只用电缆线开展模块之间联接，由基本单位和多个拓展模块构成比较大的系统软件。一体式构造的特点就是紧密、体型小、成本费用低、安装方便，其主要缺点每个模块输出和输入等级有明确比例，使PLC配置缺乏协调能力，有一些I/O网络资源不可以灵活运用。早期小型服务器多见一体式构造。

②模块化

PLC的模块化构造一般也称为组合型构造。模块化构造的PLC就是将PLC系统的每个构成部分按功用分为多个控制模块，如CPU控制模块、输入模块、plc模块和电源芯片等，在其中各组件作用比较单一，模块类型却日趋丰富多彩。比如，一些PLC除开一些基本的I/O控制模块外，也有一些特殊程序模块，如温度测量控制模块、位置检测控制模块、PID控制模块和通讯模块等。模块化构造的PLC选用积木游戏的形式，在一块基材扩展槽上插上去需要控制模块构成自动控制系统（又称为组合型构造）。有些PLC并没有基材而是采用电缆线把模块连接下去构成自动控制系统（又称为叠装式结构）。模块化构造的PLC特征是CPU、输入输出均是单独的控制模块。控制模块规格统一、组装工整、I/O点型号选择随意，而且设备安装调试、拓展和维修方便。中型机和中型机多见模块化构造。

3）按PLC的分类方式

PLC按作用高低来区分，可分为低端机、中等机和高端机3类。

①低端机

低端机具备基本的控制功能和一般的计算能力。工作中速率非常低，可带的键入/plc模块的总数特别少，类型并不是很多。这种可编程序控制器只适用于小规模的简易操纵，在连接网络中一般可以做从站应用。如日本omron公司生产的C60P就是属于低端机。

②中等机

中等机有较强的控制功能和很强的计算能力，它不仅能进行一般的逻辑函数，也可以进行比较复杂的三角函数、指数运算和PID计算。工作中速率更快，可带的键入/plc模块的数量和类型比较多。这种可编程序控制器不但能进行中小型系统软件控制，还可以进行较大规模操纵每日任务。在连接网络中能做从站，还可以作主站。如德国西门子公司制造的S7-300就是属于中等机。