西门子触摸面板OP73

早期的可编程序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它采用了一些计算机技术但简化了计算机内部电路，对工业现场环境适应性较好，而且指令系统简单，一般只具有逻辑运算功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在20世纪70年代中期，美、日、德的一些厂家在可编程序控制器中开始更多地引入微机技术，微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部分，这使可编程序控制器的性价比产生了新的突破。微处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）等已成为PLC的核心。PLC不仅用逻辑编程取代了硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，而且随着其速度、容量、功能、通信能力等的增强，它已真正成为一种电子计算机工业控制设备。

由于可编程序控制器在不断发展，因此对它下一个确切的定义是困难的。1980年，可编程序控制器问世后，由美国电气制造商协会（NEMA，National Electric Manufacturer Association）对可编程序控制器下过如下的定义：

可编程序控制器是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

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1982年，美国国际电工委员会（International E1ectrical Committee）颁布了可编程序控制器标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对可编程序控控制器做了如下定义：

可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

上述定义表明，可编程序控制器是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。

1.2 可编程序控制器系统的技术指标、特点及应用

1.2.1 可编程序控制器系统的技术指标

PLC的技术指标很多，主要有5个基本技术指标，即CPU类型、存储器容量、编程语言、扫描速度和I/O点数。

（1）存储器容量通常用KW或KB、位来表示，这里1KB=1024B。有的PLC以所能存放用户程序的多少衡量。在PLC中，程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一“步”），一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占两个字节。例如，一个内存容量为1000步的PLC，可推知其内存为2KB。一般小型机的内存为1KB到几KB，大型机内存为几十KB，甚至可达几十MB。

（2）扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，故单位为ms/KB，有时也以执行一步指令的时间计，如μs/步。目前比较慢的为2.2ms/KB逻辑运算程序，60ms/KB数字运算程序；较快的为1ms/KB逻辑运算程序，10ms/KB数字运算程序；快的为0.75ms/KB逻辑运算程序。

（3）I/O点数指PLC外部输入/输出端子总数，这是PLC重要的一项技术指标。一般小型机在256点以下（无模拟量），中型机在256～2048点之间，（模拟量64～128路），大型机在2048点以上（模拟量128～512路）。

（4）编程语言。不同的PLC编程语言不同，互不兼容，但具有互相转换的可移植性。编程语言的指令条数是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。指令越多，编程功能越强。

此外，PLC内部有许多寄存器用来存放变量、中间结果、数据等，还有许多辅助寄存器可供用户使用，因此寄存器的配置也是衡量PLC功能的一项指标。

PLC除了主控模块外，还可配接实现各种特殊功能的高功能模块，如A/D模块、D/A模块、高速计数模块、远程通信模块等。

1.2.2 可编程序控制器系统的特点

可编程序控制器能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些特点。下面是可编程序控制器的主要特点。1.可靠性

对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。可编程序控制器的可靠性高，具体表现在下列方面。

1）与继电器逻辑控制系统比较

与继电器逻辑控制系统比较，可编程序控制器可靠性提高的主要原因如下。

（1）可编程序控制器不需要大量的活动部件和电子元件，它的接线也大大减少，与此同时，系统维修简单，维修时间缩短，从而可靠性得到提高。

（2）可编程序控制器采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。

（3）可编程序控制器有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此，对操作和维修人员的技能要求降低，操作和维修人员容易学习和掌握，不容易发生操作失误，从而可靠性得到提高。

2）与通用的计算机控制系统比较

与通用的计算机控制系统比较，可编程序控制器可靠性提高的主要原因如下。

（1）可编程序控制器是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高，因此可编程序控制器的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。

（2）在可编程序控制器的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的掉电保护；对存储器内容的保护；采用看门狗和其他自诊断措施；便于维修的设计等。

（3）在可编程序控制器的软件设计方面也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言；信息保护和恢复；报警和运行信息的显示等。

一份用户选用可编程序控制器原因的调查报告指出，在各种选用可编程序控制器的原因中，位的原因是由于可编程序控制器可靠性高的用户达93%，其次才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是可编程序控制器的主要特点。2.易操作性

可编程序控制器的易操作性表现在下列3方面。

（1）操作方便。对可编程序控制器的操作包括对程序输入的操作和对程序更改的操作。大多数可编程序控制器采用编程器进行程序输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的可编程序控制器，编程器采用CRT屏幕显示，因此程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏上显示，所以可编程序控制器具有操作方便的特点。

（2）编程方便。可编程序控制器有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，从而十分有利于编程人员编程。虽然功能表图、功能模块图和描述语句的编程方法应用尚未普及，但是由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。

（3）维修方便。可编程序控制器所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些可编程序控制器的制造厂商提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料，有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。

可编程序控制器的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性。例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置；信号灯设置在易于观察的部位；接线端子采用便于接线与更换的类型等。这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省了维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。3.灵活性

可编程序控制器的灵活性表现在下列3个方面。

（1）编程的灵活性。可编程序控制器采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程变得方便，拓展了应用面。

由于采用软连接的方法，因此在生产工艺流程更改或者生产设备更换时可以不必改变可编程序控制器的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使可编程序控制器能大量替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和计算机集成过程控制系统（CIPS）中，可编程序控制器正成为主要的控制设备，得到广泛应用。

（2）扩展的灵活性。可编程序控制器的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入/输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台可编程序控制器的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统（DCS）或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大方便了用户。