PLC的基础知识
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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 更来改变程序有本质区别。近年来，可编程序控制器发展很快， 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。
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第3章 PLC的基础知识
2) 运动控制 大多数PLC都有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。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种 机床、装配机械、机器人等进行运动控制。 3) 过程控制 大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能， 有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控 制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控 制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭 环位置控制和速度控制等方面。
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第3章 PLC的基础知识
3.1.2 PLC的产生与发展
在可编程序控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电
器控制占主导地位，应用广泛。但是传统的电器控制系统存在
体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接
线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。
1968年，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断
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第3章 PLC的基础知识
国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程序控制器标准 草案第三稿。在草案中对可编程序控制器定义如下：“可编程 序控制器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。可编程序控制器及其有关外围设备，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设计”。
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第3章 PLC的基础知识
我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方
面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套
设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改
造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济
效益。PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化
通信等功能的名符其实的多功能控制器。
自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开 始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家 PLC厂商，400多个品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲 和日本三个流派产品。各流派PLC产品都各具特色，如日本主 要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进、结构紧凑、价格便宜、 在国际市场上占有重要地位。世界上著名的PLC生产厂家主要 有美国的A-B(Allen-Bradly)公司、GE(General Electric)公司，日本 的三菱电动机(Mitsubishi Electric)公司、欧姆龙(OMRON)公司， 德国的AEG公司、西门子(Siemens)公司，法国的 TE(Telemecanique)公司等。
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第3章 PLC的基础知识
4) 设计安装简单、维护方便 由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，因此控 制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部 分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在 维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小。而且PLC 具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上的指示 或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 5) 体积小、重量轻、能耗低 PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，是 实现机电一体化的理想控制设备。
电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使
PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高，
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第3章 PLC的基础知识
功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，
而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真 正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网
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第3章 PLC的基础知识
2．PLC的应用领域 目前，PLC已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械 制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业。随着 PLC性价比的不断提高，其应用领域还将不断扩大。从应用类 型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面。 1) 开关量逻辑控制 利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑 控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控 制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装 配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应 用，也是PLC最广泛的应用领域。
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第3章 PLC的基础知识
表3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较
比较项目
控制功能的实现
对生产工艺过程变更 的适应性
控制速度 计数及其他特殊功能
安装，施工 可，采用接 线的方式来完成控制功能 适应性差，需要重新设 计，改变继电器和接线 低，靠机械动作实现
控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程
逻辑控制器(Programmable Logic Controller)。随着微电子技术和
计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到
PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数
据传送和数据处理等功能。
20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微
更新，生产工艺不断变化的需要，为了实现小批量、多品种生
产，希望能有一种新型工业控制器可以做到尽可能减少重新设
计和更换电器控制系统及接线的次数，以降低成本，缩短周期。
于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器
控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用的
控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自
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第3章 PLC的基础知识
2) 编程简单、使用方便 目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一
种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图
相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易被广大工
程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序， 使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。 这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。
一般没有 连线多，施工繁 差，触点多，故障多
短 困难 工作量大，故障不易查找
PLC 控制系统
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
适应性强，只需对程序进行修改
极快，靠微处理器进行处理 有
安装容易，施工方便 高，因元器件采取了筛选和老化等可靠性措施
长 容易 有自诊能力，维护工作量小
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第3章 PLC的基础知识
要求工作人员应具有一定的专业知识，技术水平较高，且工控
机在整机水平上尚不能适应恶劣的工作环境。可编程控制器对
此进行了改进，变通用为专有，有利于降低成本，缩小体积，
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第3章 PLC的基础知识
4) 数据处理 现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查 表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信 接口将这些数据传送给其他智能装置，如计算机数值控制(CNC) 设备，进行处理。 5) 通信联网 PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其他 智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可直接或通过通 信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换， 并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满 足工厂自动化(FA)系统发展的需要。
与个人计算机(也简称PC)混淆，通常将可编程序控制器称为 PLC。它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 广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种 最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，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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第3章 PLC的基础知识
干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波， 从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导 电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设 置了连锁保护、自诊断电路等。
(2) 软件方面。PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环 境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程 序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰 引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳 定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前 的状态，继续原来的工作。
第3章 PLC的基础知识
第3章 PLC的基础知识
3.1 概述 3.2 PLC控制系统与其他控制系统的比较 3.3 PLC的基本结构 3.4 PLC的工作原理 3.5 PLC的分类及性能指标 3.6 FX系列PLC简介 小结 思考与练习
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第3章 PLC的基础知识
3.1 概 述
3.1.1 什么是PLC 可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC，为了不
许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编 程方法，进一步简化了编程。
3) 功能完善、通用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功 能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控 制、通信联网等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模
块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足 各种要求的控制系统。
3.2.2 PLC控制系统与计算机控制系统的比较
在工业控制领域中，计算机控制系统的主机一般采用能够
在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机是由通用微机应
用发展而来，总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰
富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强，
模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护
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3.2 PLC控制系统与其他控制系统的比较
3.2.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较 PLC控制系统与继电控制系统的比较见表3.1，从表中可以
看出，PLC控制系统具有继电控制系统无法比拟的优点，因此 传统的继电控制系统将逐渐被PLC控制系统所取代是大势所趋。
然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。
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第3章 PLC的基础知识
1969年，美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司的
这种要求，研制成功了世界上第一台可编程序控制器，并在通
用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项
技术迅速发展起来。
早期的可编程序控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序
水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研
制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海
香岛电机制造公司等。
从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销
量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年
15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位
的控制装置。
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3.1.3 PLC的特点与应用领域 1．PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，
主要是因为它具有许多独特的优点，较好地解决了工业领域中 普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它主要有 以下特点。
1) 可靠性高、抗干扰能力强 可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的 平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性， 是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。 (1) 硬件方面。I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部
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2) 运动控制 大多数PLC都有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。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种 机床、装配机械、机器人等进行运动控制。 3) 过程控制 大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能， 有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控 制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控 制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭 环位置控制和速度控制等方面。
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3.1.2 PLC的产生与发展
在可编程序控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电
器控制占主导地位，应用广泛。但是传统的电器控制系统存在
体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接
线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。
1968年，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断
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国际电工委员会(IEC)于1987年颁布了可编程序控制器标准 草案第三稿。在草案中对可编程序控制器定义如下：“可编程 序控制器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。可编程序控制器及其有关外围设备，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设计”。
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我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方
面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套
设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改
造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济
效益。PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化
通信等功能的名符其实的多功能控制器。
自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开 始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家 PLC厂商，400多个品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲 和日本三个流派产品。各流派PLC产品都各具特色，如日本主 要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进、结构紧凑、价格便宜、 在国际市场上占有重要地位。世界上著名的PLC生产厂家主要 有美国的A-B(Allen-Bradly)公司、GE(General Electric)公司，日本 的三菱电动机(Mitsubishi Electric)公司、欧姆龙(OMRON)公司， 德国的AEG公司、西门子(Siemens)公司，法国的 TE(Telemecanique)公司等。
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4) 设计安装简单、维护方便 由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，因此控 制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部 分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在 维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小。而且PLC 具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上的指示 或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 5) 体积小、重量轻、能耗低 PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，是 实现机电一体化的理想控制设备。
电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使
PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高，
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功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，
而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真 正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网
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第3章 PLC的基础知识
2．PLC的应用领域 目前，PLC已广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械 制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业。随着 PLC性价比的不断提高，其应用领域还将不断扩大。从应用类 型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面。 1) 开关量逻辑控制 利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑 控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控 制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装 配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应 用，也是PLC最广泛的应用领域。
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第3章 PLC的基础知识
表3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较
比较项目
控制功能的实现
对生产工艺过程变更 的适应性
控制速度 计数及其他特殊功能
安装，施工 可，采用接 线的方式来完成控制功能 适应性差，需要重新设 计，改变继电器和接线 低，靠机械动作实现
控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程
逻辑控制器(Programmable Logic Controller)。随着微电子技术和
计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到
PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数
据传送和数据处理等功能。
20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微
更新，生产工艺不断变化的需要，为了实现小批量、多品种生
产，希望能有一种新型工业控制器可以做到尽可能减少重新设
计和更换电器控制系统及接线的次数，以降低成本，缩短周期。
于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器
控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用的
控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自
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2) 编程简单、使用方便 目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一
种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图
相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易被广大工
程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序， 使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。 这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。
一般没有 连线多，施工繁 差，触点多，故障多
短 困难 工作量大，故障不易查找
PLC 控制系统
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
适应性强，只需对程序进行修改
极快，靠微处理器进行处理 有
安装容易，施工方便 高，因元器件采取了筛选和老化等可靠性措施
长 容易 有自诊能力，维护工作量小
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第3章 PLC的基础知识
要求工作人员应具有一定的专业知识，技术水平较高，且工控
机在整机水平上尚不能适应恶劣的工作环境。可编程控制器对
此进行了改进，变通用为专有，有利于降低成本，缩小体积，
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第3章 PLC的基础知识
4) 数据处理 现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查 表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信 接口将这些数据传送给其他智能装置，如计算机数值控制(CNC) 设备，进行处理。 5) 通信联网 PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其他 智能设备之间的通信。PLC系统与通用计算机可直接或通过通 信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换， 并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满 足工厂自动化(FA)系统发展的需要。
与个人计算机(也简称PC)混淆，通常将可编程序控制器称为 PLC。它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 广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种 最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，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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干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波， 从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导 电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设 置了连锁保护、自诊断电路等。
(2) 软件方面。PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环 境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程 序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰 引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳 定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前 的状态，继续原来的工作。
第3章 PLC的基础知识
第3章 PLC的基础知识
3.1 概述 3.2 PLC控制系统与其他控制系统的比较 3.3 PLC的基本结构 3.4 PLC的工作原理 3.5 PLC的分类及性能指标 3.6 FX系列PLC简介 小结 思考与练习
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3.1 概 述
3.1.1 什么是PLC 可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC，为了不
许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编 程方法，进一步简化了编程。
3) 功能完善、通用性强 现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功 能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控 制、通信联网等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模
块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足 各种要求的控制系统。
3.2.2 PLC控制系统与计算机控制系统的比较
在工业控制领域中，计算机控制系统的主机一般采用能够
在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机是由通用微机应
用发展而来，总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰
富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强，
模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护
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第3章 PLC的基础知识
3.2 PLC控制系统与其他控制系统的比较
3.2.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较 PLC控制系统与继电控制系统的比较见表3.1，从表中可以
看出，PLC控制系统具有继电控制系统无法比拟的优点，因此 传统的继电控制系统将逐渐被PLC控制系统所取代是大势所趋。
然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。
2021/5/7
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第3章 PLC的基础知识
1969年，美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司的
这种要求，研制成功了世界上第一台可编程序控制器，并在通
用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项
技术迅速发展起来。
早期的可编程序控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序
水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研
制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海
香岛电机制造公司等。
从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销
量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年
15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位
的控制装置。
2021/5/7
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第3章 PLC的基础知识
3.1.3 PLC的特点与应用领域 1．PLC的特点 PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，
主要是因为它具有许多独特的优点，较好地解决了工业领域中 普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。它主要有 以下特点。
1) 可靠性高、抗干扰能力强 可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的 平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性， 是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施。 (1) 硬件方面。I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部