1. 定义与基本原理

• 定义：可编程逻辑控制器（PLC）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。它采用一种可编程的存储器，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，通过数字或模拟的输入 / 输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

• 基本原理：PLC 的工作原理是基于扫描周期。在一个扫描周期内，PLC 会依次完成输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。首先，在输入采样阶段，PLC 会读取所有输入端口的状态（如按钮是否按下、传感器是否触发等）并将其存储在输入映像寄存器中。然后，在程序执行阶段，PLC 会按照预先编写的程序逻辑，对存储在输入映像寄存器中的信号进行处理，包括逻辑运算、算术运算、比较操作等，并将结果存储在输出映像寄存器中。***后，在输出刷新阶段，PLC 会将输出映像寄存器中的状态更新到实际的输出端口，从而控制外部设备（如电机、阀门等）的动作。

• 主要组成部分

  中央处理单元（CPU）：

1. 这是 PLC 的核心部分，相当于人的大脑。它负责执行用户程序的指令，进行逻辑和算术运算、数据处理等。CPU 的性能决定了 PLC 系统的处理速度和复杂程度。例如，高性能的 CPU 能够更快地处理复杂的控制逻辑和大量的数据，适用于高速自动化生产线等对实时性要求较高的应用场景。

   存储器：

2. 系统存储器：用于存储 PLC 系统软件，包括操作系统、监控程序等，这些程序是 PLC 正常运行的基础。

3. 用户存储器：用户可以在其中存储自己编写的控制程序和数据。它又分为程序存储器和数据存储器。程序存储器用于存储用户编写的梯形图、指令表等形式的控制程序，数据存储器则用于存储输入输出信号的状态、中间变量、定时器和计数器的值等。

• 输入 / 输出（I/O）接口：

• 输入接口：用于接收外部设备（如传感器、按钮等）的信号，并将其转换为 PLC 内部能够识别和处理的数字信号。例如，一个接近传感器检测到物体靠近时，会产生一个电信号，通过输入接口将这个信号传输到 PLC 内部。

• 输出接口：将 PLC 内部处理后的结果以数字信号或模拟信号的形式输出，以控制外部设备（如继电器、电机驱动器等）的动作。例如，PLC 通过输出接口输出一个信号来驱动电机启动或停止。

• 通信接口：

• PLC 可以通过通信接口与其他设备（如上位机、其他 PLC、变频器等）进行通信。常见的通信接口包括 RS - 232、RS - 485、以太网接口等。通过通信接口，PLC 可以实现远程监控、数据传输、分布式控制等功能。例如，在一个大型工厂自动化系统中，PLC 可以通过以太网接口与工厂的监控中心的上位机进行通信，将生产数据实时传输给上位机，同时接收上位机的控制指令。

编程语言

• 梯形图语言（LAD）：

• 这是 PLC 编程中***常用的语言之一，它的图形符号与传统的继电器控制电路相似，直观易懂。例如，用常开触点表示输入信号，如按钮按下；用线圈表示输出信号，如电机启动。通过将这些图形符号按照一定的逻辑连接起来，就可以实现各种控制功能。例如，一个简单的电机启动 / 停止控制电路，通过梯形图可以很容易地表示出启动按钮、停止按钮与电机启动线圈之间的逻辑关系。

• 指令表语言（STL）：

• 指令表语言是一种类似于计算机汇编语言的文本型编程语言。它是由一系列指令组成，每条指令对应一个操作。例如，LD（Load）指令用于装载一个输入信号，OUT 指令用于输出一个信号。对于熟悉计算机编程的人员来说，指令表语言可以更精确地控制程序的执行顺序和细节。

• 功能块图语言（FBD）：

• 功能块图语言是一种以功能块为单位的图形化编程语言。每个功能块都代表一个特定的功能，如加法运算、比较运算等。通过将这些功能块连接在一起，可以构建复杂的控制系统。例如，在一个温度控制系统中，可以使用功能块图语言将温度传感器的输入信号、温度设定值、比较运算功能块、PID 控制器功能块和加热设备的输出控制功能块连接起来，实现对温度的精确控制。

应用领域

• 制造业：

• 在汽车制造车间，PLC 用于控制机器人的焊接、喷漆等操作。通过预先编写的程序，PLC 可以精确地控制机器人手臂的运动轨迹、速度和动作顺序，确保汽车零部件的焊接质量和喷漆均匀性。在机械加工过程中，PLC 还可以控制数控机床的刀具进给、主轴转速等参数，提高零件加工精度和生产效率。

• 化工行业：

• 在化工生产中，PLC 用于控制反应釜的温度、压力、液位和物料流量等参数。例如，通过温度传感器和压力传感器将反应釜内的实际温度和压力信号传输给 PLC，PLC 根据预先设定的工艺参数，通过控制加热或冷却设备、进料和出料阀门等，确保化学反应在***佳条件下进行，保证化工产品的质量和生产安全。

• 电力行业：

• 在发电站，PLC 用于控制发电机组的启动、停止、并网等操作。同时，PLC 还可以对变电站的设备（如变压器、断路器等）进行监控和控制，实现电力系统的自动化运行和故障保护。例如，当电网出现故障时，PLC 可以快速检测到故障信号，并及时控制断路器跳闸，保护电力设备和电网的安全。

发展趋势

• 智能化：

• PLC 将与人工智能和机器学习技术相结合，实现更加智能化的控制。例如，通过对大量生产数据的分析，PLC 可以自动学习和优化控制策略，预测设备故障，提前采取措施，减少停机时间。同时，智能化的 PLC 还可以实现自适应控制，根据生产过程的实时变化自动调整控制参数，提高生产效率和产品质量。

• 网络化：

• 随着工业物联网（IIoT）的发展，PLC 将更加网络化。PLC 可以通过各种网络接口与更多的设备进行连接，实现数据的共享和交互。例如，PLC 可以与企业的 ERP 系统、MES 系统等进行集成，将生产数据实时传输给管理系统，同时接收管理系统的生产计划和指令，实现生产过程的信息化和智能化管理。

• 小型化和高性能化：

• PLC 的体积将越来越小，同时性能不断提高。小型化的 PLC 可以更方便地安装在设备内部或紧凑的控制柜中，节省空间。高性能的 PLC 可以处理更复杂的控制任务，如高速计数、高精度定位等，满足不同工业应用的需求。