通化中国西门子代理商

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 可编程序控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，是随着科学技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而诞生、发展起来的一种新型的工业控制装置。

  PLC是在"继电器-接触器"控制的基础上发展起来的。从1969年问世以来，至今才四十余年，但由于其具有通用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。PLC技术与数控机床技术(CNC)、工业机器人技术、CAD/CAM技术已被誉为现代工业自动化技术的四大支柱。

  ①“继电器-接触器”控制系统存在的问题 众所周知，制造业中使用的生产设备与生产过程的控制，一般都需要通过工作机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。特别是当原动机为电动机时，还需要对电动机的启/制动、正/反转、调速与定位等动作进行控制。生产设备与生产过程的电气操作与控制部分，称为电气自动控制装置或电气自动控制系统。

  初的电气自动按制装置(包括目前使用的一些简单机械)，只是一些简单的手动电器(如刀开关、正反转开关等)。这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一的场合。

  随着科学的迅猛发展和技术的不断进步，生产机械对电气自动控制也很出了越来越高的要求，电气自动控制装置也逐步发展成了各种形式的现代电气自动控制系统。

  作为常用电气自动控制系统的一种，人们习惯于把以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统，称为“继电器接触器”控制系统。

  “继电器-接触器”控制系统的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、战障检修直观方便、适用范围广。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。直到今天“继电器-接触器”控制系统仍是工业自动控制领域基本的控制系统之一。

  由于"继电器-我触器"控制系统的控制元件(继电器、接触器)均为立元件。它决定了系统的"逻辑控制"与"顺序控制"功能只能通过控制元件间的不同连接实现，它不可避免地存在以下不足。

  a.可靠性差，使用寿命较短，排除故障困难。由于继电器、接触器控制系统采用的是“有触点控制”形式，额定工作频率低，工作电流大，长时间连续使用易损坏触点或产生接触不良等故障，直接影响到系统工作的可靠性。如果其一个继电器损坏，其至某一对触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。

  b.通用性、灵活性养、总体成本较高、继电器本身并不费，控制柜内部的安装、接线工作量，为此整个控制柜的价格是相当高的。当生产流程或工艺发生变化、需要更改控制要求时，控制柜内的元件和接线也需要作相应的变动。通常通过更改接线或增减控制器件才能实现，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿做弃旧的控制柜的改造，再制作一台新的控制柜;有时甚至需要进行重新设计，难以满足多品种、小批量生产的要求。

  c.体积大，材料消耗多，“继电器-接触器”控制系统的逻辑控制需要通过控制电器与电器间的连接实现。安装电器需要大量的空间，连接电器需要大量的导线，控制系统的体积大，材料消耗多。

  d.运行费用高，噪声大。由于继电器、接触器均为电磁器件，在系统工作时，需要消耗较多的电能，多个继电器、接触器的通/断，会产生较大的噪声，对工作环境造成不利的影响。

  e.功能局限性大。由于“继电器-接触器”控制系统在定时，计数等方面的功能不完善，影响了系统的整体性能，它只能用于定时要求不高，计数简单的场合。

  (不具备现代工业控制所需要的数据通息、网络控制等功能。

  正因为如此，"继电器-接触器"控制系统已难以适应现代工业复杂多变的生产控制要求与生产过程控制集成化、网络化需要。

  PLC的诞生 为了解决"继电器-接触器"控制系统存在的通用性、灵活性差，功能局限性大与通信、网络方面欠缺的问题，20世纪30年代来，人们曾设想利用计算机功能完备、通用性和灵活性强的特点来解决以上问题。但由于当时的计算机原理复杂。生产成本高，程序编制难度大，加上工业控制需要大量的外围接口设备，可靠性问题，使得它在面广量大的一般工业控制领域难以普及与应用。

  到了20世纪60年代来，有人这样没想;能否把计算机通用、灵活、功能完善的特点与“继电器-接触器”控制系统的简单易懂、使用方便、生产成本低的特点结合起来，生产出一种面向生产过程顺序控制，可利用简单语言编程，能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器呢?

  这一设想早由美国大的汽车制造商——通用汽车公司(GM公司)于1968年提出。当时，该会司为了适应代车市场多品种，小批量的生产需求，需要解决汽车生产线"继电器·铭轴器“控制系统中普遍存在的通用性、灵活性差的问题，提出了对一种新颖控制器的技术要求，并面向社会进行招标。技术要求具体如下，

  a. 编程方便，且可以在现场方便地编辑、修改控制程序;

  b. 价格便宜，性能/价格比要继电器系统;

  c. 体积要明显小于继电器控制系统;

  d. 可靠性要明显继电器控制系统;

  e. 具有数据通信功能;

  f.输人可以是ACI15V;

  g.输出驱动能力在AC115V/2A以上;h.硬件维护方便，好采用“插接式”结构;1.扩展时，只需要对原系统进行很小的改动;j.用户存储器容量至少可以扩展到4KB。

  以上就是的"GM十条"。这些要求的实质内容是提出了将"继电器-接触器"控制系统的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将"继电器-接触器"控制系统的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。

  根据以上要求，美国数字设备公司(DEC公司)在1969年研制出了全世界台可编程控制器，并称之为"可编程序逻辑控制器"(Programmable Logic Controller，简称PLC)。该样机在GM公司的应用获得了成功。此后，PLC得到了快速发展，并被广泛用于各种开关量逻辑运算与处理的场合。

  早期PLC的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成，它采用了计算机技术，但指令系统，软件与功能相对较简单，一般只能进行逻辑运算的处理，通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施，使之能与工业环境相适应。

  正因为如此，在20世纪70年代初期曾经出现过一些由二极管矩阵、集成电路等器件组成的所谓“顺序控制器”;20世纪70年末期曾经出现过以MC14500工业控制单元(Industrial Control Unit，简称ICU)为核心，由8通道数据选择器(MC14512)。借令计数器(MC14516)、8位可寻址双向锁存器(MC14599)、存储器(2732)等组成的“ICU可编程序控制器"等产品。这些产品与PLC相比，具有一定的价格优势，但终还是由于其可靠性、功能等多方面的原因，未能得到进一步的推广与发展：而PLC则随着微处理器价格的全面下降，终以其优良的性能价格比，得到了迅猛发展，并终成为了当代工业自动控制技术的重要支柱技术之一。

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 PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅猛发展，由初的工位机发展为B位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC、进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗，体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，远程1/0和通信网络，数据处理以及人机界面(HMI)也有了长足的发展。现在PLC不仅能得心应手地应用于制造业自动化，还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有这些已经使其成为现代工业的四大支柱之一，在现场总线技术已成为自动化技术应用热点的今天，PLC仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器。

  PLC的发展历程，大致经历了五个阶段。

  ①初级阶段 从台PLC同世到20世纪70年代中期，这个时期的PLC功能简单，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。

  ②崛起阶段从20世纪70年代中期刻80年代初期。由于PLC在取代“继电器-接触器”控制系统方面的表现，自从它在电气自动控制领域开始普及应用后得到了飞速的发展，这个阶段的PLC在其控制功能方面增强了很多，例如数据处理、模拟量的控制等。

  ③成熟阶段 从20世纪80年代初期到90年代初期。这之前的PLC主要是单机应用和小规模、小系统的应用：但随着对工业自动化技术水平、控制性能和控制范围要求的提高，在大型的控制系统(如冶炼、饮料、造纸、烟草、纺织、污水处理等)中。PLC也展示出了其强大的生命力。对这些大规模、多控制器的应用场合，就要求PLC控制系统具备通信和联网功能。这个时期的PLC顺应时代要求，在大型的PLC中一般都扩展了遵守一定协议的通信接口。

  ④飞速发展阶段 从20世纪90年代初期到90年代末期。由于对模拟量处理功能和同络通信功能的提高，PLC控制系统在过程控制领域也开始大面积使用。随着芯片技术、计算机技术、通信技术和控制技术的发展，PLC的功能得到了进一步的提高。现在PLC不论从体积上、人机界面功能、端子接线技术，还是从内在的性能(速度、存储容量等)、实现的功能(运动控制、藏信网络、多机处理等)方面都远非过去的PLC可比。从20世纪80 年代以后，是PLC发展快的时期，年增长率一直都保持在30%~40%之间。

  ⑤开放性、标准化阶段从20世纪90年代中期以后，其实关于PLC开放性的工作在20世纪80年代就已经展开;但由于受到各大公司利益的阻挠和技术标准化难度的影响，这项工作进展得并不顺利。PLC诞生后的近30年时间里，各种PLC通信标准、编程语言等方面都存在着不兼容的地方，这为在工业自动化中实现互换性，互操作性和标准化都带来了的不便，现在随着PLCguojibiaozhunIEC61131的逐步完善和实施。特别是IEC61131-3标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化的新时代。

  PLC进一步的飞速发展趋势

  PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。

  ① 向小型化，化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件性能的大幅度提高、价格即大幅度降低、使得PLC结构更为繁凑、操作使用十分简便。从体积上讲. 有些的微型PLC仅有一块香皂大小。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上，如模拟量处理、复杂的功能指令和网络通信等。PLC的价格也不断下降，真正成为现代电气控制系统中的控制装置。据统计，小型和微型PLC的市场份额一直保持在70%~80%之间，对PLC小型化的追求永远不会停止。

  ②向大容量、高速度、信息化方向发展现在大中型PLC采用多效处理器系统，有的采用了32位微处理器，并集成了通信联网功能，可进行多任务操作，运算速度、数据交换速度及外设响应速度都有大幅度提高，存储存量大大增加，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的要求，信息技术也治送到了PLC中，如设置开放的网络环境，支持对象链接与嵌入(OLE Cor ProcessControl，OPC)技术，等等。

  ③智能化模块的发展 为了实现某些特殊的控制功能，PLC制造商开发出了许多智能化的I/O模块。这些模块本身带有CPU，使得占用主CPU的时间很少，减少了对PLC扫描速度的影响，提高了整个PLC控制系统的性能。它们本身有很强的信息处理能力和控制功能，可以完成PLC的主CPU难以兼顾的功能。由于在硬件和软件方面都采取了可靠性和便利化的措施，简化了某些控制系统的系统设计和编程。典型的智能化模块主要有高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线协议通信模块等。

  人机界面(接口)的发展 人机界面(接口)《HumanrMachine Inter/ace，HMI)在工业自动化系统中起着越来越重要的作用，PLC控制系统在HM方面的进展主要体现在以下几个方面。

  A 编程工具的发展。过去绝大部分中小型PLC仅提供手持式编程器，编程人员通过编程器和PLC打交道。是把编制好的梯形图程序转换或语句表程序，使用编程器一个字符、一个字符地敲到PLC内部;调试时也只能通过编程器现整很少的信息。现在偏程器已被淘汰，基于Windows的编程软件不仅可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构、类型、各通信接口的参数等，可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并且可以实现不同编程语言之间的自动转换。程序被编译后可下载到PLC，也可以将用户程序上传到计算机。编程软件的调试和监控功能也远远超过手持式编程器，可以通过编程软件中的监视功能实时观察PLC内部各存储单元的状态和数据，为诊断分析PLC程序和工作过程中出现的问题带来了的方便。

  b.功能强大、价格低廉的HMI。过去在PLC控制系统中进行参数的设定和显示时非常麻烦，对输入设定参数要使用大量的拨码开关组，对输出显示参数要使用数码管，它们不仅占据了大量的I/O资源、功能少、接线规琐。现在各种单色、彩色的显示设定单元、触摸屏、肌膜键盘等应有尽有，它们不仅能究成大量数据的设定和显示，还能直观形象地显示动态图形画面和完成数据处理等功能。

  c，基于PC的组态软件。在中大型的PLC控制系统中，仅靠简单的显示设定单元已不能解决人机界面的问题，基于Windows的PC机成为了佳的选择。配合适当的通信接口或适配器。PC机就可以和PLC之间进行信息的互换。再配合功能强大的组态软件，就能完成复杂的和大量的画面显示、数据处理、报警处理、设备管理等任务。这些组态软件国外的品牌有WinCC、正IX、Intouch等，国产公司有业控、力控等。现在组态软件的价格已下降到非常低的位置，在环境较好的应用现场，使用PC加组态软件来取代触摸屏的方案也是一种不错的选择。

  ⑤在过程控制领域的使用以及PLC的冗余特性 PLC的强项是在制造业领域使用，但随着通信技术、软件技术和模拟量控制技术发展并不断地融合到PLC中，它现在也被广泛地应用到了过程控制领域。但在过程控制系统中使用必然要求PLC控制系统具有更高的可靠性。现在世界上的自动化设备供应商提供的大型PLC中，一般都增加了安全性和冗余性的产品，并且符合1EXC61508标准的要求。该标准主要为可编程电子系统内的功能性安全设计而制定，为PLC在过程控制领域使用的可靠性和安全设计提供了依据。现在PLC的冗余产品包括CPU系统、I/O模块以及热备份冗余软件等。大型PLC以及冗余技术一般都是在大型的过程控制系统中使用。