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2025年1月1日发(作者：同步fifo的作用)
plc是什么_plc发展历史
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plc是什么_plc发展历史
plc是什么
可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内
部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面
向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或
生产过程。
plc发展历史
起源
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求;
1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器
PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序
化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称
Programmable Logic Controller，简称PLC，是世界上公认的第一台
PLC。
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14;
1971年，日本研制出第一台DCS-8;
1973年，德国西门子公司(SIEMENS)研制出欧洲第一台PLC，型
号为SIMATIC S4;
1974年，中国研制出第一台PLC，1977年开始工业应用。
发展
20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻
辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，
完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制
器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展
起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制
器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。
20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，
计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高
的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、
PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得
广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的
时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量
能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可
编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程
控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工
业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特
殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻
辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。
拓展阅读：PLC的选型规则
在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步
工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要
求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、
标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的
原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、
成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应
与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有
关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，
应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所
需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储
器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择
有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。
一、输入输出(I/O)点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，
再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实
际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入
输出点数进行圆整。
二、存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，
程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序
容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，
程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计
选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了
不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O
点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此
数的25%考虑余量。
三、控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功
能和处理速度等特性的选择。
1、运算功能
简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功
能;普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功
能;较复杂运算功能有代数运算、数据传送等;大型可编程逻辑控制器中
还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，
在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的
通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工
厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出
发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和
计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和
控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需
要译码和编码等运算。
2、控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算
等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，
因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，
有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编
程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、
高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。
3、通信功能
大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协
议(如TCP/IP)，需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应
符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。
可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、
RIO通信口、常用DCS接口等;大中型可编程逻辑控制器通信总线(含
接口设备和电缆)应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信
距离应满足装置实际要求。
可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大
于1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络
主要形式有下列几种形式：
1)、PC为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易
可编程逻辑控制器网络;
2)、1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器
为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络;
3)、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS中
作为DCS的子网;
4)、专用可编程逻辑控制器网络(各厂商的专用可编程逻辑控制器
通信网络)。
为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不
同通信功能的(如点对点、现场总线、)通信处理器。
4、编程功能
离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个CPU，编程
器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。
完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不
能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。
在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控
制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制
的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序
运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程
逻辑控制器中常采用。
五种标准化编程语言：顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块
图(FBD)三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。
选用的编程语言应遵守其标准(IEC6113123)，同时，还应支持多种语
言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
5、诊断功能
可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断
通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊
断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件
对可编程逻辑控制器的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行
诊断是外诊断。
可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人
员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
6、处理速度
可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理
速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控
制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。
处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。
可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间
约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫
描周期(处理器扫描周期)应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不
大于0.5ms/K;大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.2ms/K。
四、可编程逻辑控制器的类型
可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境
分为现场安装和控制室安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、
16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入
输出点数选型。
整体型可编程逻辑控制器的I/O点数固定，因此用户选择的余地
较小，用于小型控制系统;模块型可编程逻辑控制器提供多种I/O卡件
或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能
扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
五、PLC输入/输出类型
开关量
开关量主要指开入量和开出量，是指一个装置所带的辅助点，譬
如变压器的温控器所带的继电器的辅助点(变压器超温后变位)、阀门凸
轮开关所带的辅助点(阀门开关后变位)，接触器所带的辅助点(接触器
动作后变位)、热继电器(热继电器动作后变位)，这些点一般都传给
PLC或综保装置，电源一般是由PLC或综保装置提供的，自己本身不
带电源，所以叫无源接点，也叫PLC或综保装置的开入量。
1、数字量
在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量
的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。
例如：
用电子电路记录从自动生产线上输出的零件数目时，每送出一个
零件便给电子电路一个信号，使之记1，而平时没有零件送出时加给电
子电路的信号是0，所在为记数。可见，零件数目这个信号无论在时间
上还是在数量上都是不连续的，因此他是一个数字信号。最小的数量
单位就是1个。
2、模拟量
在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量
的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。
例如：
热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情
况下被测温度都不可能发生突跳，所以测得的电压信号无论在时间上
还是在数量上都是连续的。而且，这个电压信号在连续变化过程中的
任何一个取值都是具体的物理意义，即表示一个相应的温度。
六 转换原理
1. 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通
滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应
的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。
根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样
信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是
冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱(即Sa函数)的乘积。这样，用Sa
函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。由
采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频
谱。
一般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难
获得，因此，这两次滤波(Sa函数和理想低通)可以合并(级联)，并且由
于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能
近似完成。
2. 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、
采样保持和编码的过程。
模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后
通过编码器， 使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。
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