第1章 可编程控制器（PLC）概述
本章要点：
PLC的结构：软件结构和硬件结构
PLC的基本工作原理与应用
PLC与继电器逻辑电路的比较
PLC的性能指标与典型PLC产品
可编程序控制器（Programmable Controller）简称PC，是一种专为工业应用而设计的数字式电子控制装置。早期它主要用于开关逻辑控制，因此也称为可编程逻辑控制器（Program-mable Logic Controller），简称PLC。由于PC与个人计算机容易混淆，故现在通常简称可编程序控制器为PLC。
PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上，逐渐发展成以微处理器为核心，综合微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前已在工业、交通运输、农业、商业等领域得到了广泛应用，成为各行业的通用控制核心器件。
PLC种类繁多，不同厂家的产品各自有相应的特点。但作为工业标准设备，在具有一定区别的同时，也具有一定的共性。
本章以图解的形式主要介绍可编程序控制器（PLC）的基本组成、工作原理及应用领域，并简要介绍几种典型的可编程逻辑控制器（PLC），使读者掌握PLC应用的基本知识，为今后运用PLC解决实际生产问题打下基础。
1.1 PLC结构
PLC是一种在计算机与继电器控制复合技术下可以编程以进行程序控制的器件。由于是以中央处理器（CPU）为核心并与输入/输出（I/O）设备相连接而作为工业控制特殊用途的计算机，因此它的基本组成部分与通用的微机类似，可分为硬件与软件两大部分。PLC实物如图1.1所示。
图1.1 S7-200 PLC实物图
1.1.1 硬件组成
虽然PLC种类繁多，但其核心结构基本相同，主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口、编程器、电源、扩展接口、通信接口、智能I/O接口、智能单元等组成。一般认为中央处理单元、存储器、输入/输出接口为其基本组成。如图1.2所示为PLC基本结构框图。
图1.2 PLC基本结构框图
结构图分析
1. 中央处理单元（CPU）
与通用计算机一样，CPU是PLC的运算、控制中心，用来实现逻辑运算、算术运算，并对全机进行控制。按照PLC中的系统程序赋予的功能，完成如图1.3所示的功能任务。
图1.3 CPU功能图
2. 存储器
PLC配有系统程序存储器和用户存储器。前者用于存放系统管理程序，用户不能直接存取和修改；后者一般分为用户程序存储区和数据存储区。
存储器组成及各组成功能、特点如表1.1所示。
表1.1 存储器组成及功能
1. 掩膜只读存储器，存储内容在其制造过程中确定，不允许再改写。
2. 可擦除可编程只读存储器，存储内容由用户用编程器写入，可在紫外线灯的照射下擦除，允许反复多次擦除和写入。
3. 随机存取存储器，可进行读/写操作。
3. 输入/输出接口
输入/输出接口是与工业现场装置之间的连接部件，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。
输入/输出接口的类型如图1.4所示。
图1.4 输入/输出接口的类型
分类图分析
对于小型PLC，厂家通常将I/O部分装在PLC的本体部分；而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数（1点相当于微机I/O接口的1位）的I/O组件来组成自己的控制系统。
1.1.2 软件组成
1. PLC的软件结构
可编程序控制器软件部分由系统程序和用户程序两大部分组成。系统程序由PLC制造商固化在系统程序存储器中，用以控制可编程序控制器本身的运作；用户程序则是由使用者编制并输入用户程序存储器（区）的，用来控制外部对象的运作。PLC的软件结构如图1.5所示。
图1.5 PLC的软件结构
注：图中梯形图、语句表和流程图是用户程序的不同形式，并不是不同功能的程序分类。
用户程序即应用程序，是可编程控制器的使用者针对具体控制对象编制的应用程序。根据不同控制要求编制不同的程序，相当于改变可编程控制器的用途，也相当于对继电接触器控制设备的硬接线线路进行重设计和重接线，这就是所谓的“可编程序”。程序既可由编程器方便地送入PLC内部的存储器中，也能通过编程器方便地读出、检查与修改。
参与PLC应用程序编制的是其内部代表编程器件的存储器，俗称“软继电器”，或称编程“软元件”。PLC中设有大量的编程“软元件”，这些“软元件”依编程功能分为输入继电器、输出继电器、定时器、计数器等。由于“软继电器”实质为存储单元，取用它们的常开、常闭触点实质上为读取存储单元的状态，所以可以认为一个继电器带有无数多个常开、常闭触点。
2. PLC的编程语言
PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有三种：梯形图、语句表（又叫指令表）和功能流程图，各语言的性能特点如表1.2所示。
表1.2 编程语言的性能特点
上述几种编程语言中，最常用的是梯形图和语句表。下面以SIMATIC S7-200系列PLC为例来介绍梯形图和语句表编程的一般规则，图1.6为三相异步电动机
-△降压启动的控制程序。
图1.6 
-△降压启动的控制程序
梯形图分析
梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了方便，常用“有电流”或“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件。
因PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图从上到下、从左到右的先后顺序逐行进行处理的，所以由梯形图编写指令程序时，应遵循从上到下、从左到右的顺序。