什么是PLC？
“PLC是一种专门设计用于工业环境的数字操作电子设备。它使用可编程存储器来存储用于执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算的指令，并且可以通过数字或模拟输入和输出来控制各种类型的机器或生产过程。PLC及其相关外围设备应按照易于与工业控制系统集成和易于功能扩展的原则进行设计。”
PLC的特点
2.1可靠性高，抗干扰能力强。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于PLC采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺，其内部电路采用先进的抗干扰技术，可靠性高。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。部分采用冗余CPU的PLC平均无故障工作时间更长。至于PLC的外部电路，与同规模的继电器接触器系统相比，电气接线和开关触点减少到数百个甚至数千个，故障大大减少。此外，PLC具有硬件故障自检功能，当出现故障时能及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编写外围设备的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路和设备也能获得故障自诊断保护。这样整个系统可靠性高也就不足为奇了。
2.2成套，功能完善，适用性强。
今天，PLC已经发展成为大、中、小规模的系列产品。可用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能，大多数现代PLC还具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来，PLC的功能单元大量涌现，使得PLC渗透到位置控制、温度控制、数控等各种工业控制中。再加上PLC通讯能力的增强和人机界面技术的发展，用PLC组成各种控制系统是非常容易的。
2.3易学易用，受工程技术人员欢迎。
PLC作为通用工业控制计算机，是工矿企业的工业控制设备。其界面简单，编程语言容易被工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图相当接近，只需少量PLC的开关逻辑控制指令就能方便地实现继电器电路的功能。它为不熟悉电子电路、计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了大门。
2.4系统的设计和建设工作量小，易于维护和改造。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线，缩短了控制系统的设计和建设周期，维护更容易。更重要的是，同样的设备通过改变程序来改变生产过程是可能的。这非常适合多品种小批量生产的场合。
2.5体积小，重量轻，能耗低。
以超小型PLC为例，新生产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗只有几瓦。由于体积小，易于安装在机械中，是实现机电一体化的理想控制装置。
3.PLC的应用领域
目前，PLC已广泛应用于国内外钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通、环保、文化娱乐等行业，其用法大致可归纳为以下几类。
3.1开关量逻辑控制
这是PLC最基本也是最广泛的应用领域。它代替传统的继电器电路实现逻辑控制和顺序控制。可用于单机控制、多机群控和自动化生产线。如注塑机、印刷机、订书机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀生产线等。
3.2模拟控制
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位、速度等，都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，需要实现模拟量和数字量之间的A/D转换和D/A转换。PLC厂商都生产匹配的A/D和D/A转换模块，这样就可以用可编程控制器进行模拟控制。
3.3运动控制
PLC可用于控制圆周运动或直线运动。从控制机构的配置来看，早期是用I/O模块直接连接位置传感器和执行器，现在一般是用专用的运动控制模块。例如可以驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界各大PLC厂商的产品几乎都具有运动控制功能，广泛应用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3.4过程控制
过程控制是指温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC作为工业控制计算机，可以编制各种控制算法，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中广泛使用的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前很多小型PLC也有这个功能模块。一般PID处理是运行一个特殊的PID子程序。过程控制广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。
3.5数据处理
现代PLC具有数学运算(包括矩阵运算、函数运算和逻辑运算)、数据传输、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，以完成某些控制操作，也可以通过使用通信功能传输到其他智能设备，或者打印并制成表格。数据处理一般用于大型控制系统，如无人驾驶柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品等行业的一些大型控制系统。
3.6通信和联网
PLC通信包括PLC之间的通信和PLC与其他智能设备之间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展迅速，各PLC厂商都非常重视PLC的通信功能，纷纷推出自己的网络系统。新生产的PLC都有通讯接口，通讯非常方便。
4.PLC的国内外现状
世界上公认的第一台PLC是美国数字设备公司(DEC)于1969年研制的。受当时元件条件和计算机发展水平的限制，早期的PLC主要由分立元件和中小型集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制、定时和计数功能。微处理器出现在20世纪70年代初。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了计算、数据传输和处理的功能，完成了具有真正计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器和接触器系统的工程师使用，可编程控制器采用类似继电器电路图的梯形图作为主要编程语言，所有参与运算和处理的计算机存储元件均以继电器命名。这时，PLC是微机技术和继电器常规控制理念相结合的产物。
70年代中后期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术全面引入可编程控制器，使其功能实现飞跃。更高的运算速度，超小的体积，更可靠的工业抗干扰设计，模拟运算，PID功能，高性价比奠定了其在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器已在先进工业国家广泛使用。这一时期可编程控制器的发展特点是大型化、高速化、高性能化和产品系列化。这个阶段的另一个特点是，世界上生产可编程控制器的国家越来越多，产量越来越大。这标志着可编程控制器已经进入成熟阶段。
20世纪末，可编程控制器的发展更适合现代工业的需要。在控制规模上，这一时期发展了大型机和超小型计算机；在控制能力上，诞生了多种特殊的功能单元，用于压力、温度、速度、位移等各种控制场合。就产品的匹配能力而言，已经产生了各种人机接口单元和通信单元，更容易匹配使用可编程控制器的工业控制设备。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工等领域的应用有了很大发展。
我国可编程控制器的引进、应用、开发和生产始于改革开放。最初，进口设备中大量使用可编程控制器。接下来，PLC在各企业生产设备和产品中的应用不断扩大。目前，中国已经能够生产中小型可编程控制器。上海吴栋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK和D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等产品已达到一定规模，并在工业产品中得到应用。此外，无锡华光公司和上海海岛公司等中外合资企业也是中国著名的PLC制造商。可以预计，随着中国现代化进程的深入，PLC在中国将有更广阔的应用领域。
5.PLC的未来展望
21世纪，PLC将有更大的发展。在技术上，计算机技术的新成果将更多地应用于可编程控制器的设计和制造，出现运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种；从产品规模来看，将进一步向超小型、超大型方向发展；从产品兼容性来看，产品的品种和规格将更加丰富，完善的人机界面和完备的通讯设备将更好地满足各种工业控制场合的需求；从市场来看，每个国家生产多种产品的局面会随着国际竞争的加剧而被打破，会出现少数品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展来看，将可编程控制器与其他工业控制计算机联网，形成大型控制系统，是可编程控制器技术的发展方向。当前计算机分布式控制系统DCS(分布式
控制
系统)有大量的可编程控制器应用。随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业以外的许多领域发挥越来越重要的作用。
1 PLC基础知识
1.1 PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关被顺序控制，按逻辑条件依次动作，按逻辑关系控制联锁保护动作，采集大量的离散数据。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统实现的。1968美国GM(通用汽车)公司提出更换电气控制装置的要求。第二年，美国数字公司开发了一种基于集成电路和电子技术的控制装置，首次以编程的手段应用于电气控制。这是第一代可编程控制器，叫可编程。
控制器(个人计算机).
个人计算机(简称PC)发展以后，为了方便和体现可编程控制器的功能特点，可编程控制器被命名为可编程。
逻辑控制器(PLC).
20世纪80年代至90年代中期，PLC发展最快，年增长率为30~40%。在此期间，PLC的模拟处理能力、数字计算能力、人机界面能力和网络能力都有了很大的提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在一些应用中取代了在过程控制领域占主导地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应性广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制，尤其是顺序控制中的地位，在可预见的未来是不可替代的。
1.2 PLC的组成
从结构上看，PLC可分为固定式和模块化。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、存储块、电源等。这些元素结合成一个不可分割的整体。模块化PLC包括CPU模块、I/O模块、存储器、电源模块、背板或机架，可以按照一定的规则进行组合和配置。
1.3 CPU的组成
CPU是PLC的核心，起着神经中枢的作用。每套PLC至少有一个CPU，根据PLC系统程序给出的功能接收并存储用户程序和数据，通过扫描收集现场输入设备发送的状态或数据，并存储在指定的寄存器中。同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态以及编程时的语法错误。进入运行后，从用户程序存储器中逐个读取指令，经过分析后根据指令中规定的任务产生相应的控制信号来指挥相关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器和实现它们之间连接的数据、控制和状态总线组成。CPU单元还包括外围芯片、总线接口和相关电路。存储器主要用来存储程序和数据，是PLC不可缺少的单元。
在用户看来，不需要详细分析CPU的内部电路，但是要充分了解各部分的工作机理。CPU的控制器控制CPU的工作，CPU读取、解释和执行指令。但是工作节奏由振荡信号控制。算术单元用于数字或逻辑运算，并在控制器的命令下工作。寄存器参与运算并存储运算的中间结果，它也在控制器的命令下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，决定了PLC的工作速度、IO数量和软件容量，从而限制了控制规模。
1.4 I/O模块
PLC与电路之间的接口由输入输出(I/O)完成。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入寄存器反映输入信号的状态，其输出点反映输出锁存器的状态。输入模块将电信号转换成数字信号进入PLC系统，输出模块则相反。I/O分为开关量输入(DI)、开关量输出(DO)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下:
通断值:按电压等级划分，有220VAC，110VAC，24VDC，按隔离方式划分，包括继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:按信号类型有电流型(4-20mA，0-20mA)，电压型(0-10V，0-5V，-10-10V)等等，按精度有12bit，65438+。
除了上面的一般IO，还有特殊的IO模块，比如热电阻、热电偶、脉冲等等。
模块的规格和数量根据I/O点的数量确定。I/O模块可多可少，但最大数量受CPU可管理的基本配置容量的限制，即受背板或机架插槽的最大数量的限制。
1.5电源模块
PLC电源用于为PLC模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC或110VAC)和DC电源(通常为24VDC)。
1.6背板或机架
模块化PLC大多采用背板或机架，其作用是:电气上，实现模块之间的连接，使CPU可以访问背板上的所有模块，机械上，实现模块之间的连接，使其形成一个整体。
1.7 PLC系统的其他设备
1.7.1
编程设备:编程器是PLC开发、应用、监控、操作、检查和维护不可缺少的设备。用于编程、设置系统和监视PLC及其控制的系统的工作状态，但不直接参与现场控制操作。小型编程器PLC一般都有手持编程器。目前一般由一台计算机(运行编程软件)充当程序员。它是我们系统的上位机。
1.7.2人机界面:最简单的人机界面就是指示灯和按钮。目前，带液晶显示屏(或触摸屏)的一体化操作员终端应用越来越广泛，由计算机(运行组态软件)作为人机界面的情况非常普遍。
1.8 PLC的通信组网
依靠先进的工业网络技术，可以快速有效地收集和传输生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越明显，甚至有人提出了“网络就是控制器”的观点。
PLC具有通讯联网功能，使PLC和PLC
PLC、上位机和其他智能设备之间可以进行信息交换，形成统一的整体，实现分散集中控制。大部分PLC都有RS-232接口，有些还有支持各自通信协议的内置接口。PLC的通信现在主要采用MPI和PROFIBUS进行数据通信。
或工业以太网。
2 PLC控制系统设计的基本原则
2.1最大限度地满足了被控对象的控制要求。
2.2在满足控制要求的前提下，尽量使控制系统简单、经济、便于使用和维护。
2.3确保控制系统的安全性和可靠性。
2.4考虑到生产的发展和技术的提高，在选择PLC的容量时应适当留有余量。
3 PLC软件系统和常用编程语言
3.1 PLC软件系统由系统程序和用户程序组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等。，主要用于管理整机，将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供，已经固化在EPROM中，不能直接访问和干扰。用户程序是用户根据现场控制的要求，用PLC的编程语言编写的实现各种控制的应用程序(即逻辑控制)。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器配置和编程的标准软件包，即用户程序。我们使用STEP7进行硬件配置和逻辑编程，以及在线监控逻辑程序的执行结果。
3.2 PLC提供的编程语言
3.2.1标准语言梯形图语言也是我们最常用的语言之一，它具有以下特点。
3.2.1.1它是一种图形语言，遵循传统控制图中继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号。左右竖线称为左右母线。
3.2.1.2在梯形图中，触点(接点)只有常开和常闭，触点可以是连接到PLC输入的开关，也可以是PLC内部继电器的触点，或者是内部寄存器和计数器的状态。
3.2.1.3梯形图中的触点可以任意串联或并联，但线圈只能并联不能串联。
3.2.1.4内部继电器、计数器、寄存器等。不能直接控制外部负载，只能做出中间结果供CPU内部使用。
3.2.1.5 PLC按照循环扫描事件按梯形图顺序执行，同一扫描周期内的结果保存在输出状态寄存器中，因此输出点的值可以作为用户程序中的条件。
3.2.2语句表语言，类似汇编语言。
3.2.3逻辑功能图语言，用半导体逻辑框图表示，一般一个操作框代表一个功能，左手绘图输入，右手绘图输出。
使用4 STEP7程序
4.1创建项目结构。项目就像一个文件夹。所有的数据都存在于一个层次结构中，你可以随时使用它。创建项目后，所有其他任务都在该项目下执行。
4.2配置一个站意味着指定你想要使用的可编程控制器，例如S7300和S7400。
4.3配置硬件，配置硬件是在配置表中指定您的控制方案要使用的模板，以及在用户程序中访问这些模板的地址。一般情况下，地址由程序自动生成，无需修改。模板的特征也可以用参数来分配。
4.4配置网络和通信连接。通信的基础是预先配置好网络，也就是创建一个符合你的控制方案的子网，设置好网络特性，设置好网络连接特性和任何一个联网站需要的连接。网络地址也是由程序自动生成的。如果没有改的经验，一定不要修改。
4.5定义符号。您可以在符号表中定义局部符号或* * *符号，并在用户程序中用这些更具描述性的符号名称替换绝对地址。符号的命名一般用不超过8个字节的字母来写，最好不要用长汉字来描述，否则对程序的执行影响很大。
4.6创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板链接或无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程中的重要任务之一。一般可以采用线性编程(基于一个块，OB1)、分布式编程(编写功能块FB，OB1组织调用)和结构化编程(编写通用块)。我们经常一起使用结构化编程和分布式编程，很少使用线性编程。
4.7将程序下载到可编程控制器。完成所有配置、参数分配和编程任务后，您可以将整个用户程序下载到可编程控制器。下载程序时，可编程控制器必须处于允许下载的工作模式(STOP或RUN-P)。
RUN-P模式意味着这个程序会一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序可能会发生冲突，所以下载前一般会将CPU切换到STOP模式。
5 WinCC程序的使用
5.1简介WINCC是一个工业技术中性系统，解决生产和过程自动化中的可视化和控制任务。它具有控制自动化过程的强大功能，是一个基于个人计算机的运行监控系统。很容易将标准程序和用户程序结合起来，建立人机界面，准确满足实际生产要求。WINCC有两个版本:RC版(带配置和开发环境)和RT版(仅带运行环境)。我们一般用RC版。
5.2 WINCC的简单使用步骤
5.2.1变量管理:首先确定安装驱动的通信方式，然后定义内部变量和外部变量。外部变量受你买的WINCC软件授权限制，内部变量不受限制。
5.2.2图片生成，进入图形编辑器，这是一个面向矢量的绘制程序，用于创建工艺图片。您还可以使用对象和样式库中包含的许多图形对象来创建复杂的工艺图片。您可以通过动作编程为单个图形对象添加动态效果。
5.2.3报警记录设置，提供显示和操作选项，以获取和存档结果。可以随意选择消息块、消息级别、消息类型、消息显示和报告。要在运行时显示消息，可以使用图形编辑器中对象库中包含的报警控件。
5.2.4变量记录，用于从操作过程中收集数据，并准备显示和存档。
5.2.5报表配置，通过报表编辑器实现。它是消息、操作、存档内容和当前或存档数据计时器或事件控制文档的集成报告系统，用户报告的形式可以自由选择。
5.2.6全局脚本的应用。全局脚本是C语言中函数和动作的总称。根据脚本的不同类型，它们用于为对象配置动作，并由系统中的C语言编译器进行处理。全局脚本操作用于运行流程执行。触发器可以启动这些操作的执行。
5.2.7用户管理器的设置，用于分配和控制用户运行系统编辑器的个人配置和访问权限。每次建立一个用户，WINCC功能的访问权限被独立设置并分配给这个用户。最多可分配999种不同的授权。
5.2.8跨表索引，用于查找和显示对象的所有用途，如变量、图片和函数。使用Link函数在不导致配置不一致的情况下更改变量名。
参考
林晓峰。可编程控制器的原理及应用。北京:高等教育出版社，1994。
田瑞婷。可编程控制器应用技术。北京:机械工业出版社，1994。
张。可编程控制器应用技术。北京:化学工业出版社，2001.12。
于广清。可编程控制器原理及系统设计。北京:清华大学出版社. 2004
PLC，俗称“电力线接入”，英文叫电力线通信，主要是指利用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。
1，主要功能
①结构灵活，不受环境限制，有电就能组网。同时，可以灵活扩展接入端口的数量，保持较高的资源利用率，在移动性方面堪比WLAN。
②传输质量高，速度快，带宽稳定，可以流畅在线观看DVD电影。它提供的14Mbps的带宽，可以保证很多应用平台。最新的电力线标准HomePlug AV达到了200Mbps。为了保证QoS，HomePlug AV采用了具有冲突检测功能的TDMA和CSMA协议，可以很好的传输流媒体。
③广泛且无处不在的电力线网络也是这项技术的优势。无线网络虽然不能破壁，但对于高层建筑来说，必须配备N个以上的AP才能满足需求，也无法避免区域信号盲区的存在。电力线是最基本的网络，其规模是其他任何网络都无法比拟的。因此，运营商可以很容易地将这种网络接入服务渗透到每个有电力线的地方。这项技术一旦全面商用，将给互联网的普及带来巨大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以上网、接收电视频道的节目、打电话或者视频通话。
④成本低。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约资源。不需要挖沟打洞穿墙，避免了对建筑物、公共设施和家庭装修的破坏，也节省了人力。与传统的组网技术相比，PLC具有成本低、建设周期短、可扩展性和可管理性好等优点。目前国内已经开通宽带电力接入的地方，月租费一般在50-80元/月左右，和很多地方的ADSL一样。
⑤应用广泛。作为一种利用电力线组网的接入技术，PLC提供了宽带网络的“最后一公里”解决方案，广泛应用于住宅小区、酒店、办公区域、监控和安防等领域。它使用电力线作为通信载体，这使得PLC非常方便。只要房间内有电源插座，无需拨号即可立即享受4.5~45Mbps的高速网络接入，从而浏览网页、拨打电话、观看网络电影，实现了数据、语音、视频、电“四网合一”。
PLC还有一个说法:产品生命周期的概念，简称PLC，把一个产品的销售历史比作一个人的生命周期，经历出生、成长、成熟、衰老、死亡等阶段。就产品而言，要经历一个发展、引入、成长、成熟、衰落的阶段。
1，产品开发期:从有开发产品的想法到产品制造成功的时期。在此期间，这款产品的销量为零，公司的投入持续增加。
2.导入期:新品上市，销售缓慢。由于进口产品成本过高，初期利润通常较低或为负，但此时没有或很少有竞争对手。
3.成长期:经过一段时间，产品获得了相当大的知名度，销售额快速增长，利润大幅增加。然而，由于市场和利润的快速增长，很容易吸引更多的竞争对手。
4.成熟期:此时市场增长趋势放缓或饱和，产品已被大部分潜在买家接受，利润达到顶峰后逐渐下降。此时市场竞争激烈，公司需要投入大量的营销费用来维持产品地位。
5.下降期:这一时期产品销量下降明显，利润也大幅下降。优胜劣汰，市场竞争对手越来越少。