1.2 PLC的特点与功能
1.2.1 PLC的特点
PLC技术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要是由于它具有许多独特的优点。PLC是传统的继电器技术和现代的计算机技术相结合的产物。而在工业控制方面，PLC还具有继电器控制或计算机控制所无法比拟的优点。
1.可靠性高，抗干扰能力强
可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。这主要是由于它采用了一系列特有的硬件和软件措施。
（1）硬件方面：在输入/输出（Input/Output，I/O）通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；在设计中采用滤波器等电路增强PLC对电噪声、电源波动、振动、电磁波等干扰的滤除，确保PLC在高温、高湿及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣工业环境下能稳定地工作；对于中央处理器（Central Processing Unit，CPU）等重要部件，采用具有良好的导电、导磁性能的材料进行屏蔽，以减少电磁干扰；同时其内部还设置连锁、环境监测与诊断、看门狗（Watchdog）等电路，发生故障自动报警，防止系统发生死循环。
（2）软件方面：PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、输入/输出接口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池会正常工作。
2.应用灵活，编程方便
PLC的方便灵活性主要体现在以下两个方面。
（1）编程的灵活性：PLC采用与实际电路非常接近的梯形图方式编程，广大电气技术人员非常熟悉，易于掌握，易于推广。对于企业中一般的电气技术人员和技术工人，也可以很容易地学会程序设计。这种面向生产、面向用户的编程方式，与常用的计算机语言相比更易于接受，故梯形图被称为面向“蓝领的编程语言”，PLC也被称为“蓝领计算机”。
（2）扩展的灵活性：PLC可以根据应用的规模进行容量、功能和应用范围的扩展，甚至可以通过与集散控制系统（DCS）、其他上位机或PLC等的通信来扩展功能，并与外围设备进行数据交换。
3.功能完善，适用性强
PLC发展至今，已形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的工业控制系统。PLC除了具有逻辑运算、算术运算、数制转换及顺序控制功能外，还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，可用于各种数字控制领域。此外，PLC还具有较完善的自诊断、自测试功能。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。由于PLC通信功能的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种自动控制系统变得非常容易。
PLC还具有强大的网络功能。它所具有的通信联网功能，使相同或不同厂家和类型的PLC可进行联网，并与上位机通信构成分布式控制系统，使其不仅能做到远程控制、PLC内部或与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。这样，PLC就可以组成远程控制网络。
4.易于安装、调试、维修
PLC用软件功能取代了继电器—接触器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，大大减少了控制设备外部的接线。在安装时，由于PLC的I/O接口已经做好，可以直接和外围设备相连，而不再需要专用的接口电路，因此硬件安装上的工作量大幅减小。用户程序可以在实验室进行模拟调试，调试完成后再进行生产现场联机调试，使控制系统设计及建造的周期大为缩短。
PLC还能够通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状
态、I/O状态和电源状态等，非常有利于维护人员对系统的工作状态进行监视。另外，PLC的模块化结构可以使维护人员很方便地检查、更换故障模块，当控制功能改变时能及时更改系统的结构和配置。而且各种模块上均有运行状态和故障状态指示灯，便于用户了解运行情况和查找故障。如果一旦其中某个模块发生故障，用户可通过更换模块的办法，使系统迅速恢复运行。有些PLC还允许带电插拔I/O模块。
5.体积小、重量轻、能耗低
由于PLC是专为工业控制而设计的，其内部电路主要采用微电子技术设计，因此具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点，易于装入机械设备内部，组成机电一体化的设备。同时PLC一般采用低压供电，硬件耗电少，与传统的继电器相比能耗更低。
1.2.2 PLC的功能
PLC作为工业控制的多功能控制器，不仅能满足一般工业控制需要，而且能适应工业控制的特殊控制要求，并可实现联网和通信控制。虽然不同类型PLC的性能、价格有差异，但其主要功能是相近的，如图1-1所示。
图1-1 PLC功能组成
1.基本功能
逻辑运算功能是PLC必备的基本功能。本质上说，它以计算机“位”运算为基础，按照程序的要求，通过对来自设备外围的按钮、行程开关、接触器触点等开关量（也称数字量）信号进行逻辑运算处理，并控制外围指示灯、电磁阀、接触器线圈的通断。
在早期的PLC上，顺序控制所需要的定时、计数功能需要通过定时模块与计数模块实现，但是，目前它已经成为PLC的基本功能之一。此外，逻辑控制中常用的代码转换、数据比较与处理等，也是PLC常用的基本功能。
2.特殊功能
PLC的特殊控制功能包括模/数（A/D）转换、数/模（D/A）转换、温度控制、位置控制、高速处理等。这些特殊控制功能的实现一般需要PLC的特殊功能模块完成。
A/D转换与D/A转换多用于过程控制或闭环调节系统。在PLC中，通过特殊的功能模块与功能指令，可以对过程中的温度、压力、流量、速度、位移、电压、电流等连续变化的物理量进行采样，并通过必要的运算（如PID）实现闭环自动调节，必要时也可以对这些物理量进行各种形式的显示。
位置控制一般通过对PLC的特殊应用指令的写入与状态的读取，对位置控制模块的位移量、速度、方向等进行控制。位置控制模块一般以位置给定指令脉冲的形式输出，指令脉冲再通过伺服驱动器或步进驱动器、驱动伺服电动机或步进电动机带动进给传动系统实现闭环位置控制。
高速处理功能一般通过PLC的特殊应用指令和高速处理模块，如高速计数、快速响应模块等实现，PLC通过高速处理命令的写入与状态的读取，对高速变化的位置、速度、流量等值进行处理控制。高速计数模块可以对几十千赫甚至上百千赫的脉冲进行计数处理，保证负载信息的及时处理并驱动。快速响应模块将输入量的变化较快地反映到输出量上。总之，PLC的高速处理功能对变化快、脉冲宽度小于PLC扫描周期的输入/输出信号进行处理，避免了丢失部分关键信号，从而影响控制过程的及时性和准确性。
3.网络与通信功能
PLC早期的通信一般仅局限于PLC与外围设备（编程器或编程计算机等）间的简单串行口通信。现代工业控制中的网络与通信已经是工业控制中不可缺少的重要内容，随着工业信息技术的发展，现代PLC的通信不仅可以进行PLC与外围设备间的通信，而且可以在PLC与PLC间、PLC与其他工业控制设备之间、PLC与上位机之间、PLC与工业网络间进行通信，并可以通过现场总线、网络总线组成系统，从而使得PLC可以方便地进入工厂自动化系统。