1.1　PLC的功能、特点和分类

PLC随着相关技术的发展而不断得到发展，功能得到不断增强、完善，性能不断提高。同时吸收其他控制系统的优点，又形成新的功能，具有新的特点。

1.1.1　PLC的主要功能

①逻辑控制功能。用与、或、非等位处理指令代替继电器等触点的串联、并联以及逻辑连接，实现开关控制、顺序控制等逻辑控制。

②定时／计数功能。用定时指令实现多种定时或延时控制，定时时间精度高，可以根据应用设定和在运行过程中修改。计数指令可以实现脉冲或开关的加、减计数，使用方便。

③信号采集和输出控制功能。通过各种输入接口采集现场的数字信号、模拟信号和脉冲信号；通过输出接口输出数字信号、模拟信号和脉冲信号等去控制电磁阀、指示灯和控制阀等部件或设备。

④数据处理功能。能进行各种数据传送、比较、转换、移位、算术和逻辑运算等操作以及复杂的高级运算。

⑤网络功能。通过各种通用协议和专用协议的通信模块或网络接口，构成集中式、分布式、分层、远程输入输出链路等网络架构，实现信息共享和交换、集中管理和分散控制、扩大规模和远程控制等功能。

⑥故障诊断功能。可以对系统配置、硬件状态、运行状态、监视定时器（WDT）、网络通信等进行自诊断，发现异常情况时进行报警并提示故障，当出现严重故障或错误时自动停止运行，缩短故障查找和处理时间，提高了系统的有效运行时间和可维护性。

1.1.2　PLC的主要特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

PLC是专为工业控制应用而设计的计算机控制系统，它采用大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）芯片和高品质低功耗元器件等，并采用模块式结构、表面贴片技术（SMT）、防腐处理、通道保护和多种形式的滤波电路、自诊断、冗余容错等技术和方法，在设计、生产和制造过程有较高的要求，使得PLC具有高可靠性和抗干扰、抗机械振动等能力。PLC可以在-20~65℃、相对湿度为35%~85%的环境条件下长期稳定工作，平均故障间隔时间（MTBF）可达10万小时以上，而故障平均修复时间（MTTR）可小于20min。

（2）控制功能强大，输入输出接口丰富

PLC能实现对开关量输入输出（I/O）、逻辑运算、定时、计数和顺序的控制，以及对模拟量I/O、算术运算、闭环比例积分微分（PID）控制、驱动控制和运动控制等，功能强大。各种I/O接口模块、智能设备接口模块和网络通信模块种类多，功能完善，通用性好，能适应从超小规模到超大规模的各种控制应用要求。

（3）模块化设计，安装、扩展方便灵活

PLC采用标准的一体式和模块式硬件结构设计，产品系列化、标准化和网络化，导轨或框架安装方式，现场安装方便，接线简单，扩展容易、快捷，支持多种现场总线，更节省材料和容易安装。相应的组态、控制功能通过软件完成，特别适应现场变更较多的场合。

（4）编程、维护操作简单易学

PLC采用工程技术人员习惯的梯形图、功能块图、结构化文本、顺序功能图等编程语言，易学易懂，编程和修改程序方便，系统设计、调试周期短。PLC还具有完善的显示和诊断功能，故障和异常状态均有显示，便于操作、维护人员及时了解出现的故障。当出现故障时可通过更换模块或插件迅速排除故障。

1.1.3　PLC的一般分类

PLC生产厂家众多，种类繁杂，其性能和规格自成系列、各有不同。通常根据结构形式、性能高低、I/O点数等进行分类。随着技术的发展，PLC向微型化、专用化、大规模和网络化方向发展，同时不断吸收DCS和FCS系统的优点，分类的边界和特点已越来越不明显了。

（1）按结构形式分类

根据PLC的结构形式，可将PLC分为一体式和模块式两大类[注]。

①一体式。又称为整体式、箱体式或单元式，是将电源、微处理器（CPU）、I/O接口等部件都集中安装在一个机壳内或底板上，称为主机单元或基本单元。一体式PLC结构紧凑、体积小、I/O点数少、价格相对较低、安装方便，一般还配备各种扩展单元，如扩展I/O单元、位置控制单元和通信接口等。主机单元和扩展单元之间通常用扁平电缆连接。罗克韦尔自动化的Micro800、MicroLogix和西门子的S7-200、S7-1200等都是一体式PLC。

②模块式。是将PLC各组成部分如CPU、I/O接口、电源模块等分别做成独立的模块，通过底板、框架、总线扩展等方式连接。大、中型PLC和部分小型PLC多数采用模块式结构，各种模块可以灵活组合，易于扩展I/O容量和各种特殊应用功能，是当前在工业控制系统中广泛应用的结构形式。罗克韦尔自动化的CompactLogix、ControlLogix和西门子的S7-300、S7-400等都是模块式。

（2）按性能分类

根据PLC所具有的性能不同，可将PLC分为低档、中档和高档三类。

①低档PLC。以开关量为主，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，还有少量模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。低档PLC主要用于数据采集、简单逻辑控制和顺序控制等单机控制场合。

②中档PLC。除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数据转换、智能设备接口、网络等功能。部分中档PLC还可具有中断控制、PID控制等功能，适用于较复杂的控制场合。

③高档PLC。除具有中、低档PLC的功能外，还增加更为复杂数学运算、逻辑运算和多任务多程序运行功能，具有更强的I/O处理能力、网络功能和自诊断等能力，适用于各种大规模、复杂应用的控制场合。

（3）按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数可将PLC分为小型、中型和大型三类[注]。

①小型PLC。I/O点数小于256点，采用8位CPU，单CPU结构，存储器容量为16KB以下，采用一体式或模块式结构，适用于单机控制或小规模控制场合。

②中型PLC。I/O点数为1024点以下，采用8位或16位CPU，单CPU结构较多，也有双CPU结构的，存储器容量为32KB以下，采用模块式结构，适用于中等规模、较复杂的控制场合。

③大型PLC。I/O点数大于1024点，现在大型PLC的I/O点数可达10万点及以上，采用16位或32位CPU，多CPU架构，存储器容量为32KB到MB级别，采用模块式结构，适用于各种大规模、复杂应用和综合自动化等控制场合。

1.1.4　当前主要的PLC厂家

可以把当前主要的PLC厂家分为欧、美、日和国产四大系列。欧系主要是西门子（SIEMENS）、ABB和莫迪康（MODICON）[注]等。美系主要是艾伦-布拉德利（Allen-Bradly，以下简称A-B[注]）和通用法拉克（GE FANUC）等。日系主要是三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）等。较为熟悉的是较早引入的PLC，如A-B、三菱、西门子等。经过几十年的发展，PLC的主要应用逐步集中到几个最具代表性的产品中。近几年国产PLC的性能和水平也有了较大的进步，浙大中控与和利时在大型PLC上也崭露头角。当前主要的PLC厂家和主要产品型号如表1-1所示。