可编程控制器（PLC）自问世以后就凭借其优越的性能得到了迅速的发展，现在PLC已经成为一种重要的也是应用场合多的工业控制器。

初的PLC限于当时元器件的条件及计算机的发展水平，主要由分立元件和中小规模集成电路组成，存储器采用的是磁芯存储器。它只能完成简单的开关量逻辑控制以及定时、计数功能。这时的PLC主要是被用作继电器控制装置的替代品，但它的性能要优于继电器，其主要优点包括体积小、易于安装、能耗低、简单易学等。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器在软件编程上采用和继电器控制电路相似的梯形图作为主要的编程语言。

20世纪70年代出现的微处理器使可编程控制器发生了巨大的变化。欧美及日本的一些厂家以微处理器和大规模集成电路芯片作为PLC的中央处理单元（CPU），使PLC增加了运算、数据传送及处理通信、自诊断等功能，可靠性也得到了进一步的提升。PLC成为了真正具有计算机特征的工业控制装置。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、更小的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能以及极高的性价比奠定了PLC在现代工业中的地位。

20世纪80年代至90年代中期，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。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等方面得到大幅度提高，PLC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。这个时期PLC的另一个特点是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90年代末期至今，可编程控制器的发展更加适应于现代工业的需要。从产品规模上来看，PLC会进一步向超小型及超大型方向发展；从控制能力上来看，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来看，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。伴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，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。2.1.3 PLC的定义

1987年国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）在可编程控制器草案中对可编程控制器做出如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用于在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备都应按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设计。

由PLC的定义可以看出，PLC具有和计算机相类似的结构，也是一种工业通用计算机，只不过PLC为适应各种较为恶劣的工业环境而设计，具有很强的抗干扰能力，这也是PLC区别于一般微机控制系统的一个重要特征，并且PLC必须经过用户二次开发编程才能使用。2.1.4 PLC的分类

PLC是根据现代化大生产的需要而产生的，PLC的分类也必然要符合现代化生产的需求。PLC产品的种类繁多，其功能、内存容量、控制规模、外形等方面均存在较大差异，型号规格不统一，还没有一个的统一分类标准，准确分类也是困难的。目前，一般按照控制规模、结构形式和实现的功能粗略地对PLC进行分类。

（1）按PLC的控制规模分类

控制规模主要指PLC可控制的大I/O点数。通常而言，PLC能控制的I/O点数越多，其控制的对象就越复杂，控制系统的规模也越大。PLC按控制规模分，可以分为小型机、中型机和大型机3类。

①小型机

小型机的控制点数一般在256点以内，通常采用整体式结构，适用于机电一体化设备或各种自动化仪表的单机控制。如日本欧姆龙公司生产的CQM1、三菱公司生产的FX2和德国西门子公司生产的S7-200。这类PLC由于控制点数不多，控制功能有一定局限性。但它价格低廉，并且小巧、灵活，可以直接安装在电气控制柜内，很适合用于单机控制或小型系统的控制。

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②中型机

中型机的控制点数一般在256～2048点之间，一般采用模块式结构，常用于大型机电一体化设备的控制。如日本欧姆龙公司生产的C200H、富士公司生产的HDC-100和德国西门子公司生产的S7-300。这类PLC由于控制点数较多，控制功能较强，有些PLC还有较强的计算能力，不仅可用于对设备进行直接控制，也可以对多个下一级的PLC进行监控，适用于中型或大型控制系统的控制。

③大型机

大型机的控制点数一般大于2048点，大型PLC使用32位微处理器，多CPU并行工作，并具有大容量存储器。均采用模块式结构，具有较强的网络通信功能，可用于大型自动化生产过程，组成分布式控制系统。如日本欧姆龙公司生产的C2000H、富士公司生产的F200和德国西门子公司生产的S7-400。这类PLC控制点数多，控制功能很强，有很强的计算能力。同时，这类PLC运行速度很高，不仅能完成较复杂的算术运算，还能进行复杂的矩阵运算，它不仅可以用于对设备进行直接控制，可以对多个下一级的PLC进行监控，还可以完成现代化工厂的全面管理和控制任务。

上述划分方式并不十分严格，也不是一成不变的。

（2）按PLC的结构分类

为了方便在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别。通常从组成结构形式上将PLC分为整体式和模块式两大类。

①整体式

整体式结构的PLC把电源、CPU、存储器和I/O系统都集成在一个单元内，该单元叫作基本单元。一个基本单元就是一台完整的PLC。控制点数不满足需要时，可再接扩展单元，扩展单元不带CPU，在安装时不用基板，仅用电缆进行单元间的连接，由基本单元和若干扩展单元组成较大的系统。整体式结构的特点是紧凑、体积小、成本低、安装方便，其缺点是各个单元输入与输出点数有确定的比例，使PLC的配置缺少灵活性，有些I/O资源不能充分利用。早期的小型机多为整体式结构。

②模块式

PLC的模块式结构通常也叫作组合式结构。模块式结构的PLC是把PLC系统的各个组成部分按功能分成若干个模块，如CPU模块、输入模块、输出模块和电源模块等，其中各模块功能比较单一，模块的种类却日趋丰富。例如，一些PLC除了一些基本的I/O模块外，还有一些特殊功能模块，如温度检测模块、位置检测模块、PID控制模块和通信模块等。模块式结构的PLC采用搭积木的方式，在一块基板插槽上插上所需模块组成控制系统（又叫作组合式结构）。有的PLC没有基板而是采用电缆把模块连接起来组成控制系统（又叫作叠装式结构）。模块式结构的PLC特点是CPU、输入和输出均为独立的模块。模块尺寸统一、安装整齐、I/O点选型自由，并且安装调试、扩展和维修方便。中型机和大型机多为模块式结构。

（3）按PLC的功能分类

PLC按功能强弱来分，可以分为低档机、中档机和机3类。

①低档机

低档机具有基本的控制功能和一般的运算能力。工作速度比较低，能带的输入/输出模块的数量比较少，种类也比较少。这类可编程序控制器只适合于小规模的简单控制，在联网中一般适合做从站使用。如日本欧姆龙公司生产的C60P就属于低档机。

②中档机

中档机具有较强的控制功能和较强的运算能力，它不仅能完成一般的逻辑运算，也能完成比较复杂的三角函数、指数运算和PID运算。工作速度比较快，能带的输入/输出模块的数量和种类也比较多。这类可编程序控制器不仅能完成小型系统的控制，也可以完成较大规模的控制任务。在联网中可以做从站，也可以做主站。如德国西门子公司生产的S7-300就属于中档机。

③机

机具有强大的控制功能和强大的运算能力，它不仅能完成逻辑运算、三角函数运算、指数运算和PID运算，还能进行复杂的矩阵运算。工作速度很快，能配带的输入/输出模块的数量很多，种类也很全面。这类可编程序控制器不仅能完成中等规模的控制工程，也可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。如德国西门子公司生产的S7-400就属于机。

2.1.5 PLC的特点

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优越的性能，这些特点使其在工业自动化控制特别是顺序控制领域拥有无法取代的地位。

S7-1200 PLC中利用“符号化存取”，可以优化分配数据块所占的存储区；而在S7-300 PLC中，由于是混合声明数据块中的数据类型，这使得存储区的分配使用非常杂乱

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在保持存储区方面，S7-200 PLC仅有数据区可以设置为保持性的，S7-300 PLC是以字节为单位进行保持性设置的，而S7-1200 PLC多可以设置2048B的保持区，可以对数据块中的离散变量设置保持性。

在存储卡大小上，S7-1200 PLC的存储卡大可到24MB。对于S7-200 PLC和S7-1200 PLC，存储卡都是可选的，可以存放的内容是相同的。而S7-300 PLC的存储卡是必需的，且S7-300 PLC的存储卡无法存放配方和数据记录等。此外，S7-1200 PLC的存储卡还将用来实现存储区扩展、程序分配及固件升级等功能。

在块的类型方面，S7-200 PLC有主程序、子程序、中断子程序及数据区V区等，而S7-1200 PLC和S7-300 PLC类似，有OB、FB、FC及数据块DB等。

在程序结构方面，S7-200 PLC调用子程序，大嵌套深度为8，所有程序块共用一个通用数据块；而S7-1200 PLC像S7-300 PLC一样具有FC、FB和OB等，高度模块化，且可以重复利用，大嵌套深度为16。S7-200 PLC中将事件分配给中断，中断事件触发相应的子程序；而S7-1200 PLC和S7-300 PLC类似，都是通过组织块分配事件。