PLC的分类及特点

1.2.1 PLC的分类

PLC发展至今已经有多种形式，其功能也不尽相同，一般按以下原则进行分类。1.按结构形式分

按结构形式可以将PLC分为以下两类。

（1）紧凑型PLC

这种PLC的特点是电源、CPU、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子公司的S7-200系列，OMRON公司的C系列，三菱公司的F1、F2、FX0系列，东芝公司的EX20/40系列和AB公司的SLC500等。

（2）模块式PLC

这种PLC的特点是电源模块、CPU模块、开关量I/O模块、模拟量I/O模块等在结构上是相互独立的，可根据实际需要，选择合适的模块，安装在固定的机架（或导轨）上，构成一个完整的PLC系统。例如，西门子公司的S7-300/400系列，OMRON公司的C200H系列，三菱公司的FX2、FX2N、FXON、A系列，AB公司的SLC5/05系列，松下电工的FP3系列等。2.按I/O点数及内存容量分

按I/O点数及内存容量可将PLC分为以下几类。

（1）小型PLC

小型PLC的I/O点数一般在256点以下，内存容量在4KB以下，一般采用紧凑型结构，以开关量控制为主，还可以连接模拟量I/O及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网及各种应用指令。适合于单机控制或小型系统的控制。例如，西门子公司的S7-200系列PLC，存储器为2KB，数字量248点，模拟量35路。

（2）中型PLC

中型PLC的I/O点数一般不大于2048点，内存容量为2～8KB，采用模块化结构。其I/O处理方式除采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能连接各种特殊功能模块，通信联网功能更强，指令系统更丰富，扫描速度更快，可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控，比较适合中型或大型控制系统的控制。例如，西门子公司的S7-300系列PLC，存储器为2KB，数字量1024点，模拟量128路，支持PROFIBUS、工业以太网、MPI等网络。

（3）大型PLC

大型PLC的I/O点数在2048点以上，内存容量达到8～16KB，采用模块化结构。软、硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通信联网功能等，它不仅可用于对设备进行直接控制，还可以对多个下一级的可编程序控制器进行监控。不仅能完成较复杂的算术运算，还能进行复杂的矩阵运算。有各种通信联网模块，可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三个PLC构成表决式系统，使机器的可靠性更高。例如，富士公司的F200系列PLC，存储器为32KB，数字量I/O达3200点；OMRON的CV2000系列PLC，存储器为62KB，数字量I/O达2048点；西门子公司的S7-400系列PLC，存储器为512KB，数字量I/O达12 672点；德国AEG公司的A500系列PLC，存储器为64KB，数字量I/O达5088点。3.按控制性能分类

可编程序控制器可以分为低档、中档和三类。

（1）低档PLC

这类PLC只有基本的控制功能和一般的运算能力，工作速度比较低，能带的输入和输出模块的数量比较少。如OMRON公司的C60 P等。

（2）中档PLC

这类PLC具有较强的控制功能和运算能力。它不仅能完成一般的逻辑运算，还能完成比较复杂的三角函数、指数和PID运算。工作速度比较快，能带的I/O模块的数量及种类也比较多。如西门子公司的S7-300 PLC。

（3）PLC

这类PLC具有强大的控制功能和运算能力。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，能带的I/O模块的数量很多，I/O模块的种类也很全面。这类可编程序控制器可以完成规模很大的控制任务。在联网中一般做主站使用。如西门子公司的S7-400 PLC就属于这一类。

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1.2.2 PLC的特点

PLC能迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有其许多独特的优点。它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。综合起来，具有以下主要特点。1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是PLC突出的特点之一。由于工业生产过程大多数是连续的，一般的生产装置要几个月、甚至几年才大修一次，这对用于工业生产过程的控制器提出了高可靠性的要求。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电接触器控制系统时的1/10～1/100，因触点接触不良造成的故障大大减少。此外，PLC还采取了屏蔽、滤波、隔离、故障检测与诊断等抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。PLC已被广大用户公认为是可靠的工业控制设备之一。2.编程、操作简易方便，程序修改灵活

PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前PLC大多数均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机水平，很容易被技术人员所接受，易于编程，程序改变时也易于修改。近几年发展起来的其他编程语言（如功能图语言、汇编语言和BASIC等计算机通用语言）也都使编程更加方便，并且适宜于不同层次的技术人员。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

PLC产品大部分已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC具有丰富的I/O接口，对不同的工业现场信号（如交流、直流、电压、电流、开关量、模拟量、脉冲等），有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备（如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电动机启动器、控制阀等）直接连接。另外，有些PLC还有通信模块、特殊功能模块等。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4.易于设计、安装、调试和维修

由于PLC用软件功能取代了继电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，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比继电接触器控制系统电路图的设计时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电接触器控制系统要少得多。

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明产生故障的原因，用更换模块的方法迅速排除故障。5.体积小、重量轻、功耗低、响应快

由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品，其体积小、重量轻、功耗低、响应快。对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多，可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。传统继电器节点的响应时间一般需要几百毫秒，而PLC的节点响应很快，内部是微秒级的，外部是毫秒级的。

1.2.3 PLC的应用

PLC产生初期，由于其价格高于继电器控制装置，使其应用受到限制。近几年来，随着PLC性价比的不断提高，PLC的应用越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片及有关元器件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，使它也能解决复杂的计算和通信问题。目前，PLC已广泛用于工业控制的各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化；从机器人、柔性制造系统到工业局部网络。

按PLC的功能来分，PLC的应用领域主要有以下几个方面。1.开关量逻辑控制

这是PLC基本、广泛的应用领域，它完全取代了传统的继电器、接触器等顺序控制装置。开关量逻辑控制可以代替继电器完成组合逻辑控制、定时与顺序逻辑控制，它既可用于单机控制，又可用于多机控，以及生产线的自动控制，并广泛应用于电力、机械制造、钢铁、石油、化工、采矿、汽车、造纸、纺织等各行各业，如机床电气控制、包装机械的控制、输送带与电梯的控制、汽车装配生产线及自动生产线中各种泵和电磁阀的控制等。2.运动控制

利用PLC的专用智能模块，可以对步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴系统实现位置控制。在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据传送给模块，模块驱动轴系统到目标位置。当每个轴转动时，位置控制模块使其保持适当的速度和加速度，确保运动平滑，如对具有多轴的机器人进行控制，自动地处理它的机械运动。随着工厂自动化网络的形成，使用机器人的领域将越来越广。3.过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量实现的闭环控制。现代PLC一般都有PID闭环控制功能。当控制过程中某一个输出变量出现偏差时，PLC按照PID控制算法计算出相应的输出，使输出变量保持在设定值上。PLC的过程控制功能已经广泛应用在化工、机械、轻工、冶金、电力、建材等行业。