作者：高安邦、姜立功、冉旭 主编
出版社：化学工业出版社
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三菱PLC技术完全攻略试读：
前言
可编程控制器（PLC），是近几十年才发展起来的一种新型工业用控制装置。它可以取代传统的“继电器-接触器”控制系统实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等各种功能，中/大型高档PLC还能像微型计算机（PC）那样进行数字运算、数据处理、模拟量调节以及联网通信等。它具有通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作量少、现场连接方便等一系列显著优点，已广泛应用于机械制造、机床、冶金、采矿、建材、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环境保护等各行各业，已经分别超过了DCS、智能控制仪表、IPC等工控设备的市场份额；在自动化领域，PLC与数控机床、工业机器人、CAD/CAM并称为现代工业技术的四大支柱并已跃居榜首；尤其在机电一体化产品中的应用更越来越广泛，已成为改造和研发机电一体化产品最理想的首选/优选控制器；其应用的深度和广度也代表了一个国家工业现代化的先进程度。随着中国日趋成为世界的加工中心，各类加工基地的建设，生产线、加工设备和加工中心的大量启用，PLC工程控制系统的应用还将进一步扩大。因此，学习PLC系统的意义十分重大，用好PLC的意义更为深远；学用PLC技术来实现对现代工程设备的稳定可靠控制、提升产品的竞争力，已成为目前推动这一技术发展的主要驱动力量。
为了推动PLC技术的普及应用，应国家级优秀出版社之约，我们已经组织编著出版了一些有关PLC工程应用设计的新书，它们浓墨重彩于工程应用设计实践，因此深受广大读者欢迎。
在众多类型的PLC中，日本的三菱和欧姆龙、德国的西门子、法国的施耐德、美国的AB公司是中国PLC市场最大的5家供应商，其产品占据了市场份额的70％以上。本书中的PLC选用了在我国引进最早、应用最广泛，在各类PLC书籍中选用也最多、最具有代表性、普遍性和先进性的三菱公司新一代FX/A/Q系列PLC，对其他公司/其他机型的PLC也具有较方便和实用的可移植性。
本书的写作意图不仅仅是满足一般低层次普及知识的需要，更偏重于中/高档次复杂控制系统的开发应用。它以工程应用的开发设计为主线，从实用的角度出发，详尽介绍了PLC工程应用设计必需的技术基础；用“授人以渔”的方法，重点介绍了PLC基本指令的编程规则与技巧、PLC工程开发应用设计的方法；又给出了大量的工程应用设计实践案例，力求内容丰富，可读性、可用性和实践性强。本书能帮助读者掌握三菱PLC技术的流程指南、注意要点、诀窍、方法和步骤等，给人以指引和启迪；设计实践案例能够提供示范、样板和经验，让读者省去摸索的时间，少走或不走弯路，完全把三菱PLC学到手，达到事半功倍的好结局；其宗旨就是引领PLC工程技术人员在掌握正确的设计理念和方法的基础上，以设计实践案例为示范和样板，与时俱进，举一反三，不断自主创新，真枪实弹地设计出PLC工程应用的精品来。
本书由荣获2012年第十一届国家高技能人才培育突出贡献奖的海南省三亚技师学院、三亚理工职业学院和刚刚通过了国家教育部教学质量评估的三亚学院联合编写。本书的编写既是编者多年来从事教学研究和科研开发实践经验的概括和总结，又博采了目前各教材和著作之精华。参加本书编写工作的有高安邦教授（本书策划、选题、立项、制定编写大纲、前言、第7.4节、参考文献等）、三亚理工职业学院姜立功副院长（第9章）和汽车系任成君副主任（第8章）、三亚学院冉旭高级工程师（第5章）、三亚技师学院佟星讲师/高级技师（第4章、第7.1节）、沈洋讲师（第2章、附录）、黄志欣讲师/维修电工高级工（第3章）、冯坚讲师/维修电工高级工（第7.2节、第7.3节）、苏才冠讲师/维修电工高级工（第1章）、孔捷讲师（第6章）。全书由海南省三亚技师学院特聘教授/哈尔滨理工大学教授/硕士生导师高安邦主持编写和负责统稿；聘请了海南省三亚学院和三亚技师学院特聘教授/黑龙江农垦职业学院李贻玲教授、荣获了2012年第十一届国家高技能人才培育突出贡献奖的三亚技师学院副院长张晓辉高级讲师/高级技师/高级考评员/国家级技能大师和荣获了海南省2014年省优秀教育工作者的三亚技师学院副院长陈武高级讲师进行审稿，他们对本书的编写提供了大力支持和提出了最宝贵的编写意见，在此表示最衷心的感谢！淮安信息职业技术学院的硕士/青年讲师杨帅、薛岚、陈银燕、关士岩、陈玉华、毕洁廷、赵冉冉、刘晓艳、王玲、姚薇和邱少华、王宇航、马鑫、陆智华、余彬、邱一启、张纺、武婷婷、司雪美、朱颖、杨俊、周伟、陈忠、陈丹丹、杨智炜、霍如旭、张旭、宋开峰、陈晨、丁杰、姜延蒙、吴国松、朱兵、杨景、赵家伟、李玉驰、张建民、施赛健等同学也为本书做了大量的辅助性工作，在此表示最衷心的感谢！该书的编写得到了海南省三亚技师学校、三亚理工职业学院、三亚学院、哈尔滨理工大学、黑龙江农垦职业学院和淮安信息职业技术学院的大力支持，在此也表示最真诚的感激之意！任何一本新书的出版都是在认真总结和引用前人知识和智慧的基础上创新发展起来的，本书的编写无疑也参考和引用了前人优秀教材与研究成果的结晶。在此向本书所参考和引用的资料、文献、教材和专著的编著者表示最诚挚的敬意和感谢！
鉴于编者的水平和经验有限，书中疏漏、不足之处在所难免，恳请读者和专家们不吝批评指正，以便今后更好地完善、充实和提高。编者第1章 快速打开PLC技术领域的大门
可编程控制器（PLC），是近几十年才发展起来的一种新型工业用控制装置。它可以取代传统的“继电器-接触器”控制系统实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等各种功能，中大型高档PLC还能像微型计算机（PC）那样进行数字运算、数据处理、模拟量调节以及联网通信等。它具有通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作量少、现场连接方便等一系列显著优点，已广泛应用于机械制造、机床、冶金、采矿、建材、石油、化工、汽车、电力、造纸、纺织、装卸、环境保护等各行各业，尤其在工程设计中的开发应用更是越来越广泛。在工业应用领域，PLC与数控机床、工业机器人、CAD/CAM并称为现代工业技术的四大支柱并跃居第一位，已成为改造和研发机电一体化产品最理想的首选控制器；其应用的深度和广度也代表着一个国家工业现代化的先进程度。要快速打开PLC技术领域的大门，就应该首先从战略高度整体上认识和掌握有关这种新型工业控制器的诞生与发展、结构组成、功能特点、工作原理及编程语言及在工程应用等技术知识。1.1 PLC概述1.1.1 PLC的诞生与迅猛发展（1）PLC的诞生
可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），是随着科学技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要而诞生、发展起来的一种新型的工业控制装置。
PLC是在“继电器-接触器”控制的基础上发展起来的。从1969年问世以来，虽然至今才四十余年，但由于其具有通用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。PLC技术与数控机床技术（CNC）、工业机器人技术、CAD/CAM技术已被誉为现代工业自动化技术的四大支柱。
①“继电器-接触器”控制系统存在的问题 众所周知，制造业中使用的生产设备与生产过程的控制，一般都需要通过工作机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。特别是当原动机为电动机时，还需要对电动机的启/制动、正/反转、调速与定位等动作进行控制。生产设备与生产过程的电气操作与控制部分，称为电气自动控制装置或电气自动控制系统。
最初的电气自动按制装置（包括目前使用的一些简单机械），只是一些简单的手动电器（如刀开关、正反转开关等）。这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一的场合。
随着科学的迅猛发展和技术的不断进步，生产机械对电气自动控制也提出了越来越高的要求，电气自动控制装置也逐步发展成了各种形式的现代电气自动控制系统。
作为常用电气自动控制系统的一种，人们习惯于把以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统，称为“继电器-接触器”控制系统。“继电器-接触器”控制系统的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检修直观方便、适用范围广。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，而且还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。因此，直到今天“继电器-接触器”控制系统仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。
但是，由于“继电器-接触器”控制系统的控制元件（继电器、接触器）均为独立元件，它决定了系统的“逻辑控制”与“顺序控制”功能只能通过控制元件间的不同连接实现，因此，它不可避免地存在以下不足。
a.可靠性差，使用寿命较短，排除故障困难。由于继电器、接触器控制系统采用的是“有触点控制”形式，额定工作频率低，工作电流大，长时间连续使用易损坏触点或产生接触不良等故障，直接影响到系统工作的可靠性。如果其一个继电器损坏，其至某一对触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。
b.通用性、灵活性差，总体成本较高。继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装、接线工作量极大，为此整个控制柜的价格是相当高的。当生产流程或工艺发生变化、需要更改控制要求时，控制柜内的元件和接线也需要作相应的变动。通常必须通过更改接线或增减控制器件才能实现，但是，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿放弃旧的控制柜的改造，另外再制作一台新的控制柜；有时甚至需要进行重新设计，因此难以满足多品种、小批量生产的要求。
c.体积大，材料消耗多。“继电器-接触器”控制系统的逻辑控制需要通过控制电器与电器间的连接实现，安装电器需要大量的空间，连接电器需要大量的导线，控制系统的体积大，材料消耗多。
d.运行费用高，噪声大。由于继电器、接触器均为电磁器件，在系统工作时，需要消耗较多的电能，同时，多个继电器、接触器的同时通/断，会产生较大的噪声，对工作环境造成不利的影响。
e.功能局限性大。由于“继电器-接触器”控制系统在精确定时、计数等方面的功能不完善，影响了系统的整体性能，它只能用于定时要求不高、计数简单的场合。
f.不具备现代工业控制所需要的数据通息、网络控制等功能。
正因为如此，“继电器-接触器”控制系统已难以适应现代工业复杂多变的生产控制要求与生产过程控制集成化、网络化需要。
②PLC的诞生 为了解决“继电器-接触器”控制系统存在的通用性、灵活性差，功能局限性大与通信、网络方面欠缺的问题，20世纪50年代末，人们曾设想利用计算机功能完备、通用性和灵活性强的特点来解决以上问题。但由于当时的计算机原理复杂，生产成本高，程序编制难度大，加上工业控制需要大量的外围接口设备，可靠性问题突出，使得它在面广量大的一般工业控制领域难以普及与应用。
到了20世纪60年代末，有人这样没想：能否把计算机通用、灵活、功能完善的特点与“继电器-接触器”控制系统的简单易懂、使用方便、生产成本低的特点结合起来，生产出一种面向生产过程顺序控制，可利用简单语言编程，能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器呢？
这一设想最早由美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM公司）于1968年提出。当时，该公司为了适应汽车市场多品种、小批量的生产需求，需要解决汽车生产线“继电器-接触器”控制系统中普遍存在的通用性、灵活性差的问题，提出了对一种新颖控制器的十大技术要求，并面向社会进行招标。十大技术要求具体如下：
a.编程方便，且可以在现场方便地编辑、修改控制程序；
b.价格便宜，性能/价格比要高于继电器系统；
c.体积要明显小于继电器控制系统；
d.可靠性要明显高于继电器控制系统；
e.具有数据通信功能；
f.输入可以是AC115V；
g.输出驱动能力在AC115V/2A以上；
h.硬件维护方便，最好采用“插接式”结构；
i.扩展时，只需要对原系统进行很小的改动；
j.用户存储器容量至少可以扩展到4KB。
以上就是著名的“GM十条”。这些要求的实质内容是提出了将“继电器-接触器”控制系统的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将“继电器-接触器”控制系统的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。
根据以上要求，美国数字设备公司（DEC公司）在1969年首先研制出了全世界第一台可编程控制器，并称之为“可编程序逻辑控制器”（Programmable Logic Controller，简称PLC）。该样机在GM公司的应用获得了成功。此后，PLC得到了快速发展，并被广泛用于各种开关量逻辑运算与处理的场合。
早期PLC的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成，它虽然采用了计算机技术，但指令系统、软件与功能相对较简单，一般只能进行逻辑运算的处理，同时通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施，使之能与工业环境相适应。
正因为如此，在20世纪70年代初期曾经出现过一些由二极管矩阵、集成电路等器件组成的所谓“顺序控制器”；20世纪70年末期曾经出现过以MC14500工业控制单元（Industrial Control Unit，简称ICU）为核心，由8通道数据选择器（MC14512）、指令计数器（MC14516）、8位可寻址双向锁存器（MC14599）、存储器（2732）等组成的“ICU可编程序控制器”等产品。这些产品与PLC相比，虽然具有一定的价格优势，但最终还是由于其可靠性、功能等多方面的原因，未能得到进一步的推广与发展；而PLC则随着微处理器价格的全面下降，最终以其优良的性能价格比，得到了迅猛发展，并最终成为了当代工业自动控制技术的重要支柱技术之一。（2）PLC的迅猛发展
PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅猛发展，由最初的1位机发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。进入20世纪80年代以来，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程I/O和通信网络、数据处理以及人机界面（HMI）也有了长足的发展。现在PLC不仅能得心应手地应用于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有这些已经使其成为现代工业的四大支柱之一，即使在现场总线技术已成为自动化技术应用热点的今天，PLC仍然是现场总线控制系统中不可缺少的首选控制器。
总结PLC的发展历程，大致经历了五个阶段。
①初级阶段 从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。这个时期的PLC功能简单，主要完成一般的继电器控制系统的功能，即顺序逻辑、定时和计数等，编程语言为梯形图。
②崛起阶段 从20世纪70年代中期到80年代初期。由于PLC在取代“继电器-接触器”控制系统方面的卓越表现，所以自从它在电气自动控制领域开始普及应用后得到了飞速的发展。这个阶段的PLC在其控制功能方面增强了很多，例如数据处理、模拟量的控制等。
③成熟阶段 从20世纪80年代初期到90年代初期。这之前的PLC主要是单机应用和小规模、小系统的应用；但随着对工业自动化技术水平、控制性能和控制范围要求的提高，在大型的控制系统（如冶炼、饮料、造纸、烟草、纺织、污水处理等）中，PLC也展示出了其强大的生命力。对这些大规模、多控制器的应用场合，就要求PLC控制系统必须具备通信和联网功能。这个时期的PLC顺应时代要求，在大型的PLC中一般都扩展了遵守一定协议的通信接口。
④飞速发展阶段 从20世纪90年代初期到90年代末期。由于对模拟量处理功能和网络通信功能的提高，PLC控制系统在过程控制领域也开始大面积使用。随着芯片技术、计算机技术、通信技术和控制技术的发展，PLC的功能得到了进一步的提高。现在PLC不论从体积上、人机界面功能、端子接线技术，还是从内在的性能（速度、存储容量等）、实现的功能（运动控制、通信网络、多机处理等）方面都远非过去的PLC可比。从20世纪80年代以后，是PLC发展最快的时期，年增长率一直都保持在30％～40％之间。
⑤开放性、标准化阶段 从20世纪90年代中期以后。其实关于PLC开放性的工作在20世纪80年代就已经展开；但由于受到各大公司利益的阻挠和技术标准化难度的影响，这项工作进展得并不顺利。所以，PLC诞生后的近30年时间里，各种PLC通信标准、编程语言等方面都存在着不兼容的地方，这为在工业自动化中实现互换性、互操作性和标准化都带来了极大的不便，现在随着PLC国际标准IEC61131的逐步完善和实施，特别是IEC61131-3标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化的新时代。（3）PLC进一步的飞速发展趋势
PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。
①向小型化、专用化、低成本方向发展 随着微电子技术的发展，新型器件性能的大幅度提高，价格却大幅度降低，使得PLC结构更为紧凑，操作使用十分简便。从体积上讲，有些专用的微型PLC仅有一块香皂大小。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上，如模拟量处理、复杂的功能指令和网络通信等。PLC的价格也不断下降，真正成为现代电气控制系统中不可替代的首选控制装置。据统计，小型和微型PLC的市场份额一直保持在70％～80％之间，所以对PLC小型化的追求永远不会停止。
②向大容量、高速度、信息化方向发展 现在大中型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，并集成了通信联网功能，可同时进行多任务操作，运算速度、数据交换速度及外设响应速度都有大幅度提高，存储存量大大增加，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的要求，信息技术也渗透到了PLC中，如设置开放的网络环境、支持对象链接与嵌入（OLE for Process Control，OPC）技术，等等。
③智能化模块的发展 为了实现某些特殊的控制功能，PLC制造商开发出了许多智能化的I/O模块。这些模块本身带有CPU，使得占用主CPU的时间很少，减少了对PLC扫描速度的影响，提高了整个PLC控制系统的性能。它们本身有很强的信息处理能力和控制功能，可以完成PLC的主CPU难以兼顾的功能。由于在硬件和软件方面都采取了可靠性和便利化的措施，所以简化了某些控制系统的系统设计和编程。典型的智能化模块主要有高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线协议通信模块等。
④人机界面（接口）的发展 人机界面（接口）（Human-Machine Interface，HMI）在工业自动化系统中起着越来越重要的作用，PLC控制系统在HMI方面的进展主要体现在以下几个方面。
a.编程工具的发展。过去绝大部分中小型PLC仅提供手持式编程器，编程人员通过编程器和PLC打交道。首先是把编制好的梯形图程序转换成语句表程序，然后使用编程器一个字符、一个字符地敲到PLC内部；另外，调试时也只能通过编程器观察很少的信息。现在编程器已被淘汰，基于Windows的编程软件不仅可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构、类型、各通信接口的参数等，而且可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并且可以实现不同编程语言之间的自动转换。程序被编译后可下载到PLC，也可以将用户程序上传到计算机。编程软件的调试和监控功能也远远超过手持式编程器，可以通过编程软件中的监视功能实时观察PLC内部各存储单元的状态和数据，为诊断分析PLC程序和工作过程中出现的问题带来了极大的方便。
b.功能强大、价格低廉的HMI。过去在PLC控制系统中进行参数的设定和显示时非常麻烦，对输入设定参数要使用大量的拨码开关组，对输出显示参数要使用数码管，它们不仅占据了大量的I/O资源、而且功能少、接线烦琐。现在各种单色、彩色的显示设定单元、触摸屏、覆膜键盘等应有尽有，它们不仅能完成大量数据的设定和显示，还能直观形象地显示动态图形画面和完成数据处理等功能。
c.基于PC的组态软件。在中大型的PLC控制系统中，仅靠简单的显示设定单元已不能解决人机界面的问题，所以基于Windows的PC机成为了最佳的选择。配合适当的通信接口或适配器，PC机就可以和PLC之间进行信息的互换，再配合功能强大的组态软件，就能完成复杂的和大量的画面显示、数据处理、报警处理、设备管理等任务。这些组态软件国外的品牌有WinCC、iFIX、Intouch等，国产知名公司有业控、力控等。现在组态软件的价格已下降到非常低的位置，所以在环境较好的应用现场，使用PC加组态软件来取代触摸屏的方案也是一种不错的选择。
⑤在过程控制领域的使用以及PLC的冗余特性 虽然PLC的强项是在制造业领域使用，但随着通信技术、软件技术和模拟量控制技术发展并不断地融合到PLC中，它现在也被广泛地应用到了过程控制领域。但在过程控制系统中使用必然要求PLC控制系统具有更高的可靠性。现在世界上顶尖的自动化设备供应商提供的大型PLC中，一般都增加了安全性和冗余性的产品，并且符合IEC61508标准的要求。该标准主要为可编程电子系统内的功能性安全设计而制定，为PLC在过程控制领域使用的可靠性和安全设计提供了依据。现在PLC的冗余产品包括CPU系统、I/O模块以及热备份冗余软件等。大型PLC以及冗余技术一般都是在大型的过程控制系统中使用。
⑥开放性和标准化 世界上大大小小的电气设备制造商几乎都推出了自己的PLC产品，但由于没有一个统一的规范和标准，所有PLC产品在使用上都存在着一些差别，而这些差别的存在对PLC产品制造商和用户都是不利的。一方面它增加了制造商的开发费用；另一方面也增加了用户学习和培训的负担。这些非标准化的使用结果，使得程序的重复使用和可移植性都成为不可能的事情。
现在的PLC采用了各种工业标准，如IEC61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等，以及各种事实上的工业标准，如Windows NT、OPC等。特别是PLC的国际标准IEC61131，为PLC从硬件设计、编程语言、通信联网等各方面都制定了详细的规范。其中的第3部分IEC61131-3是PLC的编程语言标准。IEC61131-3的软件模型是现代PLC的软件基础，是整个标准的基础性的理论工具。它为传统的PLC突破了原有的体系结构（即在一个PLC系统中装插多个CPU模块），并为相应的软件设计奠定了基础。IEC61131-3不仅在PLC系统中被广泛采用，在其他的工业计算机控制系统、工业编程软件中也得到了广泛的应用。越来越多的PLC制造商都在尽量往该标准上靠拢，尽管由于受到硬件和成本等因素的制约，不同的PLC和IEC61131-3兼容的程度有大有小，但这毕竟已成为了一种发展的强劲趋势。
⑦通信联网功能的增强和易用化 在中大型PLC控制系统中，需要多个I/O以及智能仪器仪表连接成一个网络，进行信息的交换。PLC通信联网功能的增强使它更容易与PC和其他智能控制设备进行互联，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理。现在许多小型，甚至微型PLC的通信功能也十分强大。PLC控制系统通信的介质一般有双绞线或光纤，具备常用的串行通信功能。在提供网络接口方面，PLC向两个方向发展：一是提供直接挂接到现场总线网络中的接口（如PROFIBUS、AS-i等）；二是提供Ethernet接口，使PLC直接接入以太网。
⑧软PLC的概念 所谓软PLC就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能。这个新概念是在20世纪90年代中期提出的。安装有组态软件的PC机既然能完成人机界面的功能，为何不能把PLC的功能也用软件来实现呢？PC机价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。如果软件功能完善，则利用这些软件可以方便地进行工业控制流程的实时和动态监控，完成报警、历史趋势和各种复杂的控制功能，同时节约控制系统的设计时间。配上远程I/O和智能I/O后，软PLC也能完成复杂的分布式的控制任务。在随后的几年，软PLC的开发也呈现了上升的势头。但后来软PLC并没有出现人们希望的那样占据相当市场份额的局面，这只是因为软PLC上本身存在的一些缺陷造成的：
a.软PLC对维护和服务人员的要求较高；
b.电源故障对系统影响较大；
c.在占绝大多数的低端应用场合，软PLC没有优势可言；
d.在可靠性方面和对工业环境的适应性方面，和PLC无法比拟；
e.PC机发展速度太快，技术支持不容易保证。
随着生产厂家的努力和技术的发展，软PLC肯定也能在其最适合的地方得到认可。
⑨PAC的概念 在工控界，对PLC的应用情况有一个“80-20”法则，即：
a.80％的PLC上应用场合都是使用简单的低成本的小型PLC；
b.78％（接近80％）的PLC都是使用的开关量（或数字量）；
c.80％的PLC应用使用20个左右的梯形图指令就可解决问题。
其余20％的应用要求或控制功能要求使用PLC无法轻松满足，而需要使用别的控制手段或PLC配合其他手段来实现。于是，一种能结合PLC的高可靠性和PC机的高级软件功能的新产品应运而生。这就是PAC（Programmable Automation Controller），或基于PC机架构的控制器。它包括了PLC的主要功能，以及PC-based控制中基于对象的、开放的数据格式和网络能力。其主要特点是使用标准的IEC61131-3编程语言、具有多控制任务处理功能，兼具PLC和PC机的优点。PAC主要用来解决那些所谓的剩余的20％的问题，但现在一些高端PLC也具备了解决这些问题的能力，加之PAC是一种较新的控制器，所以其应用市场还有待于进一步的开发和推动。
⑩PLC在现场总线控制系统中的位置 现场总线的出现，标志着自动化技术步入了一个新的时代。现场总线（field bus）是“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线”，是当前工业自动化的热点之一。随着3C（Computer Control and Communication）技术的迅猛发展，使得解决自动化信息孤岛的问题成为可能。采用开放化、标准化的解决方案，把不同厂家遵守同一协议规范的自动化设备连接成控制网络并组成系统已成为可能。现场总线采用总线通信的拓扑结构，整个系统处在全开放、全数字、全分散的控制平台上。从某种意义上说，现场总线技术给自动控制领域所带来的变化是革命性的。到今天，现场总线技术已基本走向成熟和实用化。现场总线控制系统的优点是：
a.节约硬件数量与投资；
b.节省安装费用；
c.节省维护费用；
d.提高了系统的控制精度和可靠性；
e.提高了用户的自主选择权。
在现场总线控制系统FCS（Field bus Control System）中，增加了相关通信协议接口的PLC，既可以作为主站成为FCS的主控制器，也可以作为智能化的从站实现分散式的控制。一些软PLC配合通信板卡也可以作为FCS的主站。
综上所述，将来的新一代PLC将要实现：
①CPU处理速度进一步加快；
②控制系统分散化；
③可靠性进一步提高；
④控制与管理功能一体化；
⑤向两极化（大型化和小型化）方向发展；
⑥编程语言和编程工具向标准化和多样化发展；
⑦I/O组件标准化、功能组件智能化；
⑧通信网络化；
⑨大记忆容量，快处理速度发展；
⑩发展故障诊断技术和容错技术。
PLC的新发展还可概括为以下几个方面：
a.在系统构成规模上，向超大型、超小型方向发展；
b.在增强控制能力和扩大应用范围上，进一步开发各种智能I/O模块；
c.在系统集成方面进一步提高安全性、高可靠性；
d.在控制与管理功能一体化方面，进一步增强通信联网能力；
e.在编程语言与编程工具方面，达到多样化、高级化、标准化。
目前，世界上有二百多个厂家生产三百多种PLC产品，比较著名的厂家有美国的AB（被ROCKWELL收购）、GE、MODICON（被SCHNEIDER收购），日本的三菱、欧姆龙、富士、松下电工，德国的西门子和法国的施耐德公司等。在全球PLC制造商中，根据美国Automation Research Corp（ARC）调查，世界PLC主导厂家的五霸分别为日本的MIT-SUBISHI（三菱）公司、OMRON（欧姆龙）公司；德国的SIEMENS（西门子）公司；美国的Allen-Bradley（AB）公司；法国的SCHNEIDER（施耐德）公司。其销售额约占全球总销售额的2/3。
我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；中型PLC已有产品；大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约三十多家，国内产品市场占有率不超过10％，主要生产单位有苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。目前国内产品在价格上占有明显的优势，而在质量上还稍有欠缺和不足。随着新一代开放式PLC走向市场，国内的生产厂家，如和利时、浙大中控等生产的基于IEC61131-3编程语言的PLC有可能会在未来的PLC市场中占有一席之地。1.1.2 PLC的定义和标准（1）PLC的定义
PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969年首先将其进行商品化并推向市场的是美国GOULD公司；1971年，在引进美国技术后，日本研制出了自己的第一台PLC；1973年，德国SIEMENS公司也研制出了欧洲第一台PLC；1974年，法国随之也研制出了PLC。
到了20世纪70年代中期，PLC开始采用微处理器。PLC的功能也由最初的逻辑运算拓展到具有数据处理功能，并得到了更为广泛的应用。由于当时的PLC功能已经不再局限于逻辑处理的范畴，为此，PLC也随之改称为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）。
1980年，美国电气制造商协会（National Electronic Manufacture Association，简称NEMA）对可编程序控制器进行了如下定义：“可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置”。并将其统一命名为Programmable Controller（PC）。
可编程控制器（Programmable Conroller）简称PC，个人计算机（Personal Computer）也称PC，为了避免混淆，人们仍习惯于将最初多用于逻辑控制而发展起来的可编程控制器叫作PLC（Programmable Logic Controller）。
国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案中也对PLC作了定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计”。
定义中有以下几点值得注意。
①PLC是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工作，可以认为PLC具有计算机的基本特征。事实上，PLC无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是一种计算机。
②PLC是“为工业环境下应用”而设计。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作；为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”；这些都是个人计算机不可能做到的。因此PLC又不是普通的计算机，它是一种能满足工业现场恶劣环境下使用的工业控制计算机。
③PLC能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，PLC较之以前的工业控制计算机，如单片机等工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，它又是一种通用的工业控制计算机。
通过以上定义还可以了解到，相对于一般意义上的计算机，PLC并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过了一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，但不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来，电气工程技术人员感受最深刻的也正是PLC二次开发编程十分容易。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了厂矿企业，变成了普通工程技术人员甚至普通电气工人都力所能及的工作。再加上其体积小、可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善、适应性强、安装接线简单等众多显著优点，PLC在其问世后的短短四十余年中便获得了突飞猛进的发展，在工业控制中得到了极其广泛的应用，已跃居现代工业四大支柱（PLC、数控机床、工业机器人、CAD/CAM）之首位。
更简单地说，PLC就是一台工业控制计算机，它的全称是Programmable Logic Controller（可编程逻辑控制器PLC）。如果说融入人们日常生活的计算机是通用级电脑的话，那么PLC则是专业级的，是业界备受推崇的工业控制器。PLC和计算机一样，也是由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）及输入/输出单元（I/O）三大部分组成的，但它又不同于一般的计算机，更适合工业控制。图1-1所示为PLC用于电动机控制。图1-1 PLC用于电动机控制（2）PLC的标准
为了统一PLC的产品标准，国际电工委员会（International Electro-technical Commission，简称IEC）在1979年开始进行PLC的标准化工作。同年10月，IEC开始设立专门工作组（Working Group，简称WG）；1983年7月，在WG的第7次会议上，决定设立特别工作小组（Task Force，简称TF），并对标准化工作进行了深入的探讨，逐步形成了有关标准。
在IEC标准中，PLC标准由以下5部分组成。
第一部分（Part1）：基本信息（General Information）。
第二部分（Part2）：设备特性（Equipment Characteristics）。
第三部分（Part3）：编程语言（Programming Languages）。
第四部分（Part4）：用户准则（User Guidelines）。
第五部分（Part5）：服务指南（Messaging Service Specification）。
1987年7月，在IEC的TC65A会议上，标准的第一部分（Part1）、第二部分（Part2）被认定为CO文件（Central Office）；标准的第三部分（Part3）被认定为CO文件的前期准备S文件（Secretarial）。
标准（IEC61131）在听取各国意见后，于1992～1995年间陆续颁布。在我国，1995年11月颁布了GB/T15969-1/2/3/4标准，它完全等同于IEC61131-1/2/3/4的对应部分。
标准的第一部分（IEC61131-1，即Part1），明确了PLC的功能与特点，并给PLC使用的术语进行了定义。
标准的第二部分（IEC61131-2，即Part2），包括了PLC的使用环境、电气机械特性、试验要求等，它主要是明确了PLC生产家的PLC产品应该达到的具体要求。
标准的第三部分（IEC61131-3，即Part3），包括了PLC编程的基本要素、文本语言、图形语言等有关PLC编程语言的语法、符号标准。明确了5种PLC编程语言，即指令表（Instruction List）、结构化文本（Structured Text）、梯形图（Ladder Diagram）、功能块图（Function Block Diagram）、顺序功能图（Sequential Function Chart）的基本结构与特征。
需要注意的是，IEC61131-3标准只是推荐了PLC用户程序编制的基本方法，但在具体实现形式与命名上并未作严格的规定，因此，即使对于同样的编程语言，在不同公司的PLC产品中仍然有所不同。例如：在SIEMENS公司PLC产品中指令表编程的英文为“Statement List”（DIN 19239），简称STL；梯形图编程简称LAD；功能块图编程语言在S5系列PLC（STEP5）中，控制系统流程图英文为“Control System Flowchart”（DIN 40700），简称CSF；结构化文本编程英文为“Structured Control Languages”，简称SCL；顺序功能图编程为“Graphic Programming Languages”，简称S7-GRAPH等。
标准的第四部分（IEC61131-4，即Part4），作为用户指南，它包括了PLC的功能说明、选型基准，安装环境要求、维护、安全保护等针对PLC用户的基本使用指南。
标准的第五部分（IEC61131-5，即Part5）主要是对PLC用语、符号、功能、名词的解释，并明确了PLC之间的通信协议等规范。
IEC标准对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入/输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程”。
标准强调可编程序控制器及其相关设备的设计原则是应“易于与工业控制系统连成一个整体且具有扩充功能”。
由此可见，在IEC的定义中，已经对可编程序控制器的使用环境（工业环境）与功能（具有通信与可扩展功能）作了更为明确的要求。简言之，IEC标准所定义的可编程序控制器是一种具有通信功能与可扩展输入/输出接口，主要用于逻辑处理和顺序控制的工业计算机控制装置。1.1.3 PLC的特点、功能及应用（1）PLC的特点
①可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备最重要的关键性能。PLC由于采用现代超大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如日本三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间已高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的“继电器-接触器”控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到原来的数百甚至数千分之一，故障也将随之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可迅速及时地发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，就使整个PLC系统都具有了极高的可靠性。
②配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小、微各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑控制功能外，现代PLC大都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的功能模块大量涌现，使PLC已渗透到了位置控制、运动控制、过程控制、温度控制、计算机数控（CNC）等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
③易学好懂实用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为现代通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，其编程语言易于为工程技术人员接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现“继电器-接触器”控制电路的功能；像步进式顺序控制的状态转移图（SFC），简单、直观、容易设计复杂的多流程顺序控制，并且能够减少程序条数，使程序易于理解。
④系统设计周期短，维护方便，改造容易 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序便可改变生产过程成为可能。因此很适合多品种、小批量的生产场合。
⑤体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，其新近产品的2品种底部面积小于100mm，质量小于150g，能耗仅数瓦。由于其体积小很容易嵌入机械设备内部，是实现机电一体化首选的最理想控制器件。（2）PLC的功能
如前所述，PLC是一种根据生产过程顺序控制的要求，为了取代传统的“继电器-接触器”控制系统而发展起来的工业自动控制设备，它必须首先具备满足顺序控制要求的基本逻辑运算功能。随后，由于技术的不断进步与PLC应用范围的日益扩大，在顺序控制的基础上，又不断开发了可以满足各种工业控制要求的特殊控制功能。近年来，为了适应信息、网络技术的发展，PLC作为基本的工业控制设备，网络与通信功能已经成为PLC的重要技术指标之一。总之，虽然各PLC的性能、价格有较大的区别，但其主要功能相近，它包括图1-2所示的几部分。图1-2 PLC的功能组成图
①基本功能 逻辑控制功能是PLC必备的基本功能。本质上说，这是一种以计算机“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、接触器与传感器触点等开关量（也称数字量）信号的进行逻辑运算处理，并控制外围指示灯、电磁阀、接触器线圈的通断的功能。
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，也成为PLC常用的基本功能。
②特殊控制功能 PlC的特殊控制功能包括模/数（A/D）转换、数/模（D/A）转换、温度的调节与控制、位置控制等。这些特殊控制功能的实现，一般需要选用PLC的特殊功能模块。
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，可以对过程控制中的温度、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。当然，需要时也可以对这些物理量进行各种形式的显示。
在PLC中，位置控制一般是通过PLC的特殊应用指令，通过对命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脉冲的形式输出位置给定指令，指令脉冲再通过伺服驱动器（或步进驱动器），驱动伺服电机（或步进电机）带动进给传动系统实现闭环位置控制。
③网络与通信功能 随着信息技术的发展，网络与通信在工业控制中已经显得越来越重要。PLC早期的通信，一般仅仅局限于PLC与外设（编程器或编程计算机等）间的简单串行口通信。
然而，现代PLC的通信不仅可以进行PLC与外设间的通信，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。（3）PLC的应用领域
随着PLC功能的不断完善、性价比的不断提高，它的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业，主要的应用范围包括开关控制、顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理、信号报警和联锁系统以及通信和联网等方面。
①开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的“继电器-接触器”控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单机设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、数控与组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
②模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、液位和速度等。为使PLC能处理模拟量信号，PLC各厂家都生产有配套的A/D和D/A转换模块，使PLC可直接用于模拟量控制。
③运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构；现在可使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛地用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
④过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID控制是一般闭环控制系统中常用的控制方法。目前不仅大中型PLC都有PID模块，而且许多小型PLC也具有PID功能。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。过程控制又可细分为慢连续量的过程控制和快连续量的运动控制两种。
a.慢连续量的过程控制。慢连续量的过程控制是指对温度、压力、
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