一、什么是PLC

PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，是专为工业环境应用而设计的、具有控制功能的小型工业电脑。具体来说，PLC可用于工业机电过程的自动化，如工厂组装线、游乐设施、食品生产线等机器的控制。PLC支持模拟和数字信号的输入和输出，具有可靠性高、抗干扰性强、工作温度广等特点。PLC主要由两部分组成，一个是中央处理单元（CPU），一个是输入输出（I/O）接口单元（见下图）。

CPU通过处理器和内存系统控制所有的系统活动。它主要由微处理器、内存芯片及其它提供逻辑控制、监控和通信功能的集成电路组成。CPU有多种运行模式。编程模式下，CPU可以接受从PC下载的逻辑指令。工作模式下，CPU可运行程序和执行操作；处理来自现场设备（如开关、传感器等）的输入数据，执行内存中的控制程序。PLC是专用控制器，可不断循环执行这个程序。其中，执行一次程序（一个周期）所用的时间称之为扫描周期。CPU的内存用于存储程序、数值以及I/O状态等。

输入输出单元物理上连接着现场设备，是CPU与信息输入/控制设备之间的接口系统。CPU完成输入数据（输入扫描）处理和用户程序执行（输出扫描）后，更新相应的输出状态。PLC运行包括四个基本步骤：输入扫描、程序扫描、输出扫描和故障自检。这些步骤不断重复执行。

输入扫描： 检测与PLC连接的输入设备的状态。

程序扫描： 执行用户创建的逻辑程序。

输出扫描： 激发或断开与PLC连接的输出设备。

故障自检： 与编程设备通信，执行内部诊断检查。如电源检测、程序语法检查、内部硬件检测等。

典型的PLC有比较丰富的I/O模块，可以适应各种传感器和输出设备。如，离散输入模块可检测物体的存在以及各种设备（如光电传感器、限位开关、按键等）的状态。离散输出模块可控制马达、灯管和电磁阀等“开/关”负载。模拟输入模块可接收来自流量、压力、温度等处理仪器的输入信号，并将接收到的信号转换为设备电气标准规格内的某个值。模拟输出模块可向仪表盘、变频驱动和模拟流量阀门等发出不同的控制信号。很多PLC还提供特殊功能的模块，如高速I/O、马达控制以及串口和以太网通信等等。

采用可编程逻辑控制器进行自动化处理的最大好处就是在搜集和交换重要信息的同时，可重复、更改或复制操作过程。因此，应根据不同的需求选购合适的PLC。通常要考虑的因素包括成本、功率、运行速度以及通信能力等方面。

二、PLC硬件

（一）基本结构

PLC中，可以选择不同的I/O模块连接CPU。

有的PLC是整体结构（如下图），与CPU连接的I/O模块事先已经安装好，连接方式也是确定好了的。

有的PLC则是叠装式结构（如下图），CPU和I/O模块分别独立，但可通过内置的连接线路将它们连接在一起。这些连接线路形成整个系统的数据总线，通常也称为底板。

还有的PLC是模块式结构（如下图），有一块独立的底板通过不同的插槽承接所需的模块部件。 通常，最左边的两个插槽用于电源模块和CPU模块。通常，这种结构比较灵活，模块易于插拔调整。有的PLC还提供热插拔，可以带电插拔模块而不影响控制过程。

（二）输入和输出模块

输入和输出模块的种类很多，但基本可以分为离散量、模拟量以及特殊I/O等三类。

其中，离散I/O最为简单，为PLC提供开/关控制。在直流和交流工作电压范围内，离散I/O为CPU提供是/否、真/假等指示，并给予简单的开/关响应。在输入端，可以采用离散I/O提出类似“盒子在不在？”、“水箱满了吗？”以及“可以启动马达吗？”等简单问题。这些输入信号由光电传感器、近距离传感器、紧急制动按钮等设备提供。在离散输出端，输出的命令要么是开，要么是关，没有中间值。常用于信号灯、警示器、继电器、螺线管等设备。

模拟I/O则处理开和关之间的状态信息，为PLC提供过程的精确控制。例如获知水箱的准确水位、阀门开启1/3等。如，RTD和热电偶模块是专门用于将温度探测器的低压信号转化为可用数据的模拟模块。通常，模拟信号的输入范围有多种，如1-20mA、4-20mA、0-10V等。模拟模块的一个重要特征是，精度越高，输入量和输出响应越准确。

特殊I/O是具有特殊功能的模块，如高速I/O、通信接口等。如果输入/输出数据由高频脉冲组成，则需要高速I/O来实现。高速I/O可跟踪输入信号，比如编码器信号，提供准确的脉冲计数。通信模块可提供系统所需的其它通信端口或协议，如RS232、RS485、以太网等。需要的话，它们还可以将本地PLC系统扩展为远程PLC系统。

（三）PLC电源

PLC电源为系统内部各单元提供所需的电源。它可以和底板一体，也可以单独存在。PLC电源提供的电压范围有12-24VDV、110/220VAC或者少许电流。

PLC电源稳定性好，抗干扰能力强。需要注意的是，选取的电源应能满足CPU和各I/O模块的电源需要。

（四）CPU模块

CPU模块，也叫做中央处理单元，是PLC的核心，起神经中枢的作用。它包括一个微处理器、存储器和其它用于执行控制程序、存储逻辑数据以及与外部设备通信的集成电路。CPU模块通过以太网、串口或USB端口与外部进行通信。USB端口是最近才增设的，在为CPU编程或监视其运行逻辑时非常有用。CPU模块可支持Ethernet/IP、Modbus TCP等协议。有些PLC采用专门的通信协议，有些采用标准通信协议。

另外，关于CPU模块的内存容量，CPU需要足够的内存来运行所分配的任务。随着时间的推移，CPU内存也逐渐增大，现在有些CPU可为用户提供50MB及以上的内存容量。这些大容量CPU几乎可以无限制运行很多程序，提供丰富的文档存储空间以及飞速扫描时间。内存卡也是目前较为流行的功能。通过内存卡增加1到32GB的存储空间，可提供广泛的数据记录和简单的程序下载功能，不需要再通过PC机获取更新程序。