什么是 PLC？本文将对可编程逻辑控制器进行简洁的定义并解释其基本组件。
可编程逻辑控制器（PLC）在当今各种工艺和制造业中无处不在。PLC 最初设计用于取代机电继电器系统，以便为修改控制系统的操作提供更简单的解决方案。无需重新接线大量继电器，只需从 PC 或编程设备快速下载即可在几秒钟内更改控制逻辑。
在本文中，我们将介绍 PLC 的概念并解释其基础知识。
支持信息
- 控制教科书 ~ 第 IV 卷 – 控制：可编程逻辑控制器 (PLC)
- 控制教科书 ~ 第 IV 卷 – 控制：梯形图
什么是 PLC？
PLC 是一种工业级数字计算机，专门用于执行控制功能 - 特别适用于工业应用。
如今，大多数 PLC 都是模块化的，允许用户添加各种功能，包括离散和模拟输入和输出、PID 控制、位置控制、电机控制、串行通信和高速网络。与继电器组等旧技术相比，PLC 更容易排除故障和维护，更可靠、更经济高效，而且用途更广泛。
图 1.一套现代工业 PLC。图片由西门子提供
Modicon 是“模块化数字控制器”的缩写，它是1968 年发明的第一个 PLC 产品的名称，也是发明它的品牌，尽管现在归施耐德电气所有。
虽然它看起来不像典型的家用计算机，但 PLC 的核心与大多数人在日常生活中使用的计算机和智能设备中所见的技术相同。
基本组件
PLC 由几个基本部件组成。不同制造商的产品可能外观略有不同，但每个部件的用途和范围相同。这些部件包括电源、中央处理器 (CPU)、输入/输出卡以及放置输入/输出 (I/O) 卡的背板或机架。
如图 2 所示，背板在所有独立组件之间建立电气连接，使 PLC 具有模块化设计。该电气连接包括电源和通信信号。许多 PLC 制造商在背板上使用专有通信协议，以便 I/O 可以安全地与 CPU 通信。
图 2. Rockwell ControlLogix 背板。图片由Rockwell提供
电源
根据应用和安装情况，电源可接受 120VAC 或 24VDC 。如上所述，该电压通过背板总线传输，为 CPU 和 I/O 模块供电，这些模块以“卡”的形式提供。这些卡可以快速添加到托架中的插槽中或从中移除。
需要注意的是，CPU 的电源不为现场设备（如传感器和线圈）供电。该电源连接必须单独与卡建立。
中央处理器 (CPU)
CPU 是 PLC 的实际“大脑”，使其成为一台计算机。即使是小型、非模块化 PLC 也包含 CPU。输入信号来自 I/O 卡，逻辑程序根据信号做出决策。如果需要，CPU 会根据信号和条件的变化命令输出打开和关闭。
程序可能包括数学运算、计时、计数和通过现代网络协议共享信息等高级功能。对于较旧的中继系统来说，许多这些操作都极其困难，甚至不可能。
输入/输出卡
传感器、按钮、开关、继电器、螺线管，甚至联网设备都与连接到 I/O 卡上的螺钉端子的 I/O 信号共享信息。可以根据每台机器和设施的需求选择这些卡。在一些小型 PLC中，I/O 端子不是模块化卡，而是方便地安装在 PLC 的侧面。
由于 I/O 设备构造种类繁多，因此分立模块和模拟模块的种类也多种多样，模拟模型有“源”与“汇”，“电压”与“电流”等术语。
编程装置和人机界面
PLC 本身之外还有两个非常重要的组件：编程设备和人机界面 (HMI)。编程设备可以是同一制造商生产的台式计算机、笔记本电脑或手持设备。一些小型 PLC 甚至在前面有按钮，允许编程非常基本的逻辑操作，而无需使用计算机。
虽然编程设备允许用户查看和修改 PLC 上运行的代码，但 HMI 提供了一种显示信息和获取输入的方法，对整个控制系统进行建模。HMI 通常不提供任何修改逻辑程序的方法。
图 3 显示了HMI 触摸屏，可用于控制室或靠近过程的“现场”。这些类型的交互式显示器非常常见，通常会直接安装在 PLC 外壳上或附近供操作员使用。
图 3.一些触摸面板可以与过程交互或仅监控控制系统。图片由Phoenix Contact提供
在现代 HMI 出现之前，工厂操作员依靠墙上的模拟仪表和灯泡指示器来了解其流程的状态。打开阀门以释放管道中的压力或降低温度控制回路无法通过控制室中的计算机完成，而是必须通过无线电传送给外部操作员，由其手动执行操作。将这些旧控制室与配备 HMI 和高级图形的现代控制室进行对比。
概括
自动化和控制工程师设计 PLC 的这种高级视图。这些工程师了解控制系统、控制算法和配置。他们为流程建模并确定所需系统的大小和规模。然后购买 PLC 及其所有组件。这可能是一个带有八个 I/O 卡的机架，也可能是二十个机架，它们都通过工业网络进行通信，具有数千个 I/O 点 - 所有控制都由单个 CPU 完成。