1.1 什么是PLC
本节将介绍PLC的基本概念、定义和特点
学习目标
- 理解PLC的定义
- 掌握PLC的主要特点
- 了解PLC的应用领域
1. PLC的定义
1.1.1 什么是PLC？
PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专为工业环境设计的数字运算操作电子系统。它采用可编程的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟输入/输出接口控制各种类型的机械设备或生产过程。
1.1.2 国际电工委员会（IEC）定义
根据国际电工委员会（IEC）的定义：
PLC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。它采用可编程序的存储器，用来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。
1.1.3 通俗理解
简单来说，PLC就是一台专用的工业计算机：
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PLC系统 │
│ ┌─────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ 输入 │───▶│ CPU处理 │───▶│ 输出 │ │
│ │ (按钮、 │ │ (程序逻辑) │ │ (电机、 │ │
│ │ 传感器) │ │ │ │ 指示灯) │ │
│ └─────────┘ └─────────────┘ └─────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘- 输入端：接收来自按钮、开关、传感器等设备的信号
- CPU：根据用户编写的程序进行逻辑判断和运算
- 输出端：控制电机、阀门、指示灯等执行设备
2. PLC的基本特点
2.1 可靠性高
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 抗干扰能力强 | 采用光电隔离、滤波等技术，适应恶劣工业环境 |
| 平均无故障时间长 | MTBF（平均无故障时间）可达数万小时 |
| 自诊断功能 | 能够检测自身故障并报警 |
2.2 编程简单
- 采用梯形图等直观的编程语言
- 类似电气控制原理图，电气工程师容易上手
- 不需要专业的计算机编程知识
2.3 灵活性强
- 通过修改程序即可改变控制逻辑
- 无需改动硬件接线
- 便于系统升级和功能扩展
2.4 功能完善
PLC主要功能：
├── 逻辑控制 ─────── 与、或、非等逻辑运算
├── 定时控制 ─────── 接通延时、断开延时
├── 计数控制 ─────── 加计数、减计数
├── 顺序控制 ─────── 步进控制、流程控制
├── 数据处理 ─────── 数学运算、数据传送
├── 模拟量处理 ───── A/D、D/A转换
└── 通信功能 ─────── 联网、远程监控2.5 体积小、能耗低
- 结构紧凑，安装方便
- 功耗低，一般只有几瓦到几十瓦
- 维护成本低
3. PLC与传统继电器控制的区别
3.1 对比表
| 对比项目 | 继电器控制 | PLC控制 |
|---|---|---|
| 控制方式 | 硬接线逻辑 | 存储程序逻辑 |
| 修改控制 | 需重新接线 | 修改程序即可 |
| 体积 | 庞大 | 小巧 |
| 可靠性 | 触点易磨损 | 无触点，可靠性高 |
| 功能 | 仅限逻辑控制 | 功能丰富多样 |
| 响应速度 | 毫秒级 | 微秒级 |
| 维护 | 困难 | 方便 |
| 成本 | 复杂系统成本高 | 性价比高 |
3.2 示例对比
实现"启动-保持-停止"电路：
继电器方式： 需要接触器、按钮、导线等硬件连接
PLC方式： 只需编写几行程序
梯形图示例：
I0.0 Q0.0
──┤├────┬────────( )──
│
Q0.0 │ I0.1
──┤├────┴──┤/├────
说明：
I0.0 = 启动按钮
I0.1 = 停止按钮
Q0.0 = 输出（电机运行）4. PLC的典型应用场景
4.1 应用领域
PLC广泛应用于各个工业领域：
应用领域分布：
┌────────────────────────────────────────────┐
│ 制造业 ████████████████████ 45% │
│ 过程控制 ██████████████ 30% │
│ 楼宇自动化 ████████ 15% │
│ 其他领域 ████ 10% │
└────────────────────────────────────────────┘4.2 具体应用实例
| 行业 | 应用实例 |
|---|---|
| 机械制造 | 数控机床、注塑机、包装机械 |
| 汽车工业 | 焊接生产线、喷涂系统、装配线 |
| 食品饮料 | 灌装线、杀菌设备、包装系统 |
| 石油化工 | 管道控制、反应釜控制、储罐监控 |
| 电力系统 | 变电站自动化、发电厂控制 |
| 水处理 | 污水处理、供水系统控制 |
| 交通运输 | 交通信号灯、电梯控制、停车场管理 |
| 楼宇自动化 | 空调系统、照明控制、安防系统 |
4.3 为什么选择PLC？
✅ 适合使用PLC的场合：
- 开关量控制为主的系统
- 需要频繁修改控制逻辑的场合
- 恶劣工业环境
- 要求高可靠性的场合
❌ 不适合使用PLC的场合：
- 极其简单的控制（用继电器更经济）
- 需要复杂算法的场合（用工控机更合适）
- 大量数据存储和处理的场合
本节小结
- PLC是什么：专为工业环境设计的可编程控制器
- 主要特点：可靠性高、编程简单、灵活性强、功能完善
- 与继电器对比：PLC采用软件编程，更灵活可靠
- 应用广泛：几乎涵盖所有工业自动化领域
思考题
- 请用自己的话解释什么是PLC？
- PLC相比传统继电器控制有哪些优势？
- 列举你身边可能使用PLC控制的设备或系统。