1.2 PLC的发展历史
本节将介绍PLC从诞生到现在的发展历程
学习目标
- 了解PLC的起源背景
- 掌握PLC发展的重要阶段
- 理解PLC技术的发展趋势
1. PLC的诞生背景（1960年代）
1.1 汽车工业的困境
在1960年代末期，美国汽车工业面临着严峻的挑战：
传统继电器控制系统的问题：
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ❌ 每次车型更换，都需要重新设计控制系统 │
│ ❌ 继电器控制柜体积庞大，占用大量空间 │
│ ❌ 硬接线修改困难，耗时耗力 │
│ ❌ 继电器触点容易磨损，故障率高 │
│ ❌ 故障排查困难，维护成本高 │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘1.2 GM公司的招标
1968年，美国通用汽车公司（General Motors，GM）为了解决这些问题，提出了著名的**"GM十条"**招标要求：
| 序号 | 要求内容 |
|---|---|
| 1 | 编程方便，可在现场修改程序 |
| 2 | 维护方便，最好是插件式结构 |
| 3 | 可靠性要高于继电器控制柜 |
| 4 | 体积要小于继电器控制柜 |
| 5 | 可将数据直接送入管理计算机 |
| 6 | 成本可与继电器控制柜竞争 |
| 7 | 输入可以是交流115V |
| 8 | 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀 |
| 9 | 扩展时原有系统改动要少 |
| 10 | 用户程序存储器至少能扩展到4K |
1.3 第一台PLC的诞生
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据GM的要求，研制出了世界上第一台PLC——PDP-14，并成功应用于GM的汽车生产线。
历史时刻：1969年
┌────────────────────────────────────────────┐
│ │
│ 🎉 世界第一台PLC诞生！ │
│ │
│ 制造商：美国数字设备公司（DEC） │
│ 型 号：PDP-14 │
│ 应用方：美国通用汽车公司（GM） │
│ │
└────────────────────────────────────────────┘2. PLC发展的几个重要阶段
2.1 发展历程概览
PLC发展时间线：
1969 ──●── 第一台PLC诞生（PDP-14）
│
1970s ─●── 第一代PLC：简单逻辑控制
│ · 只能进行逻辑运算
│ · 功能单一
│
1980s ─●── 第二代PLC：功能增强
│ · 增加定时、计数功能
│ · 具备数学运算能力
│ · 出现小型化产品
│
1990s ─●── 第三代PLC：通信联网
│ · 支持多种通信协议
│ · 网络化、分布式控制
│ · 模块化设计
│
2000s ─●── 第四代PLC：集成化
│ · 与PC技术融合
│ · 支持高级编程语言
│ · 运动控制集成
│
2010s ─●── 智能化PLC
至今 │ · 物联网（IoT）集成
│ · 云端连接
│ · 边缘计算
▼2.2 第一代PLC（1969-1970年代末）
主要特点：
- 仅能进行简单的逻辑控制（与、或、非）
- 采用1位处理器
- 存储容量小（1-4KB）
- 主要替代继电器控制系统
代表产品：
- DEC公司的PDP-14
- Modicon公司的084（Modicon = Modular Digital Controller）
2.3 第二代PLC（1970年代末-1980年代）
主要特点：
- 增加定时器、计数器功能
- 具备数学运算能力
- 8位、16位微处理器
- 出现大、中、小、微型系列产品
- 可靠性和速度大幅提升
重要发展：
| 年份 | 事件 |
|---|---|
| 1971 | 日本从美国引进PLC技术 |
| 1973 | 欧洲开始研制PLC |
| 1974 | 中国开始研制PLC |
| 1978 | 出现具有通信功能的PLC |
2.4 第三代PLC（1990年代）
主要特点：
- 32位高性能处理器
- 支持多种通信协议
- 网络化、分布式控制系统
- 模块化、标准化设计
- 出现IEC 61131-3编程标准
通信能力飞跃：
第三代PLC通信架构：
┌──────────────┐
│ 上位机 │
│ (监控系统) │
└──────┬───────┘
│ 以太网
┌──────────┼──────────┐
│ │ │
┌───┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐
│ PLC 1 │ │ PLC 2 │ │ PLC 3 │
└───┬───┘ └───┬───┘ └───┬───┘
│现场总线 │ │
┌───┴───┐ ┌───┴───┐ ┌───┴───┐
│变频器 │ │ 仪表 │ │ 阀门 │
└───────┘ └───────┘ └───────┘2.5 第四代PLC（2000年代至今）
主要特点：
- 与PC技术深度融合
- 软PLC（Soft PLC）出现
- 集成运动控制、过程控制
- 支持高级编程语言（如C、ST）
- Web服务器功能内置
- 开放式架构
功能集成：
现代PLC集成功能：
┌────────────────────────────────────────────┐
│ 现代集成PLC │
├────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │逻辑控制 │ │运动控制 │ │过程控制 │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │安全控制 │ │通信联网 │ │数据记录 │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │Web服务器│ │远程维护 │ │云端连接 │ │
│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
└────────────────────────────────────────────┘3. 现代PLC的特点
3.1 技术特点总结
| 方面 | 现代PLC特点 |
|---|---|
| 处理器 | 32位/64位多核处理器 |
| 存储器 | 大容量Flash、RAM |
| 编程 | 支持IEC 61131-3全部5种语言 |
| 通信 | 以太网、现场总线、无线通信 |
| 功能 | 逻辑、运动、过程、安全控制集成 |
| 诊断 | 完善的自诊断和远程诊断功能 |
| 开放性 | OPC UA、Web服务、云连接 |
3.2 性能提升对比
PLC性能发展对比（以典型中型PLC为例）：
指标 1970s 1990s 2020s
─────────────────────────────────────────────
扫描速度 10ms/K 1ms/K 0.01ms/K
存储容量 4KB 64KB 32MB+
I/O点数 128点 2048点 65536点
通信速度 9600bps 10Mbps 1Gbps
编程语言 LD LD/IL 5种全支持4. PLC的未来发展趋势
4.1 工业4.0与智能制造
PLC在工业4.0中的角色：
☁️ 云平台
↑↓ 数据上传/指令下发
┌─────────────────────────────┐
│ 边缘计算层 │
│ ┌───────────────────┐ │
│ │ 智能PLC系统 │ │
│ │ · AI算法集成 │ │
│ │ · 预测性维护 │ │
│ │ · 数字孪生 │ │
│ └───────────────────┘ │
└─────────────────────────────┘
↑↓ 实时控制
⚙️ 智能设备层4.2 未来发展方向
物联网（IoT）集成
- 内置物联网连接能力
- 支持MQTT、OPC UA等协议
- 边缘计算能力
人工智能融合
- 集成机器学习算法
- 预测性维护
- 自适应控制
信息安全强化
- 工业网络安全
- 加密通信
- 访问控制
开放性增强
- 开放式架构
- 跨平台兼容
- 软件定义自动化
虚实融合
- 数字孪生技术
- 虚拟调试
- AR/VR辅助维护
本节小结
- 起源：1969年，为解决汽车工业控制系统问题而诞生
- 发展阶段：从简单逻辑控制发展到智能化、网络化控制
- 现代特点：高性能、多功能、网络化、开放式
- 未来趋势：物联网、人工智能、云计算深度融合
思考题
- PLC是在什么背景下诞生的？
- PLC从第一代发展到现在，最大的变化是什么？
- 你认为未来的PLC会有哪些新功能？