可編程序控製器簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。它是在電氣控製技術和計算機技術的基礎上開發出來的，並逐漸發展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新一代通用工業控製裝置。它具有簡單易懂、操作方便、可靠性高等特點，已被廣泛應用於各種生產機械和生產過程的自動控製中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業控製裝置，被公認為現代工業自動化控製係統領域的三大支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一。
第一節可編程序控製器概述
一、可編程序控製器（PLC）定義
國際電工委員會（ IEC）於 1982年11月和 1985年1月對可編程序控製器作了如下的定義：“可編程序控製器（PLC）是一種數字運算操作的電子係統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控製、定時、計數和算術運算等操作的命令，並通過數字式模擬式的輸入和輸出，控製各種類型的機械或生產過程。可編程序控製器及其有關設備，都應按易於與工業控製係統聯成一個整體，易於擴充功能的原則而設計”。
定義強調了PLC應直接應用於工業環境，必須具有很強的抗幹擾能力、廣泛的適應能力和廣闊的應用範圍，這是區別於一般微機控製係統的重要特征。同時，也強調了PLC用軟件方式實現的“可編程”與傳統控製裝置中通過硬件或硬接線的變更來改變程序的本質區別。
近年來，可編程控製器發展很快，幾乎每年都推出不少新係列產品，其功能已遠遠超出了上述定義的範圍。
二、可編程序控製器（PLC）分類
可編程序控製器（PLC）的種類很多，所實現的功能、內存容量、控製規模、外形等方麵均存在較大差異。因此，PLC的分類至今沒有一個嚴格的統一標準。一般是按照其結構形式、控製規模（容量）、實現的功能等進行大致地分類。
1.按結構形式分類
PLC按照硬件的結構形式可以分為整體式和單元式。
（1）整體式PLC外觀上是一個長方形箱體式，又稱箱體式PLC。它將電源、CPU、I/O部件都集中在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小和價格低的特點。一般的微型機或小型機PLC都采用這種結構。
（2）單元式PLC又稱模塊式，將PLC按功能部分做成若幹單元，如CPU單元、電源單元、基本I/O單元、模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊及各種功能單元。單元式PLC由機架（總線）和各種單元組成。這種結構在硬件上具有較大的靈活性，各種單元可以像拚積木那樣方便組合、裝配、擴展和維修，還可根據需要選配不同單元組成不同控製規模和功能的PLC控製係統。一般大中型PLC都采用單元式結構。
除了上述兩種結構之外，有些廠家近年來還開發了疊裝式結構的PLC產品。其主要特點是吸收了整體式和單元式PLC的優點，各種單元、CPU自成獨立的單元（其尺寸可以不同），相互之間通過電纜或插接頭直接連接，而且各單元可以一層層地疊裝起來，不需要安裝機架（或總線板），既達到配置靈活，又可減小體積，適合於機電一體化的需要。
2.按控製規模（容量）分類
PLC的控製規模主要是指控製開關量的輸入、輸出路數(也稱為點數)及模擬量的輸入、輸出路數。但主要以開關量的點數計算，模擬量的路數可折算成開關量的點數，一般一路相當於8～16點。根據I/O點數的不同，PLC大致可分為微型機（幾點至幾十點）、小型機（幾十點至上百點）、中型機（上百點至上千點）、大型機（上千點至幾千點）、超大型機（幾千點至上萬點）。
3.按控製功能分類
按PLC控製功能的強弱，可分為低檔機、中檔機和高檔機。
（1）低檔機具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，有的還可能具有模擬量輸入輸出、算術運算以及遠程I/O、通信聯網等控製功能。
（2）中檔機除了具有低檔機的功能外，還具有模擬量輸入輸出、比較、數據處理、遠程I/O和通信聯網等功能，可完成既有開關量又有模擬量的控製任務。
（3）高檔機除了具有中檔機的功能外，還具有帶符號運算、矩陣運算、平方根運算及其它特殊函數運算、表格處理等其它功能，使得PLC的運算功能更強。特別是高檔機所具有的模擬量調節和強大的通信聯網等功能，可以進行智能控製、遠程控製和大規模過程控製。高檔機通過網絡與智能單元（或其它設備）進行通信，可構成集散式控製係統，以實現工廠的自動化管理。
4.按生產廠家分類
目前世界上能生產PLC的廠家較多，大致可以分成美國、歐洲和日本三個流派。在中國市場占有較大份額、較有影響的公司和PLC係列機型有：德國西門子公司，主流產品如S7係列機有S7-200、S7-300及S7-400等機型，控製點數可達6000多點，模擬量可達300多路； OMRON公司，目前的主流機型CPM2係列、CJ1係列、CS1係列等，這些係列可滿足不同場合的控製需求；三菱公司的PLC 也是較早進入中國市場的，其中小型機FX係列PLC前一時期在我國也很流行。還有不少廠家都生產PLC，根據不完全統計，世界上生產PLC產品的達上千家，這裏不再一一列舉。
第二節可編程序控製器的基本結構及工作原理
從數字係統的角度來看，PLC其實就是一個單片機係統。不同的是PLC作為一種通用的工業控製裝置，它不僅要考慮信息本身，還要考慮實際的控製需要和環境條件。為此，PLC的輸入/輸出等電路要求專門設計。下麵簡要介紹PLC的基本結構及工作原理。
一、 PLC的基本結構
（一）整體式結構
整體式PLC硬件係統由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM和EPROM等）、輸入/輸出電路（即基本I/O單元）、電源電路和I/O接口、通信接口等部分組成。
現代PLC的整體式結構也在發生變化，在將CPU、電源單元、通信單元和一定數量的輸入輸出單元集成到一個機殼內後，還留有擴展口。使用時，當輸入輸出單元的點數或功能不足時，還可以根據需要來擴展單元。擴展的單元可以是輸入輸出單元、模擬量單元、溫度控製單元和位置控製單元等，以擴展不同的功能。
（二）單元（模塊）式結構
在單元（模塊）式PLC中，組成PLC的各個部分都是高度集成的單元（模塊），這些單元（模塊）與PLC機架連接，構成一個PLC控製係統，有的稱為模塊式結構。
單元式PLC的特點是CPU為獨立單元，輸入、輸出、電源等單元也是獨立的單元。需要組成一個PLC係統時，隻要將CPU單元、電源單元、輸入單元、輸出單元及其它如通信單元、A/D單元、D/A單元等專用功能單元通過總線電纜（或通過帶總線底板的PLC機架）連接，就可以構成一個適合用戶需要的多功能控製係統。
單元式結構的PLC係統配置非常靈活，用戶可根據不同的控製需求選用不同CPU及各種功能單元。無論是選型、安裝和調試，還是擴展和維修，單元式PLC係統都十分方便。目前大中型PLC多數采用這種結構形式。這種結構的PLC係統，除了有主機架與各種單元連接之外，還可以提供擴展機架連接更多的單元，但需用電纜將主機架與擴展機架連接起來，各擴展機架之間也需要用電纜連接。
二、 PLC的基本組成單元
（一）中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)一般是由控製電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。CPU通過地址總線、數據總線和控製總線與存儲器單元、輸入／輸出(I/O)接口電路連接。不同型號的PLC可能使用不同的CPU部件，製造廠家使用CPU部件的指令係統編寫係統程序，並固化在隻讀存儲器(ROM)中。CPU按係統程序賦予的功能，接收用戶程序和數據，存入隨機存儲器(RAM)中；PLC中的CPU按掃描方式工作，從00000首地址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最後一個地址，不停地周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執行一次。
CPU主要具有以下功能：
（1）從存儲器中讀取指令CPU從地址總線上給出存儲地址，從控製總線上給出讀命令，從數據總線上得到讀出的指令，並存入CPU內的指令寄存器中。
（2）執行指令對存放在指令寄存器中的指令操作碼進行譯碼，執行指令規定的操作，如讀取輸入信號、讀取操作數、進行邏輯運算或算術運算，將結果輸出給有關部分。
（3）準備取下一條指令CPU執行完一條指令後，根據條件可產生下一條指令的地址，以便取出和執行下一條指令。在CPU的控製下，程序的指令既可以順序執行，也可以分支或跳轉。
（4）處理中斷除了能按順序執行程序外，還能接受輸入/輸出接口發來的中斷請求，並進行中斷處理，中斷處理完後，再返回原地址，繼續順序執行程序。
目前小型PLC中多采用8位或16位的CPU，在高檔機中也有32位的CPU，功能極強。
（二）存儲器(memory)
存儲器由寄存器構成，1位寄存器僅能存放和記憶1位二進製數字（0或1），因此，需要存放N位二進製數字信號就需要N個寄存器。位（bit）是二進製數字係統中最小的信息單位，為此，通常把能夠存儲8位二進製數字的信息長度稱為一個字節（byte）；兩個字節稱為1個字（word）。雖然各種PLC 的CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據PLC 的工作原理以及存放信息的不同用途，PLC 存儲空間的分配一般包括係統程序存儲區（ROM）、係統RAM 存儲區(包括I/O映像區和係統軟設備等)、用戶程序存儲區三個區域。
1.係統程序存儲區
係統程序存儲器區(system program memory)用來存放由PLC生產廠家編寫的係統程序，這部分程序是由PLC製造廠家用相應CPU的指令係統編寫的，並固化到EPROM中，用戶不可訪問和修改。它使可編程序控製器具有基本的智能，能夠完成可編程序控製器設計者規定的各項工作。係統程序和硬件一起決定著PLC的性能。主要內容包括三部分：第一部分為係統管理程序，它主要控製可編程序控製器的運行，使PLC有序工作；第二部分為用戶程序解釋程序，對用戶的程序進行編譯處理，通過用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變為機器語言指令，再由CPU執行這些指令；第三部分為標準程序模塊與係統調用程序，它包括許多不同功能子程序及其調用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運算等子程序，PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序決定了可編程序控製器的性能強弱。
2.係統數據存儲區（工作數據存儲器區）
係統數據存儲區也有稱作工作數據存儲區（date memory）。工作數據存儲區用來存儲工作數據，即由PLC製造廠家提供給用戶程序中調用的ON/OFF狀態、數值、數據等。在工作數據區中開辟有元件映像寄存器和數據表，例如邏輯線圈、輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器、保持繼電器、定時器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器、數據寄存器、模擬量和各種標誌等內部器件的ON/OFF狀態，又稱為I/O內存區(I/O memory) 或稱為參數區（parameter area）。它存儲用戶程序執行時的某些可變參數值及A/D轉換得到的數字量和數學運算的結果、路徑表、PLC設置等，這部分數據一般不需要長久保存，因此多采用隨機存儲器RAM，以適應隨機存取的要求。在PLC 斷電時由內部的鋰電池供電，數據不會遺失。
3.用戶程序存儲器
用戶根據控製要求所編製的應用程序稱為用戶程序，它存放在用戶程序存儲器中。由於用戶程序需要經常改動、調試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由於RAM掉電時會丟失數據，因此使用RAM作為用戶程序存儲器的PLC，都有備用電池（鋰電池）或用電容器儲存電荷來保護RAM數據，以免電源掉電時丟失用戶程序。當用戶程序調試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序寫入EPROM或EEPROM存儲器。目前不少廠家的PLC采用了快閃存儲器作為用戶程序存儲器，隨時讀寫，掉電時快閃存儲器中的數據也不會丟失，則可省略後備電池。
用戶程序存儲器的容量一般代表著PLC的標稱容量。通常，小型機小於8KB，中型機不大於50KB，大型機超過50KB。隨著超大規模集成電路的應用，不同機型PLC的存儲器容量會有不同程度的增加。
（三）基本I/O單元
基本I/O單元是PLC最基本的輸入/輸出接口電路，它沒有運算能力，隻用於接收和輸出開關量信號，並對這些信號進行寄存、隔離和放大。PLC通過基本I/O單元與工業生產現場相連接。其中，基本輸入單元用於接收操作指令和現場的狀態信息，如控製按鈕、操作開關和限位開關、光敏管、繼電接觸器接點、行程開關、接近開關等開關量信號，並通過輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉換等，將這些信號轉換成CPU能夠接收和處理的標準信號；基本輸出單元用於將CPU送出的弱電控製信號通過輸出電路的光電隔離和功率放大等，轉換成開關量信號輸出，以驅動接觸器、電磁閥、電磁鐵等執行機構工作。
基本I/O單元的類型有數字量I/O單元、開關量I/O單元、高密度I/O單元、直流信號I/O單元、220V交流信號I/O單元等。這些單元在本書下麵還將加以詳細介紹。在同一個單元中，不同輸入（輸出）點所對應的輸入（輸出）電路大致相同。
（四）電源單元
PLC電源單元的輸入電壓有直流12V、24V、48V和交流220V，使用時可根據需要選擇。現代ＰLＣ通常采用開關式穩壓電源，其輸入電壓範圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗幹擾性能好，且提供穩定的工作電壓。有的PLC開關電源還可向外部輸出直流24V，提供給與開關量輸入單元連接的現場無源開關使用，或為外部傳感器供電。
在單元（模塊）式PLC中，電源電路作為一個獨立單元。
（五）專用單元
為了適合PLC功能不斷增強的需求，就需要有各種類型的專用單元，有的稱為特殊功能單元。專用單元與基本I/O單元的最大區別是它自身具有CPU，可通過自己的輸入和輸出電路自行采集數據，並獨立完成運算和控製。PLC借助分配給專用單元的控製字（例如CJ1係列PLC為100個DM字）對它進行控製和監視。專用單元也參與循環掃描，在每個掃描周期中與PLC的CPU進行交換所分配的字，使專用單元成為PLC的一個部分，PLC可對它進行控製，並且通過控製字的交換使專用單元與PLC的整體控製相互協調。由於PLC具有豐富的專用單元，才使得PLC從早期單一的邏輯控製拓展到過程控製、運動控製以及通信網絡等廣泛的應用領域。
目前已開發的常用專用單元有模擬量I/O單元、A/D單元、D/A單元、溫度（傳感器）信號輸入單元、溫度控製單元、PID控製單元、高速計數單元、位置控製單元、速度控製單元、視覺傳感單元和各種通信網絡控製單元等。專用單元的類型越多，說明PLC的功能越強，應用範圍也就越廣泛。
（六）接口電路
PLC接口電路通常包括通信端口、I/O擴展端口和外設端口三個部分。
一般PLC的CPU單元上至少有一個RS-232C通信端口或者是RS-485通信端口（有的PLC還有RS-422異步通信端口）。PLC可以通過RS-232C通信端口直接與上位計算機連接通信。若是采用RS-485端口通信，則PLC和上位計算機之間需要連接一個適配器。無論是RS-232C端口或是RS-485端口，都可以與PLC編程器進行通信，這些通信端口還可以使PLC之間實現通信。
I/O擴展端口主要用於連接I/O擴展單元。當用戶所需的I/O點數（或類型）超出主機上的點數（或類型）時，可通過該端口連接I/O擴展單元來增加I/O點數。另外，通過該端口還可以連接各種智能單元，以擴展PLC的功能。
PLC可通過外圍端口與外圍設備相連接。例如，該端口連接編程器時，可用於輸入、修改或監控PLC的用戶程序；連接打印機時，可以打印用戶程序、PLC的運行狀態或報警信息（如種類和時間等）；連接EPROM寫入器時，可將用戶調試好的程序寫入EPROM芯片中，以免被誤改動；連接外存儲器時，可用於存儲用戶程序。還有的PLC可以通過外設端口與其它PLC、計算機或可編程序終端等進行通信。不同的PLC，這些端口的數量不同。例如OMRON公司的CPM2A PLC隻有3個端口，而CS係列PLC最多可達34個端口。
（七）編程工具
PLC的一個重要特點是用戶可以方便地更改程序。為此，PLC配上專用的程序寫入裝置，稱為編程器。編程器不僅可用來對PLC進行編輯程序、調試程序和監控程序的運行，還可以在線測試ＰLＣ的內部狀態和參數，與ＰLＣ進行人機對話。因此編程工具是開發、監控運行和檢查維護ＰLＣ不可缺少的設備。按照編程工具的結構劃分，主要有以下兩種類型。
1.簡易編程器
簡易編程器可以直接與PLC上的外設端口相連，或通過電纜與PLC相連。一般隻能直接輸入助記符對PLC進行編程。它的特點是攜帶方便，價格便宜，多用於小型PLC；但隻能連機（PLC）用助記符語言編程，不能直接輸入和編輯梯形圖程序，對PLC的控製功能較少。
2.計算機專用編程工具編程
計算機專用編程工具編程是PLC廠家提供在計算機上運行的專用編程軟件，如OMRON公司的CX-ONE編程軟件等，它的功能很強，可以輸入、編輯、修改用戶程序，監控係統運行，打印文件，采集和分析數據，在顯示器屏幕上顯示係統運行狀況，還可對工業現場和係統進行仿真，將程序存儲在磁盤上，實現計算機和ＰLＣ之間的程序相互傳送等。由於計算機專用編程工具編程的功能優於簡易編程器，因此人們普遍采用這種編程方法編製用戶程序。
三、 PLC的基本工作原理
（一）PLC的循環掃描方式
PLC的工作方式與微型計算機的中斷處理方式相比有很大的不同。因為PLC運行時，需要對大量的信息進行處理，使得PLC中的CPU隻能分時操作，即按一定的順序，每一時刻執行一個操作，從頭至尾；然後重新開始下一個執行周期。CPU的這種操作方式，稱為掃描工作方式。PLC經過初始化後，即進入掃描工作方式，且周而複始地重複進行，因此PLC為循環掃描方式進行工作。也就是說PLC對用戶程序采用循環掃描方式，根據輸入信號的狀態，按照控製要求進行處理判斷，產生控製輸出。這個過程分為數據輸入及處理、程序執行、輸出及處理三個階段。整個過程進行一次所需要的時間稱為掃描周期。例如一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的接點不會像電氣中的實際繼電接觸器那樣立即動作，而是必須等待掃描到該接點時，才會動作。由於PLC掃描用戶程序的時間一般隻有幾十毫秒，高於實際繼電接觸器的響應速度。因此，可以滿足大多數工業控製的需要。
數據輸入/輸出處理，稱為I/O刷新。它包括兩種操作，一是采樣輸入信號，即刷新輸入映像區的內容；二是送出處理結果，即按輸出映像區的內容刷新輸出電路。
（二）PLC的循環掃描過程
中、小型PLC采用周期性循環掃描的工作方式，包括輸入采樣、程序執行、輸出刷新三個階段的操作。
1.數據輸入及處理階段
PLC在讀輸入階段，以掃描方式依次讀入所有輸入信號的通/斷狀態，並將它們存入到輸入映像存儲器中。在讀輸入結束後，PLC轉入用戶程序執行階段。
在輸入刷新階段，CPU（采樣）從輸入電路的緩衝區讀出各路狀態進入到輸入映像區，使輸入映像區的內容與當前輸入信號（即緩衝區狀態）一致；在其它非采樣時間，輸入信號的變化不會影響輸入映像區的內容。由於PLC掃描周期一般隻有幾十毫秒，兩次采樣之間的間隔時間很短，對一般開關量來說，可以認為不會因間隔采樣引起誤差。
2.用戶程序執行階段
用戶程序放在用戶程序存儲器中。在程序執行階段，CPU按（梯形圖）先左後右、先上後下的順序對逐條指令進行解釋、執行，直到執行END指令才結束對該用戶程序的掃描。
在程序執行階段，CPU從輸入映像寄存器（每個輸入繼電接觸器對應一個輸入映像寄存器，其通/斷狀態對應I/O）和元件映像寄存器（即與各種內部繼電接觸器、輸出繼電接觸器對應的寄存器）中讀出各繼電接觸器的狀態，並根據用戶程序給出的邏輯關係進行邏輯運算，運算結果再寫入元件映像寄存器中。
3. 數據輸出及處理階段
對應於存放PLC處理結果的數據區，稱為輸出映像寄存器，又稱輸出映像區。PLC的CPU不能直接驅動負載，因此，PLC執行用戶程序的處理結果，是存放在輸出映像寄存器中的。當程序執行結束（或下次掃描用戶程序前）後，緊接著下一個輸出刷新階段，才將輸出映像寄存器的狀態寫入輸出鎖存電路，由鎖存電路的輸出狀態經輸出驅動電路，進行隔離和功率放大，去驅動外部負載。
刷新後的輸出狀態，要保持到下次刷新為止。同樣，由於兩次刷新的時間間隔和輸出電路的慣性時間常數一般才幾十毫秒，對於變化較慢的控製過程來說，可以認為輸出信號是及時的。
（三）PLC的等效電路
從上述可知，PLC的用戶程序（軟件）代替了繼電器控製電路（硬件）。因此，對於使用者來說，可以將PLC等效成許許多多各種各樣的“軟繼電器”和“軟接線”的集合，而用戶程序就是用“軟接線”將“軟繼電器”及其“觸點”按一定要求連接起來的“控製電路”。
PLC等效電路中的繼電器並不是實際的物理繼電器，它實質上是存儲器單元的狀態。單元狀態為“1”，相當於繼電器接通；單元狀態為“0”，則相當於繼電器斷開。因此，我們稱這些繼電器為“軟繼電器”。程序處理部分一般采用被稱作梯形圖電路作為程序，關於梯形圖在後麵幾章還要詳細介紹。
四、 PLC的I/O響應時間
PLC最明顯不足是輸入/輸出電路存在著響應滯後現象。這種滯後現象對一般工業控製設備的正常工作沒有影響，但對需要作出快速響應的設備，滯後現象是不允許的。因此，應采用快速響應的單元、高速計數單元以及中斷處理等措施來減少滯後時間。
（一）產生I/O響應滯後的原因
（1）輸入電路的時間常數。輸入電路中的濾波器對輸入信號有延遲作用，時間常數越大，延遲作用越明顯。為了減小輸入時間常數的影響，用戶可根據需要對PLC的輸入時間常數加以設置，以滿足不同設備的響應要求。
（2）輸出電路的時間常數。從輸出繼電接觸器的線圈通電到其接點閉合有一段時間，這是輸出電路硬件的時間參數。
（3）用戶語句位置的安排和指令類型的選用，也影響PLC輸入/輸出的響應時間。
上述三個因素的影響，可通過選擇I/O單元、設置響應時間和合理編製程序加以改善。
（4）PLC的循環掃描周期。PLC完成一個循環工作過程所需的時間，稱為一個掃描周期。在不考慮與編程器通信等因素的影響時，掃描周期Ts為：
Ts=公共處理時間+I/O刷新時間+程序執行時間
其中，公共處理時間與I/O刷新時間之和，通常為幾個毫秒；而程序執行時間主要取決於程序的長短。
由於PLC采用循環掃描工作方式，因此響應時間與收到信號的時刻有關。故下麵給出了最短和最長響應時間。
（二）最短響應時間
從輸入接點閉合到輸出接點閉合有一段延遲時間，稱為I/O響應時間。
若在第一個周期的I/O刷新階段，已經在輸入電路的輸出端被反映出來，則CPU將輸入信號寫進輸入映像寄存器，經過程序執行後，結果在第二個I/O刷新階段被輸出電路輸出。這種情況下，I/O響應時間最短，等於輸入延遲時間、一個掃描周期Ts和輸出延遲時間之和。
（三）最長響應時間
若在第一個周期的I/O刷新階段剛結束，輸入信號恰好在輸入電路的輸出端才反映出來，由於錯過了I/O刷新階段，則CPU不能立即讀取，而要等到第二個掃描周期的I/O刷新階段，才能被CPU寫進輸入映像寄存器，經過程序執行後，結果在第三個掃描周期的I/O刷新階段才被輸出。此情況下，I/O響應時間最長，等於輸入延遲時間、兩個掃描周期（2Ts）和輸出延遲時間之和。
第三節可編程序控製器的主要技術指標
可編程序控製器的主要技術指標如下。
1. I/O點數
I/O點數是PLC可以接受的輸入開關量信號和輸出開關量信號的數量總和。對於單元式PLC，它的I/O點數由機架數和基本I/O單元數決定。這是PLC的一項基本指標。I/O點數越多，PLC可外接的輸入開關器件和輸出控製器件就越多，控製規模就越大。
2.存儲器配置和容量
在編製PLC程序時，需要大量的存儲器（簡稱內存）來存放變量、中間結果、保持數據、定時計數、單元設置和各種標誌等信息。內存種類越多，容量越大，越便於PLC進行各種邏輯控製及模擬控製。用戶內存的容量決定著PLC可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。每16位二進製數為一個字 (W)，每1024個字為1KW。一般中、小型PLC的用戶內存在幾千字到幾百千字，大型PLC的存儲容量至少是幾百千字以上。
3.掃描速度
掃描速度是指PLC執行1kstep (千步)用戶程序所需的時間，以 ms/kstep為單位表示。例如20ms/kstep，表示掃描1kstep的用戶程序所需的時間為20ms。現在PLC的掃描速度是用執行一步指令所需的時間來衡量。掃描速度越快，執行指令的時間就越短。對一般指令來說，一步相當於以前PLC的一個字。
4.指令功能及數量
PLC實現控製任務的數量，通常取決於PLC功能指令的條數。一般而言，指令條數越多，所支持的功能相對越強；指令功能越強，PLC的處理能力和控製能力也就越強。
5.支持軟件
為了編製PLC程序，多數廠家都開發了計算機支持軟件。從本質上講，PLC所能識別的隻是機器語言。它之所以能使用助記符語言、梯形圖語言、邏輯功能圖以及高級語言等，全靠這些語言所開發的各種支持軟件。支持軟件不僅可編製程序，還具有監控PLC工作的功能。
6.專用功能單元的種類
專用功能單元的種類越多，則PLC所能完成的功能相對越多。因此，專用功能單元的種類及其功能的強弱，是衡量現代PLC產品水平高低的一個重要指標。PLC生產廠家都非常重視專用功能單元的開發，這也是衡量PLC廠家實力的重要指標。
7.可擴展性
在選擇PLC時，需要考慮PLC的可擴展性，它主要包括輸入/輸出點數的擴展、存儲容量的擴展、通信聯網功能的擴展以及可擴展的單元數量。
第四節國內外著名的PLC產品介紹
世界上PLC產品可按地域分成三大流派：一是美國產品，二是歐洲產品，三是日本產品。美國和歐洲的PLC技術是在相互隔離情況下獨立研究開發的，因此美國和歐洲的PLC產品有明顯的差異性。而日本的PLC技術是由美國引進的，對美國的PLC產品有一定的繼承性。美國和歐洲以大中型PLC而聞名，而日本則以小型PLC著稱。
一、美國PLC產品
美國是PLC生產大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。其中A-B公司是美國最大的PLC製造商，其產品約占美國PLC市場的一半。
A-B公司產品規格齊全、種類豐富，其主推的大、中型PLC產品是PLC-5係列。該係列為模塊式結構，CPU模塊為PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/15、PLC-5/25時，屬於中型PLC，I/O點配置範圍為256～1024點；當CPU模塊為PLC-5/11、PLC-5/20、PLC-5/30、PLC-5/40、PLC-5/60、PLC-5/40L、PLC-5/ 60L時，屬於大型PLC，I/O點最多可配置到3072點。該係列中PLC-5/250功能最強，最多可配置到4096個I/O點，具有強大的控製和信息管理功能。大型機PLC-3最多可配置到8096個I/O點。A-B公司的小型PLC產品有SLC500係列等。
GE公司的代表產品是：小型機GE-1、GE-1/J、GE-1/P等，除GE-1/J外，均采用模塊結構。GE-1用於開關量控製係統，最多可配置到112個I/O點；GE-1/J是更小型化的產品，其I/O點最多可配置到96點；GE-1/P是GE-1的增強型產品，增加了部分功能指令（數據操作指令）、功能模塊（A/D、D/A等）、遠程I/O功能等，其I/O點最多可配置到168點。中型機GE-Ⅲ，它比GE-1/P增加了中斷、故障診斷等功能，最多可配置到400個I/O點。大型機GE-Ⅴ，它比GE-Ⅲ增加了部分數據處理、表格處理、子程序控製等功能，並具有較強的通信功能，最多可配置到2048個I/O點。GE-Ⅵ/P最多可配置到4000個I/O點。
德州儀器（TI）公司的小型PLC新產品有510、520和TI100等，中型PLC新產品有TI300、5TI等，大型PLC產品有PM550、530、560、565等係列。除TI100和TI300無聯網功能外，其它PLC都可實現通信，構成分布式控製係統。
莫迪康（MODICON）公司有M84係列PLC。其中M84是小型機，具有模擬量控製、與上位機通信功能，最多I/O點為112點；M484是中型機，其運算功能較強，可與上位機通信，也可與多台聯網，最多可擴展I/O點為512點；M584是大型機，其容量大、數據處理和網絡能力強，最多可擴展I/O點為8192；M884增強型中型機，它具有小型機的結構、大型機的控製功能，主機模塊配置兩個RS-232C接口，可方便地進行組網通信。
二、歐洲PLC產品
德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司，法國的TE公司是歐洲著名的PLC製造商。德國的西門子的電子產品以性能精良而久負盛名，在中、大型PLC產品領域與美國的A-B公司齊名。
西門子PLC主要產品是S7係列。在S7係列中，有S7-200、S7-300 、S7-400等產品。其中S7-200係列屬於微型PLC，S7-300係列屬於中小型PLC，S7-400係列屬於中高性能的大型PLC。
三、日本PLC產品
日本的小型PLC最具特色，在小型機領域中頗具盛名。某些用歐美的中型機或大型機才能實現的控製，日本的小型機就可以解決，在開發較複雜的控製係統方麵明顯優於歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC製造商，如三菱、歐姆龍、鬆下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產品約占有70％的份額。
三菱公司的PLC是較早進入中國市場的產品。其小型機F1/F2係列是F係列的升級產品，F1/F2係列加強了指令係統，增加了特殊功能單元和通信功能，比F係列有了更強的控製能力。繼F1/F2係列之後，20世紀80年代末三菱公司又推出FX係列，在容量、速度、特殊功能、網絡功能等方麵都有了全麵的加強。FX2係列是在20世紀90年代開發的整體式高功能小型機，它配有各種通信適配器和特殊功能單元；隨後推出的FX2N高功能整體式小型機，它是FX2的換代產品，各種功能都有了全麵的提升。近年來還不斷推出滿足不同要求的微型PLC，如FX0S、FX1S、FX0N、FX1N及α係列等產品。
三菱公司的大中型機有A係列、QnA係列、Q係列，具有豐富的網絡功能，I/O點數可達8192點。其中Q係列具有超小的體積、豐富的機型、靈活的安裝方式、雙CPU協同處理、多存儲器、遠程口令等特點，是三菱公司現有PLC中最高性能的PLC。
歐姆龍（OMRON）公司的PLC產品，大、中、小、微型規格齊全。微型機以SP係列為代表，其體積極小、速度極快。小型機有 P型、H型、CPM1A係列、CPM2A係列、CPM2C、CQM1等，P型機現已被性價比更高的CPM1A係列所取代；CPM2A/2C、CQM1係列內置RS-232C接口和實時時鍾，並具有軟PID功能；CQM1H是 CQM1的升級產品。中型機有C200H、C200HS、C200HX、C200HG、C200HE、CS1係列，C200H是前些年暢銷的高性能中型機，配置齊全的I/O模塊和高功能模塊，具有較強的通信和網絡功能；C200HS是C200H的升級產品，指令係統更豐富、網絡功能更強；C200HX/HG/HE是C200HS的升級產品，有1148個I/O點，其容量是 C200HS的2倍，速度是C200HS的3.75倍，有品種齊全的通信模塊，是適應信息化的PLC產品；CS1係列具有中型機的規模、大型機的功能，是一種極具推廣價值的新機型。大型機有C1000H、C2000H、CV（CV500/CV1000/CV2000/CVM1）等，C1000H、C2000H可單機或雙機熱備運行，安裝帶電插拔模塊，C2000H可在線更換I/O模塊；CV係列中除CVM1外，均可采用結構化編程，易讀、易調試，並具有更強大的通信功能。
鬆下公司的PLC產品中，FP0為微型機；FP1為整體式小型機；FP3為中型機；FP5/FP10、FP10S（FP10的改進型）、FP20為大型機，其中FP20是最新產品。鬆下公司近幾年PLC產品的主要特點是：指令係統功能強；有的機型還提供可以用FP-BASIC語言編程的CPU及多種智能模塊，為複雜係統的開發提供了軟件手段；FP係列各種PLC都配置通信機製，由於它們使用的應用層通信協議具有一致性，這給構成多級PLC網絡和開發PLC網絡應用程序帶來方便。
第五節OMRONCJ1係列PLC的基本結構及工作原理
日本OMRON 公司是世界上著名的PLC生產廠商之一。SYSMAC CJ 係列PLC產品以其良好的性能價格比被廣泛的應用於食品加工、機床製造、化工工業、材料處理和工業控製過程等領域。
OMRON公司C係列PLC產品品種繁多、種類豐富、功能強、適應麵廣，大致可以分為微型、小型、中型和大型機四大類產品。整體式結構的微型PLC以C20P為代表，小型PLC以CPMA係列最為典型，這兩種都屬於單機整體式結構。中小型PLC以CJ1係列最為典型，它具有超小和超薄的尺寸，體積更小、指令更豐富、速度更快、性能更優越；通過I/O擴展可實現10～1280點輸入輸出點的靈活配置，從而達到中型機的性能；它還可以連接可編程終端直接從屏幕上進行編程。中型機以C200H係列最為典型，主要機型有C200H、C200HS、C200HX、C200HE等型號。CJ1係列PLC從2005年7月推出後，是OMRON公司PLC產品中用戶目前選用最多的機型。CJ1係列PLC在程序容量、掃描速度、指令功能方麵都優於小型機，除具備小型機的基本功能外，它同時可配置更完善的接口單元模塊，如模擬量I/O模塊、溫度傳感模塊、高速計數模塊、位置控製模塊、通信連接模塊等；可以與上位機、下位PLC及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控製係統和工業自動化網絡。
在一般的工業控製係統中，中小型PLC要比大型PLC的應用更廣泛。在電氣設備的控製應用方麵，一般小型PLC都能夠滿足需求。本節以OMRON公司CJ1係列的PLC為例，介紹PLC的硬件組成及應用實例。書中介紹的指令係統及控製係統的設計方法對OMRON係列其它機型基本都適用。
一、 CJ1係列PLC的硬件組成
CJ1係列可編程序控製器（PLC）與其它的PLC一樣，一般由中央處理單元（CPU）、存儲器(memory)、輸入/輸出單元（I/O unit）、電源（power）等主要部件組成。
（一）中央處理單元（CPU單元）
CPU單元是PLC的主控單元，也是整個PLC係統的核心，它控製著整個係統有條不紊地進行工作。PLC的輸入、運行和輸出，都離不開該單元。單元內部包括微處理器及其控製邏輯、係統程序存儲器、用戶數據存儲器、I/O存儲區、數據存儲器等；單元外部有指示燈、存儲器卡指示燈、存儲器卡電源開關、存儲器卡插口、DIP開關、內插板連接器、外圍端口、RS-232C端口等部分。
CJ1G CPU單元為一獨立單元，它設有如下外設接口：
（1） 指示燈CPU單元麵板上的指示燈顯示CPU的工作狀態。
（2） 存儲卡插口除CPU中的內置RAM外，CPU還允許外插一個存儲卡，用於存放用戶程序、I/O存儲器注釋、CPU總線單元數據、PLC配置及其它參數、數據文件等。存儲卡的讀/寫方法由用戶程序指令、編程設備(包括CX-Programmer 和手持編程器)、Host Link計算機、AR區控製位、簡單備份操作等進行，這對於編製較為複雜的程序是十分方便的。CPU麵板上設置有存儲卡指示燈，綠色和橘黃色燈分別表示存儲卡電源供電和訪問存儲卡時的工作狀態。存儲卡的規格有閃存8MB、15MB、30MB、48MB等幾種。
（3） DIP開關DIP開關用來設置PLC的CPU單元的基本工作狀態。CJ係列CPU單元設計有為CPU單元設定基本操作參數的8引腳DIP開關。DIP開關在電池倉蓋的下麵。
（4） 外設端口外設端口用以連接外圍設備，如手持編程器或計算機等。
（5） RS232端口此端口用於連接支持RS-232接口的外圍設備，如上位計算機、通用外部設備或可編程序終端（PT）等。
（6）連接器CJ係列PLC的連接器用於連接其它單元的設備。它采用國際通行的插接式接法與其它單元連接，而不是用總線單元式的接法連接。這主要是便於和其它設備共同安裝在一個滑道上。
（二）存儲器
OMRON CJ1 係列PLC的存儲器和其它PLC一樣，也由係統程序存儲器、用戶程序存儲器和工作數據存儲器組成。這些存儲器按照功能具體又劃分為：CIO（通用輸入/輸出）區、專用繼電器區、數據區、標誌區。而CIO區又細分為：基本I/O區、DeviceNet區、PLC鏈接區、數據鏈接區、CPU總線單元區、特殊I/O單元區、內插板區、SYSMAC 總線區、I/O終端區、內部I/O區等；專用繼電器區又包括：工作區(WR) 、保持區(HR) 、輔助區(AR)、暫存區(TR) 、定時器區 (T)、計數器區(C)、數據寄存器(DR) 、變址寄存器(IR)；數據區包括：數據存儲器（DM）和擴展數據存儲器（EM）；標誌區包括：定時完成標誌、計數完成標誌、任務標誌區域。有關這些存儲器的具體使用在後麵還要詳細介紹。