的技术性能及分类

5.3.1 PLC的技术性能

1.输入/输出总点数(即I/O总点数)

这是PLC最重要的一项技术指标。输入/输出点数是指PLC外部的输入/输出端子数。有开关量和模拟量两种。其中开关量用最大I/O点数表示，模拟量用最大I/O通道数表示。

2.内存容量

内存容量是衡量可存储用户程序多少的指标。在PLC中程序是按“步”存放的(一条指令少则1步、多则十几步)，1步占用一个地址单元，一个地址单元占两个字节。如一个程序容量为1000步的PLC，可推知其程序容量为2k B。

3.扫描速度

一般用执行1000步指令所需时间作为衡量PLC速度快慢的一项指标，称为扫描速度，单位为ms/k。扫描速度有时也用执行一步指令所需时间来表示，单位为μs/步。

4.指令条数

PLC指令系统拥有的指令种类和数量的多少决定着其软件功能的强弱。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。PLC指令一般分为基本指令和高级指令两部分。

5.内部继电器和寄存器

内部继电器和寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。它主要用于存放变量状态、中间结果、数据等，还提供许多辅助继电器和寄存器，如定时器、计数器、系统寄存器、索引寄存器等以便用户编程使用。

6.编程语言

编程语言是PLC厂家为用户设计的用于实现各种控制功能的编程工具。编程语言一般分为梯形图、语句表、顺序功能图等几类，不同厂家的PLC编程语言类型有所不同，语句也各异。

7.高级模块

PLC除了主控模块外还可以配接各种高级模块。主控模块实现基本控制功能，高级模块则可实现某种特殊功能。高级模块的配置反映了PLC功能的强弱，是衡量PLC产品档次高低的一个重要标志，主要有A/D、D/A、高速计数、高速脉冲输出、PID控制、速度控制、位置控制、温度控制、远程通信、高级语言编辑以及物理量转换模块等。

5.3.2 PLC的分类

目前各个厂家生产的PLC品种、规格及功能各不相同。其分类也没有统一标准，通常有3种形式分类。

1.按结构形式分类

根据结构形式的不同，PLC可以分为整体式和模块式两种。

1) 整体式

整体式结构是将PLC的各部分电路包括I/O接口电路、CPU、存储器等安装在一块或少数几块印刷电路板上，并连同稳压电源一起封装在一个机壳内，形成一个单一的整体，称为主机。主机可用电缆与I/O扩展单元、智能单元、通信单元相连接。其主要特点是结构紧凑、体积小、质量轻、价格低。一般小型或超小型PLC机采用这种结构，常用于单机控制的场合，如松下电工的FP1型产品。

2) 模块式

模块式结构是将PLC的各基本组成部分做成独立的模块，如CPU模块(包括存储器)、电源模块、输入模块、输出模块等。其他各种智能单元和特殊功能单元也制成各自独立的模块，然后通过插槽板以搭积木的方式将它们组装在一个具有标准尺寸的机架内，构成完整的系统。其主要特点是对被控对象应变能力强，便于灵活组装，可随意插拔，便于扩展，易于维修。一般中、大型PLC采用这种结构，如松下电工的FP3型产品。

2.按I/O点数和程序容量分类

根据PLC的I/O点数和程序容量的差别，可分为超小型机、小型机、中型机和大型机4种，见表5-2。

表5-2 按I/O点数和程序容量分类表

3.按功能分类

根据PLC所具有的功能，可分为低档机、中档机、高档机三档。

1) 低档机

低档机具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，有的还有少量的模拟量I/O(即A/D、D/A转换)、数据传送、运算及通信等功能。

2) 中档机

除了具有低档机的功能外，中档机还进一步增强了数制转换、算数运算、数据传送与比较、子程序调用、远程I/O以及通信联网等功能，有的还具有中断控制、PID回路控制等功能。

3) 高档机

除了进一步增强以上功能外，高档机还具有较强的数据处理功能、模拟量调节、特殊功能的函数运算、监控等功能以及更强的中断控制、智能控制、过程控制及通信联网功能。高档机适用于更大规模的过程控制系统，并可构成分布式控制系统，形成整个工厂的自动化网络。

5.3.3 PLC的常用品牌

据统计，全球PLC品牌有200多种，PLC生产厂家按地域可分为三大流派:美国、欧洲和日本。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，但产品的差异性很大，这是由于它们是在相互隔离的情况下独立开发出来的;日本以小型PLC著称，它的技术是从美国引进的，因此对美国的产品有一定的继承性。

美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气(GE)公司、莫迪康(MODICON)公司、得州仪器(TI)公司、西屋电气公司等。

欧洲著名的PLC生产厂商有德国的西门子(SIEMENS)公司、AEG公司，法国的TE公司等。其中西门子公司的SIMATIC系列PLC由于型号完善、功能强大，在世界各地各工控场合被广泛应用，本书中有章节详细介绍。

日本有许多PLC制造商，如松下、三菱、欧姆龙、富士、日立、东芝等。其中松下电工FP0系列是体积最小、性能优越、价格低廉的超小型PLC，在本书中有章节详细介绍。

目前我国PLC研制、生产和使用的发展也很快。国内PLC生产企业约30多家，主要有无锡华光电子工业有限公司、上海香岛机电制造有限公司、杭州机床电器厂、天津中环自动化仪表公司等。

5.3.4 PLC的编程语言

PLC通过其内部的用户程序实现对生产装备的控制，用户采用编程语言描述控制要求和任务。编程语言有多种表达形式，主要有梯形图、语句表和顺序功能图，也有一些PLC可用BASIC等高级语言进行编程，但很少使用。

1.梯形图(Ladder Diagram，LD)

梯形图编程语言是在继电器－接触器控制系统电路图基础上简化了符号演变而来的，二者具有很多相似点，如图5-6所示。作为一种图形语言，梯形图将PLC内部的编程元件(如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它是在继电器－接触器控制系统电路图的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将微机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器－接触器控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前使用最为普遍的一种PLC编程语言。

图5-6 继电器－控制器控制电路与某型号PLC梯形图对照示意图

(a)继电器－控制器电路图;(b)PLC接线图;(c)梯形图

2.语句表(Instruction List，IL)

语句表编程语言又称为助记符语言，是类似于计算机汇编语言，但更简单的编程语言。它采用助记符指令(又称语句)，并以程序执行顺序逐句编写成语句表，语句表可直接键入简易编程器。语句表与梯形图完成同样控制功能，两者之间存在一定对应关系，如图5-7所示。由于简易编程器既没有大屏幕显示梯形图，也没有梯形图编程功能，所以小型PLC采用语句表编程语言更为方便、实用。由于不同型号PLC的助记符与指令格式、参数等表示方法各不相同，因此它们的语句表也不相同。

图5-7 某型号PLC梯形图与相应语句表

(a)梯形图;(b)语句表

3.顺序功能图(Sequential Function Chart，SFC)

顺序功能图也称为控制系统流程图，英文缩写为SFC。它是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。图5-8所示是一个采用顺序功能图(SFC)语言编程的例子。图5-8(a)是表示该任务的示意图，要求控制电动机正反转，实现小车往返行驶。按钮SB控制启停。SQ11、SQ12、SQ13分别为3个限位开关，控制小车的行程位置。图5-8(b)是动作要求示意图，图5-8(c)是按照动作要求画出的流程图。可以看到:整个程序完全按照动作的先后顺序直接编程，直观简便，思路清晰，很适合顺序控制的场合。

应当指出的是，对于目前大多数PLC来说，SFC还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需要用其编程语言(如梯形图)将它转换为PLC可执行的程序。因此，通常只是将SFC作为PLC的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。

4.其他高级语言

随着PLC的快速发展，PLC可与其他工业控制器组合完成更为复杂的控制系统。为此很多类型PLC都支持高级编程语言，如Basic、Pascal、C语言等。这种编程方式称为结构文本(Structure Text，ST)，主要用于PLC与计算机联合编程或通信等场合。

图5-8 顺序功能图语言示意图

(a)任务示意图;(b)动作示意图;(c)流程图