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PLC发展及趋势

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PLC发展及趋势

摘要：PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于工业自动化领域的控制设备，其发展历程及趋势对推动工业自动化进程具有重要意义。本文首先概述了PLC的发展背景和现状，分析了PLC技术的发展历程，接着探讨了PLC在工业自动化中的应用领域，最后对PLC的未来发展趋势进行了展望。本文旨在为PLC技术的进一步研究和发展提供参考依据。

随着我国工业自动化水平的不断提高，PLC作为一种关键的自动化控制设备，其性能和功能日益受到重视。本文从PLC的发展历程、应用领域和未来趋势等方面进行探讨，以期为我国PLC技术的发展提供有益的借鉴。近年来，PLC技术在我国工业自动化领域取得了显著成果，但仍存在一些问题亟待解决。本文通过对PLC发展历程的回顾，分析了PLC技术在我国工业自动化中的应用现状，并对其未来发展进行了展望。

第一章PLC概述

1.1PLC的定义及发展历程

PLC，即可编程逻辑控制器，是一种专门用于工业自动化控制的数字运算操作电子系统。它由输入模块、输出模块、中央处理单元（CPU）和存储器等部分组成，通过编程实现对生产过程的自动化控制。自1960年代初期诞生以来，PLC技术经历了从继电器逻辑控制器向数字逻辑控制器的转变，其发展历程可以大致分为以下几个阶段。

(1)第一阶段是1970年代，这一时期PLC技术处于起步阶段。这一阶段的PLC主要用于替代传统的继电器控制系统，实现简单的逻辑控制和顺序控制。例如，美国通用电气公司在1970年推出的第一代PLC产品——GE-5型PLC，标志着PLC技术的诞生。这一时期的PLC功能相对简单，主要应用于自动化程度较低的场合。

(2)第二阶段是1980年代，PLC技术得到了快速发展。随着微电子技术和计算机技术的进步，PLC的性能得到了显著提升。这一时期，PLC开始广泛应用在制造业、交通运输、能源等行业。例如，德国西门子公司在1980年推出的SIMATICS5系列PLC，具有更高的性能和更丰富的功能，成为当时市场上的主流产品。

(3)第三阶段是1990年代至今，PLC技术进入了高速发展阶段。随着工业4.0的兴起，PLC技术逐渐向智能化、网络化、模块化方向发展。这一时期的PLC具有更高的处理速度、更大的存储容量和更强的扩展性，能够满足复杂控制任务的需求。例如，日本三菱电机公司在2000年推出的FX系列PLC，具有强大的网络通信功能和丰富的内置功能模块，广泛应用于各种工业自动化领域。

1.2PLC的结构及工作原理

PLC的结构通常包括输入模块、输出模块、中央处理单元（CPU）、存储器和通信接口等主要部分。每个模块在PLC的工作过程中扮演着不同的角色，共同确保了自动化控制的精确性和可靠性。

(1)输入模块是PLC接收外部信号的部分，它将各种传感器和开关等输入设备产生的信号转换为CPU可以处理的电信号。输入模块通常包括模拟输入和数字输入。例如，在自动化生产线上，温度传感器、压力传感器和限位开关等设备产生的信号通过输入模块接入PLC。以德国西门子公司的SIMATICS7-1200系列PLC为例，其输入模块可以支持24VDC或48VDC的电源，具有8个或16个数字输入通道，能够满足多种工业现场的需求。

(2)输出模块是PLC向外部设备发送控制信号的部分，它将CPU处理后的信号转换为驱动设备所需的输出信号。输出模块通常包括模拟输出和数字输出。例如，在自动化生产线上，输出模块可以将PLC的处理结果用于控制电机、电磁阀等执行机构。以日本三菱电机的FX3U系列PLC为例，其输出模块支持24VDC或AC220V的电源，具有8个或16个数字输出通道，能够驱动多种类型的执行机构。此外，输出模块还具有隔离功能，以保护PLC免受外部电路的干扰。

(3)中央处理单元（CPU）是PLC的核心部分，负责执行用户程序，处理输入信号，并根据程序逻辑产生输出信号。CPU通常由微处理器、存储器和定时器等组成。在执行用户程序时，CPU会按照以下步骤工作：首先，从输入模块读取输入信号；其次，根据用户程序对输入信号进行处理；然后，将处理结果存储在输出模块中；最后，输出模块将处理结果转换为驱动设备所需的信号。以美国RockwellAutomation的Logix系列PLC为例，其CPU采用高性能的32位微处理器，运行速度可达1GHz，具有强大的数据处理能力。此外，Logix系列PLC的CPU还具有模块化设计，便于维护和升级。

在工作原理方面，PLC采用循环扫描的方式执行用户程序。其基本工作流程如下：

(1)PLC启动后，首