可編程邏輯控制器是種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。
簡介
可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，一種具有微處理器的用於自動化控制的數字運算控制器，可以將控制指令隨時載入內存進行儲存與執行。可編程控制器由CPU、指令及數據內存、輸入/輸出接口、電源、數字模擬轉換等功能單元組成。早期的可編程邏輯控制器隻有邏輯控制的功能，所以被命名為可編程邏輯控制器，後來隨著不斷地發展，這些當初功能簡單的計算機模塊已經有瞭包括邏輯控制、時序控制、模擬控制、多機通信等各類功能，名稱也改為可編程控制器(Programmable Controller)，但是由於它的簡寫PC與個人電腦(Personal Computer)的簡寫相沖突，加上習慣的原因，人們還是經常使用可編程邏輯控制器這一稱呼，並仍使用PLC這一縮寫。
工業上使用的可編程邏輯控制器已經相當或接近於一臺緊湊型電腦的主機，其在擴展性和可靠性方面的優勢使其被廣泛應用於各類工業控制領域。不管是在計算機直接控制系統還是集中分散式控制系統DCS，或者現場總線控制系統FCS中，總是有各類PLC控制器的大量使用。PLC的生產廠商很多，如西門子、施耐德、三菱、臺達等，幾乎涉及工業自動化領域的廠商都會有其PLC產品提供。
發展歷史
起源
美國汽車工業生產技術要求的發展促進瞭PLC的產生，20世紀60年代，美國通用汽車公司在對工廠生產線調整時，發現繼電器、接觸器控制系統修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差，於是提出瞭著名的“通用十條”招標指標。
1969年，美國數字化設備公司研制出第一臺可編程控制器(PDP-14)，在通用汽車公司的生產線上試用後，效果顯著；1971年，日本研制出第一臺可編程控制器(DCS-8)；1973年，德國研制出第一臺可編程控制器；1974年，我國開始研制可編程控制器：1977年，我國在工業應用領域推廣PLC。
最初的目的是替代機械開關裝置(繼電模塊)。然而，自從1968年以來，PLC的功能逐漸代替瞭繼電器控制板，現代PLC具有更多的功能。其用途從單一過程控制延伸到整個制造系統的控制和監測。
發展
20世紀70年代初出現瞭微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加瞭運算、數據傳送及處理等功能，完成瞭真正具有計算機特征的工業控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。個人計算機發展起來後，為瞭方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。
20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生瞭飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗幹擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定瞭它在現代工業中的地位。
20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業國傢中已獲得廣泛應用。世界上生產可編程控制器的國傢日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC的處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代瞭在過程控制領域處於統治地位的DCS系統。
20世紀末期，可編程邏輯控制器的發展特點是更加適應於現代工業的需要。這個時期發展瞭大型機和超小型機、誕生瞭各種各樣的特殊功能單元、生產瞭各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業控制設備的配套更加容易。
基本結構
可編程邏輯控制器實質是一種專用於工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本組成如圖1所示，基本構成詳細描述如下：
電源
電源用於將交流電轉換成PLC內部所需的直流電，大部分PLC采用開關式穩壓電源供電。
中央處理單元
中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定瞭PLC的性能。
中央處理器由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，進行邏輯和數學運算，控制整個系統使之協調。
存儲器
存儲器是具有記憶功能的半導體電路，它的作用是存放系統程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統程序是控制PLC實現各種功能的程序，由PLC生產廠傢編寫，並固化到隻讀存儲器(ROM)中，用戶不能訪問。
輸入單元
輸入單元是PLC與被控設備相連的輸入接口，是信號進入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。
輸出單元
輸出單元也是PLC與被控設備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設備，即將中央處理器送出的弱電信號轉換成電平信號，驅動被控設備的執行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。
PLC除上述幾部分外，根據機型的不同還有多種外部設備，其作用是幫助編程、實現監控以及網絡通信。常用的外部設備有編程器、打印機、盒式磁帶錄音機、計算機等。
工作原理
當可編程邏輯控制器投入運行後，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。
輸入采樣
在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，並將它們存入I/O映象區中的相應的單元內。輸入采樣結束後，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大於一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
用戶程序執行
在用戶程序執行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，並按先左後右、先上後下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然後根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執行過程中，隻有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據隻能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。
在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程映像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程映像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。
輸出刷新
當掃描用戶程序結束後，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。
小結
根據上述過程的描述，可以對PLC工作過程的特點小結如下：
①PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少瞭外界幹擾的影響。
②PLC的工作過程是循環掃描的過程，循環掃描時間的長短取決於指令執行速度、用戶程序的長度等因素。
③輸出對輸入的影響有滯後現象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當采樣階段結束後，輸入狀態的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯後時間的長短又主要取決於循環周期的長短。此外，影響滯後時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯後時間等。
④輸出映像寄存器的內容取決於用戶程序掃描執行的結果。
⑤輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定。
⑥PLC當前實際的輸出狀態由輸出鎖存器的內容決定。
功能特點
可靠性高
由於PLC大都采用單片微型計算機，因而集成度高，再加上相應的保護電路及自診斷功能，提高瞭系統的可靠性。
編程容易
PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數量比微型機指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC隻有16條左右。由於梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機專業知識，就可進行編程。
組態靈活
由於PLC采用積木式結構，用戶隻需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統的功能和規模，因此，可適用於任何控制系統。
輸入/輸出功能模塊齊全
PLC的最大優點之一，是針對不同的現場信號(如直流或交流、開關量、數字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應的模板可與工業現場的器件(如按鈕、開關、傳感電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接，並通過總線與CPU主板連接。
安裝方便
與計算機系統相比，PLC的安裝既不需要專用機房，也不需要嚴格的屏蔽措施。使用時隻需把檢測器件與執行機構和PLC的I/O接口端子正確連接，便可正常工作。
運行速度快
由於PLC的控制是由程序控制執行的，因而不論其可靠性還是運行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。
近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機大量采用，大大增強瞭PLC的能力，並且使PLC與微型機控制系統之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。
