第4 章 可编程控制器概述.pdf

第 4 章 可编程控制器概述 可编程控制器是一种在传统的继电器控制系统的基础上，与 3C 技术(Computer，Control，Communication)相结合而不断发展完善起来的新型自动控制装置，具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、易于维护等优点，在自动控制领域应用得十分广泛。目前已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制、运动控制等诸多领域。无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，设计人员都倾向于采用它来进行设计。本章主要介绍可编程控制器的产生与发展过程、分类、特点等内容。4.1 可编程控制器的产生与发展 早期工业控制中采用的继电器控制系统属于固定接线的逻辑控制系统，控制系统的结构随功能不同而异。如果控制要求有所改变，就必须相应地改变硬接线结构，对于复杂的控制系统相当麻烦。此外，机械电气式器件本身的不足影响了控制系统的各种性能，无法适应现代工业发展的需要。4.1.1 可编程控制器的产生 20 世纪 60 年代，电子技术的发展推动了控制电路的电子化，晶体管等无触点器件的应用促进了控制装置的小型化和可靠性的提高。60 年代中期，小型计算机被应用到过程控制领域，大大提高了控制系统的性能。但当时计算机价格昂贵，编程很不方便，输入/输出信号与工业现场不兼容，因而没能在工业控制中得到推广与应用。20 世纪 60 年代末期，西方工业国家出现经济大萧条，作为工业龙头的汽车工业受到沉重打击。美国通用汽车公司(General Motors Corporation，GM)为了在激烈的市场竞争中战胜对手，摆脱困境，制定出多品种、小批量、不断推出新车型来吸引顾客的战略。但原有的控制系统由继电器和接触器等组成，灵活性差，不能满足生产工艺不断更新的需要。1968 年，GM 为了改造汽车生产设备的传统控制方式，提出了以下 10 条招标的技术指标。(1)编程简单方便，可在现场修改程序。(2)硬件维护方便，采用插件式结构。(3)可靠性要高于继电器控制系统。(4)体积小于继电器控制系统。(5)可将数据直接送入管理计算机。(6)成本可与继电器控制系统竞争。(7)输入可以是 AC115V。(8)输出在 AC115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀和接触器等。(9)扩展时，原有系统只需要很小的改动。(10)用户程序存储器的容量至少可扩展到 4KB。电器与 PLC 控制技术 82 82 1969 年，美国的数字设备公司(Digital Equipment Corporation，DEC)开发出世界上第一台能满足上述要求的样机，在 GM 的汽车装配线上获得成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、使用灵活、体积小、寿命长等一系列优点很快就推广到其他工业领域。随后德国、日本等国相继引进这一技术，使 PLC 迅速在工业控制中得到了广泛应用。在可编程控制器的早期设计中虽然采用了计算机的设计思想，但只能进行逻辑(开关量)控制，主要用于顺序控制，所以被称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，微处理器被广泛应用于 PLC 的设计中，使PLC 的功能增强，速度加快，体积减少，成本下降，可靠性提高，更多地具有了计算机的功能。除了常规的逻辑控制功能外，PLC 还具有模拟量处理、数据运算、运动控制、PID(Proportional-Integral-Differential)控制和网络通信等功能，易于实现柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)，因而与机器人及计算机辅助设计/制造(Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing，CAD/CAM)一起并称为现代控制的三大支柱。此外，可编程控制器在设计中还借鉴了计算机的高级语言，给实际应用带来了方便。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会(National Electrical Manufacturers Association，NEMA)经过调查，将其正式命名为 Programmable Controller，简称 PC，并给 PC 作了如下定义。“PC 是一个数字式的电子装置。它使用了可编程的记忆体存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、定时、计数与运算等功能，并通过数字或模拟的输入/输出模块控制各种机械或工作过程。一部数字电子计算机若是从事执行 PC 的功能，亦被视为 PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”由于 PC 容易与个人计算机(Personal Computer)的缩写相混淆，因而人们仍沿用 PLC 作为可编程控制器的简称。国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC)颁布的 PLC 的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器并不针对某一具体工业应用。在实际应用时，其硬件应根据具体需要进行选配，软件则根据实际的控制要求或生产工艺流程进行设计。4.1.2 可编程控制器的发展 1.PLC 的发展过程 PLC 的发展与计算机技术、微电子技术、自动控制技术、数字通信技术、网络技术等密切相关。这些高新技术的发展推动了 PLC 的发展，而 PLC 的发展又对这些高新技术提出了更高的要求，促进了它们的发展。虽然 PLC 的应用时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模和超大规模集成电路技术的迅速发展和数字通信技术的不断进步，PLC 也取得第 4 章 可编程控制器概述 8383了迅速的发展。其发展过程大致可分 3 个阶段。1)第一代 PLC(20 世纪 60 年代末70 年代中期)早期的 PLC 作为继电器控制系统的替代物，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制和定时/计数控制等任务。PLC 在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O(Input/Output)接口电路上作了改进，以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。PLC 在软件上吸取了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的特点，形成了特有的编程语言梯形图(Ladder Diagram)，并一直沿用至今。其优点是简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。2)第二代 PLC(20 世纪 70 年代中期80 年代后期)20 世纪 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。各个 PLC 厂商先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，使 PLC 的功能大大增强。在软件方面，除了原有功能外，还增加了算术运算、数据传送和处理、通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了原有的开关量 I/O(Input/Output，输入/输出)以外，还增加了模拟量 I/O、远程 I/O 和各种特殊功能模块，如高速计数模块、PID 模块、定位控制模块和通信模块等。同时扩大了存储器容量和各类继电器的数量，并提供一定数量的数据寄存器，进一步增强了 PLC 的功能。3)第三代 PLC(20 世纪 80 年代后期至今)20 世纪 80 年代后期，随着超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的价格大幅度下降，各种 PLC 采用的微处理器的性能普遍提高。为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂家还开发了专用芯片，PLC 的软件和硬件功能发生了巨大变化，体积更小，成本更低，I/O 模块更丰富，处理速度更快，指令功能更强。即使是小型 PLC，其功能也大大增强，在有些方面甚至超过了早期大型 PLC 的功能。2.PLC 的发展方向 随着相关技术特别是超大规模集成电路技术的迅速发展及其在 PLC 中的广泛应用，PLC 中采用更高性能的微处理器作为 CPU，功能进一步增强，逐步缩小了与工业控制计算机之间的差距。同时 I/O 模块更丰富，网络功能进一步增强，以满足工业控制的实际需要。编程语言除了梯形图外，还可采用指令表、顺序功能图(Sequential Function Charter，SFC)及高级语言(如 BASIC 和 C 语言)等。另外还普遍采用表面安装技术，不仅降低成本，减小体积，而且进一步提高了系统性能。现代 PLC 的发展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；其二是向大型网络化、高可靠性、良好的兼容性和多功能方面发展，趋向于当前工业控制计算机(工控机)的性能。大中型 PLC 主要是朝 DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)方向发展，使其具有 DCS 系统的一些功能。网络化和通信能力强是 PLC 发展的一个重要方面，对特定标准的现场总线的支持则是必然的趋势。向下可将多个 PLC、I/O 框架相连，向上与工控机、工业以太网、MAP 网等相连，构成整个工厂的自动化控制系统，真正实现管控一体化。随着步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，PLC 的应用领域更加广泛。例如西门子(SIEMENS)公司的 S7-200、S7-300 和 S7-400 系列 PLC 都支持现场总线标准 Profibus，并具有全面的故障诊断功能。模块式结构可用于各种功能的扩展，快速的指令电器与 PLC 控制技术 84 84 处理大大缩短了扫描周期，并采用了高速计数器。高速中断处理可以分别响应过程事件，大幅度降低了成本。由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到新产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用双机热备、并行工作或多数表决的工作方式。S7-400 系列 PLC 即使在恶劣的工作环境下，坚固、全密封的模板依然可正常工作，在系统运行过程中还支持模板的热插拔。总之，PLC 的发展主要趋向于大型化和小型化的两极，具体体现在标准化、模块化、网络化、低价格、高性能等方面。但 PLC 长期以来走的是专门化的道路，使其在获得成功的同时也带来了一些不便，主要表现在软件和硬件的互不兼容，从而妨碍了自身的发展。因此，实现 PLC 硬件和软件的标准化则是以后发展的必然趋势。从 1978 年起，IEC 在其下设TC65 的 SC65B 中专设 WGT 工作组，着手制定 PLC 的国际标准。我国也于 1992 年成立了PLC 委员会，着手制定 PLC 的国家标准。目前 IEC 已经制定和公布的标准有以下 5 种。1131-1 General Information(一般信息)。1131-2 Equipment Characteristics and Test Requirement(设备特性与测试要求)。1131-3 Programming Language(编程语言)。1131-4 User Guidelines(用户指南)。1131-5 MMS Companion Standard(制造信息规范伴随标准)。遗憾的是，直到今天，PLC 在兼容性方面基本上还是原地踏步，硬件资源配置和指令系统仍然是各自为政，除了网络通信方面以外几乎没有什么进展。如果 PLC 能够真正实现标准化，则必将大大促进其自身的应用和发展。4.2 可编程控制器的分类及特点 4.2.1 可编程控制器的分类 PLC 分类方法有多种，按规模(即 I/O 点数)可分为大、中、小型，按结构可分为整体式和组合式。在实际应用中通常都按 I/O 点数来分类。1.根据 I/O 点数分类 I/O 点数表明 PLC 可以从外部接收多少输入量和向外部输出多少个输出量，即 PLC 的I/O 端子数。一般来说，点数多的 PLC 功能较强。I/O 点总数在 256 点以下的 PLC 称为小型 PLC。小型 PLC 体积小，结构紧凑，整个硬件融为一体，是实现机电一体化的理想控制器，也是一种在实际控制中应用得最为广泛的机型。小型 PLC 一般有逻辑运算、定时、计数、移位等功能，适用于开关量的控制，可用来实现条件控制、定时/计数控制、顺序控制等。新一代的小型 PLC 都具有算术运算、浮点数运算、函数运算和模拟量处理的功能，可满足更为广泛的需要。I/O 点数在 256 点1024 点之间的 PLC 为中型 PLC。中型 PLC 在逻辑运算功能的基础上增加了模拟量处理、算术运算、数据传送、数据通信等功能，可完成既有开关量又有模拟量的复杂控制。中型 PLC 的编程器有便携式和带有 CRT/LCD 的智能图形编程器供用户选择。后者为用户提供了更直观的编程工具，梯形图能直接显示在屏幕上。用户可以在屏第 4 章 可编程控制器概述 8585幕上直观地了解用户程序运行中的各种状态信息，方便了用户程序的编写和调试，提供了良好的监控环境。I/O 点数在 1024 点以上的 PLC 为大型 PLC。大型 PLC 功能更加完善，具有数据处理、模拟调节、联网通信、监视、存储、打印等功能，可以进行中断控制、智能控制、远程控制。大型 PLC 的通信联网功能强，可以构成 3 级通信网络，并作为分布式控制系统中的上位机，能实现大规模的过程控制，构成分布式控制系统或整个工厂的集散控制系统，实现工厂管理的自动化。大型 PLC 的用户程序存储器容量更大，扫描速度更快，可靠性更高，指令更丰富，如功能指令包括浮点运算、三角函数等运算指令，PID 可处理多达 32 个回路的控制。而且大型 PLC 自诊断功能极强，不仅能指示故障的原因，还能将故障发生的时间存储起来，以便于用户事后查询。此外还能采用高级语言(如 BASIC 语言等)编写用户程序，能扩展成冗余系统，进一步提高了系统的可靠性。2.根据结构分类 从结构形式上分，PLC 可分为整体式和模块式两类。一般小型 PLC 多为整体式结构。小型 PLC 的 CPU、电源、I/O 单元等都集中配置在一起。有些产品则全部装在一块电路板上，结构紧凑，体积小，重量轻，容易装配在设备的内部，适合于设备的单机控制。整体式 PLC 的缺点是主机的 I/O 点数固定，使用不够灵活，维修也不够方便。模块式 PLC 的各个部分以单独的模块分开设置，如 CPU 模块、电源模块、输入模块、输出模块及其他高性能模块等。一般大、中型 PLC 多为模块式结构。模块式 PLC 通常由机架底板联结各模块(也有的 PLC 为串行连接，没有底板)，底板上有若干插座。使用时将各种模块直接插入机架底板即可。这种结构的 PLC 配置灵活，装配方便，易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成各种功能不同的控制系统。模块式 PLC 的缺点是结构较复杂，价格较高。3.根据生产厂家分类 PLC 的生产厂家很多，各个厂家生产的 PLC 在 I/O 点数、容量、功能等方面各有差异，但都自成系列，指令及外设向上兼容。因此在选择 PLC 时若选择同一系列的产品，则可以使系统构成容易，使用方便。比较有代表性的 PLC 有西门子 Siemens 公司的 S7 系列、三菱(Mitsubishi)公司的 FX 系列、立石(Omron)公司的 C 系列、松下(Matsushita)公司的 FP系列等。需要说明的是，PLC 的分类目前并没有严格的国家或国际标准。有些文献将 128 点或64 点以下的 PLC 划分为微型 PLC，将 PLC 按 I/O 点数分为微型、小型、中型和大型 4 种。实际上这种划分没有多大的意义，因为 128 或 64 点的 PLC 在控制功能上与一般所说的小型 PLC 并没有什么差别，仅仅是控制规模小一点而已。如果要分出微型 PLC，那么西门子公司的 LOGO 可以划作此类。因为 LOGO 不但控制规模小，而且在控制功能上与小型 PLC存在着显著的差别。当然，不管怎么分类，对实际的应用设计影响不大，只要了解一般的概念就行。4.2.2 可编程控制器的特点 PLC 是在微处理器的基础上发展起来的一种新型的控制器，是一种基于计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置。它采用存储器存储用户程序，通过数字或电器与 PLC 控制技术 86 86 模拟的输入/输出完成一系列逻辑、顺序、定时、计数、运算等功能，控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。PLC 把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一起，兼具计算机的功能完备、灵活性强、通用性好以及继电器接触器控制系统的简单易懂、维修方便的特点，主要体现在以下几个方面。1.可靠性高 工业现场的环境十分恶劣，如高温、潮湿、振动、冲击、粉尘和强电磁干扰等，因此工业生产对控制系统的可靠性要求很高。PLC 是专为工业控制设计的，能够适应工业现场的恶劣环境。PLC 在设计和制造过程中采取了一系列的抗干扰措施，使 PLC 的平均无故障时间(Mean Time Between Failures，MTBF)通常在 200 000 小时以上。具体措施一般包括以下几个方面。(1)所有的 I/O 接口电路均采用光电耦合器进行隔离，使工业现场的外部电路与 PLC内部电路之间在电气上隔离。(2)输入端采用 RC 滤波器，滤波时间常数一般为 10ms20ms。高速输入端则采用数字滤波，滤波时间常数可以用指令设定。(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。(4)采用性能优良的开关电源。(5)对器件进行严格的筛选和老化处理。(6)具有软件自诊断功能，一旦电源或其他软件和硬件发生异常情况，CPU 立即采取有效措施进行处理，防止故障扩大。(7)大型 PLC 采用双 CPU 构成冗余系统，进一步提高了可靠性。2.编程简单易学 PLC 的程序设计大多采用类似于继电器控制线路的梯形图语言。梯形图主要由人们熟悉的常开/闭触头、线圈、定时器、计数器等符号组成。对于使用者来说，只要具有电气控制方面的相关基础知识，而不需要具备计算机方面的专业知识，因此很容易为一般的工程技术人员甚至技术工人所理解和掌握。尽管后来的 PLC 在软件和硬件功能上不断增强，除了顺序控制以外，PLC 还能进行算术与逻辑运算、数据传送与处理以及通信等，但是梯形图仍被广泛使用。不过又增加了许多高级指令，以满足除了顺序控制以外的其他各种复杂控制功能。3.功能强 PLC 综合应用了微电子技术、通信技术和计算机技术，除了具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能外，还具有进行各种算术运算、PID 调节、过程监视、网络通信、远程 I/O和高速数据处理能力，因此可以满足工业控制中的各种复杂功能要求。4.安装简单，维修方便 PLC 可以在各种工业环境下直接安装运行，使用时只需根据控制要求编写程序，将现场的各种 I/O 设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，系统便可以投入运行。由于 PLC 的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。当 PLC 或外部的输入装置及执行机构发生故障时，如果是 PLC 本身的原因，在维修时只需要更换插入式模块及其他易损件即可，既方便又减少影响生产的时间。有些 PLC 还允许带电插拔 I/O 模块，更方便了实际应用。第 4 章 可编程控制器概述 87875.采用模块化结构 为了适应各种工业控制的需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 中的 CPU、直流电源、I/O 模块(包括特殊功能模块)等各种功能单元均采用模块化设计，由机架、电缆或连接器将各个模块连接起来。系统的规模和功能可以根据实际控制要求方便地进行组合，以达到最高的性价比。6.接口模块丰富 PLC 除了具有 CPU 和存储器以外，还有丰富的 I/O 接口模块。对于工业现场的不同信号(如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等)，PLC 都有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备(如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、电机起动器、控制阀等)直接连接。例如开关量输入模块就有交流和直流两类，每类又按电压等级分成多种。此外，为了适应新的工业控制要求，I/O 模块也越来越丰富，如通信模块、位置控制模块、模拟量模块等，进一步提高了 PLC 的性能。7.系统设计与调试周期短 用 PLC 进行系统设计时，用程序代替继电器硬接线，控制柜的设计及安装接线工作量大为减少，设计和施工可同时进行，缩短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室中进行模拟调试，调好后再将 PLC 控制系统在生产现场进行联机调试，调试方便、快速、安全，因此大大缩短了设计、施工、调试和投运周期。4.2.3 PLC 的主要功能 经过长期的工程实践，PLC 的上述特点越来越为广大技术人员所认识和接受，已经广泛应用到石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业控制网络。从功能来看，PLC 的应用范围大致包括以下几个方面。1.逻辑(开关)控制 这是 PLC 最基本的功能，也是最为广泛的应用。PLC 具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能。采用 PLC 可以很方便地实现对各种开关量的控制，用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。PLC 既可用于单机或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。PLC 可根据操作按钮、各种开关及现场其他输入信号或检测信号控制执行机构完成相应的功能。2.定时控制 PLC 具有定时控制功能，可为用户提供几十个甚至上千个定时器。时间设定值既可以由用户在编程时设定，也可以由操作人员在工业现场通过人机对话装置实时设定，实现具体的定时控制。3.计数控制 PLC 具有计数控制功能，可为用户提供几十个甚至上千个计数器。计数设定值的设定方式同定时器一样。计数器分为普通计数器、可逆计数器、高速计数器等类型，以完成不同用途的计数控制。一般计数器的计数频率较低。如需对频率较高的信号进行计数，则需电器与 PLC 控制技术 88 88 要选用高速计数器模块，其最高计数频率可达 50kHz。也可选用具有内部高速计数器的PLC，目前的 PLC 一般可以提供计数频率达 10kHz 的内部高速计数器。计数器的实际计数值也可以通过人机对话装置实时读出或修改。4.步进控制 PLC 具有步进(顺序)控制功能。在新一代的 PLC 中，可以采用 IEC 规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图编写用户程序，使 PLC 在实现按照事件或输入状态的顺序控制相应输出的时候更加简便。5.模拟量处理与 PID 控制 PLC 具有 A/D(Analog/Digital，模拟/数字)和 D/A 转换模块，转换的位数和精度可以根据用户要求选择，因此能进行模拟量处理与 PID 控制。PLC 可以接模拟量输入和输出模拟量信号，模拟量一般为 4mA20mA 的电流、1V5V 或 0V10V 的电压。为了既能完成对模拟量的 PID 控制，又不加重 PLC 的 CPU 负担，一般选用专用的 PID 控制模块实现 PID控制。此外还具有温度测量接口，可以直接连接各种热电阻和热电偶。6.数据处理 PLC 具有数据处理能力，可进行算术运算、逻辑运算、数据比较、数据传送、数制转换、数据移位、数据显示和打印、数据通信等功能，如加、减、乘、除、乘方、开方、与、或、异或、求反等操作。新一代的 PLC 还能进行三角函数运算和浮点运算。7.通信和联网功能 现在的 PLC 具有 RS-232、RS-422、RS-485 或现场总线等通信接口，可进行远程 I/O控制，可实现多台 PLC 联网和通信。外部设备与一台或多台 PLC 之间可实现程序和数据的传输。通信口按标准的硬件接口和相应的通信协议完成通信任务的处理。例如西门子S7-200系列PLC配置有Profibus现场总线接口，其通信速率可以达到12 Mbps(Mega bits per second，兆位每秒)。在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。4.2.4 PLC 的性能指标 PLC 的性能指标是反映 PLC 性能高低的一些相关的技术指标，主要包括 I/O 点数、处理速度(扫描时间)、存储器容量、定时器/计数器及其他辅助继电器的种类和数量、各种运算处理能力等。下面予以简要介绍。1.I/O 点数 PLC 的规模一般以 I/O 点数(输入/输出点数)表示，即输入/输出继电器的数量。这也是在实际应用中最关心的一个技术指标。按输入/输出的点数一般分为小型、中型和大型 3 种。通常一体式的主机都带有一定数量的输入和输出继电器，如果不能满足需求，还可以用相应的扩展模块进行扩展，增加 I/O 点数。2.处理速度 PLC 的处理速度一般用基本指令的执行时间来衡量，一般取决于所采用的 CPU 的性能。早期的 PLC 一般为1s 左右，现在的速度则快得多，如西门子的 S7-200 系列 PLC 的第 4 章 可编程控制器概述 8989执行速度为0.8s，欧姆龙的 CPM2A 系列 PLC 达到0.64s，1000 步基本指令的运算只需要640s，大型 PLC 的工作速度则更高。因此，PLC 的处理速度可以满足绝大多数的工业控制要求。3.存储器容量 在 PLC 应用系统中，存储器容量是指保存用户程序的存储器大小，一般以“步”为单位。1 步为 1 条基本指令占用的存储空间，即两个字节。小型 PLC 一般只有几 K 步到几十K 步，大型 PLC 则能达到几百 K 步。西门子 S7-200 系列 PLC 的存储容量为 2K8K，选配相应的存储卡则可以扩展到几十 K。4.定时/计数器的点数和精度 定时器、计数器的点数和精度从一个方面反映了 PLC 的性能。早期定时器的单位时钟一般为 100ms，最大时限(最大定时时间)大多为 3276s。为了满足高精度的控制要求，时钟精度不断提高，如三菱 FX2N系列 PLC 和西门子 S7-200 系列 PLC 的定时器有 1ms、10ms和 100ms 三种，而松下 FP 系列 PLC 的定时器则有 1ms、10ms、100ms 和 1s4 种，可以满足各种不同精度的定时控制要求。5.处理数据的范围 PLC 处理的数值为 16 位二进制数，对应的十进制数范围是 09999 或32 76832 767。但在高精度的控制要求中，处理的数值为 32 位，范围是2 147 483 6482 147 483 647。在过程控制等应用中，为了实现高精度运算，必须采用浮点运算。现在新型的 PLC 都支持浮点数的处理，可以满足更高的控制要求。6.指令种类及条数 指令系统是衡量 PLC 软件功能高低的主要指标。PLC 的指令系统一般分为基本指令和高级指令(也叫功能指令或应用指令)两大类。基本指令都大同小异，相对比较稳定。高级指令则随 PLC 的发展而越来越多，功能也越强。PLC 具有的指令种类及条数越多，则其软件功能越强，编程就越灵活，越方便。另外，各种智能模块的多少、功能的强弱也是说明 PLC 技术水平高低的一个重要标志。智能模块越多，功能就越强，系统配置和软件开发也就越灵活，越方便。思考题与习题 4-1 简述 PLC 的分类及其相应的特点。4-2 PLC 有哪些主要特点？4-3 试比较 PLC 与继电器控制系统及计算机系统的异同。4-4 在选购 PLC 时，你认为主要应注意哪些技术指标？4-5 简述 PLC 的主要功能。4-6 PLC 有哪几种结构形式？最常见的是哪一种？4-7 简述可编程控制器的发展方向。