1.1.2　PLC的定义和标准

（1）PLC的定义

PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969年首先将其进行商品化并推向市场的是美国GOULD公司；1971年，在引进美国技术后，日本研制出了自己的第一台PLC；1973年，德国SIEMENS公司也研制出了欧洲第一台PLC；1974年，法国随之也研制出了PLC。

到了20世纪70年代中期，PLC开始采用微处理器。PLC的功能也由最初的逻辑运算拓展到具有数据处理功能，并得到了更为广泛的应用。由于当时的PLC功能已经不再局限于逻辑处理的范畴，为此，PLC也随之改称为可编程序控制器（Programmable Controller，简称PC）。

1980年，美国电气制造商协会（National Electronic Manufacture Association，简称NEMA）对可编程序控制器进行了如下定义：

“可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置”。并将其统一命名为Programmable Controller（PC）。

可编程控制器（Programmable Conroller）简称PC，个人计算机（Personal Computer）也称PC，为了避免混淆，人们仍习惯于将最初多用于逻辑控制而发展起来的可编程控制器叫作PLC（Programmable Logic Controller）。

国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案中也对PLC作了定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计”。

定义中有以下几点值得注意。

①PLC是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工作，可以认为PLC具有计算机的基本特征。事实上，PLC无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是一种计算机。

②PLC是“为工业环境下应用”而设计。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作；为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”；这些都是个人计算机不可能做到的。因此PLC又不是普通的计算机，它是一种能满足工业现场恶劣环境下使用的工业控制计算机。

③PLC能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，PLC较之以前的工业控制计算机，如单片机等工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合，它又是一种通用的工业控制计算机。

通过以上定义还可以了解到，相对于一般意义上的计算机，PLC并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过了一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，但不经过二次开发，它就不能在任何具体的工业设备上使用。不过，自其诞生以来，电气工程技术人员感受最深刻的也正是PLC二次开发编程十分容易。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了厂矿企业，变成了普通工程技术人员甚至普通电气工人都力所能及的工作。再加上其体积小、可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善、适应性强、安装接线简单等众多显著优点，PLC在其问世后的短短四十余年中便获得了突飞猛进的发展，在工业控制中得到了极其广泛的应用，已跃居现代工业四大支柱（PLC、数控机床、工业机器人、CAD/CAM）之首位。

更简单地说，PLC就是一台工业控制计算机，它的全称是Programmable Logic Controller（可编程逻辑控制器PLC）。如果说融入人们日常生活的计算机是通用级电脑的话，那么PLC则是专业级的，是业界备受推崇的工业控制器。PLC和计算机一样，也是由中央处理器（CPU）、存储器（Memory）及输入/输出单元（I/O）三大部分组成的，但它又不同于一般的计算机，更适合工业控制。图1-1所示为PLC用于电动机控制。

（2）PLC的标准

为了统一PLC的产品标准，国际电工委员会（International Electro-technical Commission，简称IEC）在1979年开始进行PLC的标准化工作。同年10月，IEC开始设立专门工作组（Working Group，简称WG）；1983年7月，在WG的第7次会议上，决定设立特别工作小组（Task Force，简称TF），并对标准化工作进行了深入的探讨，逐步形成了有关标准。

在IEC标准中，PLC标准由以下5部分组成。

第一部分（Part1）：基本信息（General Information）。

第二部分（Part2）：设备特性（Equipment Characteristics）。

第三部分（Part3）：编程语言（Programming Languages）。

第四部分（Part4）：用户准则（User Guidelines）。

第五部分（Part5）：服务指南（Messaging Service Specification）。

1987年7月，在IEC的TC65A会议上，标准的第一部分（Part1）、第二部分（Part2）被认定为CO文件（Central Office）；标准的第三部分（Part3）被认定为CO文件的前期准备S文件（Secretarial）。

标准（IEC61131）在听取各国意见后，于1992～1995年间陆续颁布。在我国，1995年11月颁布了GB/T15969-1/2/3/4标准，它完全等同于IEC61131-1/2/3/4的对应部分。

标准的第一部分（IEC61131-1，即Part1），明确了PLC的功能与特点，并给PLC使用的术语进行了定义。

标准的第二部分（IEC61131-2，即Part2），包括了PLC的使用环境、电气机械特性、试验要求等，它主要是明确了PLC生产家的PLC产品应该达到的具体要求。

标准的第三部分（IEC61131-3，即Part3），包括了PLC编程的基本要素、文本语言、图形语言等有关PLC编程语言的语法、符号标准。明确了5种PLC编程语言，即指令表（Instruction List）、结构化文本（Structured Text）、梯形图（Ladder Diagram）、功能块图（Function Block Diagram）、顺序功能图（Sequential Function Chart）的基本结构与特征。

需要注意的是，IEC61131-3标准只是推荐了PLC用户程序编制的基本方法，但在具体实现形式与命名上并未作严格的规定，因此，即使对于同样的编程语言，在不同公司的PLC产品中仍然有所不同。例如：在SIEMENS公司PLC产品中指令表编程的英文为“Statement List”（DIN 19239），简称STL；梯形图编程简称LAD；功能块图编程语言在S5系列PLC（STEP5）中，控制系统流程图英文为“Control System Flowchart”（DIN 40700），简称CSF；结构化文本编程英文为“Structured Control Languages”，简称SCL；顺序功能图编程为“Graphic Programming Languages”，简称S7-GRAPH等。

标准的第四部分（IEC61131-4，即Part4），作为用户指南，它包括了PLC的功能说明、选型基准，安装环境要求、维护、安全保护等针对PLC用户的基本使用指南。

标准的第五部分（IEC61131-5，即Part5）主要是对PLC用语、符号、功能、名词的解释，并明确了PLC之间的通信协议等规范。

IEC标准对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序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。它采用可编程序的存储器，用来存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入/输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程”。

标准强调可编程序控制器及其相关设备的设计原则是应“易于与工业控制系统连成一个整体且具有扩充功能”。

由此可见，在IEC的定义中，已经对可编程序控制器的使用环境（工业环境）与功能（具有通信与可扩展功能）作了更为明确的要求。简言之，IEC标准所定义的可编程序控制器是一种具有通信功能与可扩展输入/输出接口，主要用于逻辑处理和顺序控制的工业计算机控制装置。