一、PLC概述与发展史
1.1 PLC的起源——从继电器到可编程
说起PLC的起源，得回到上世纪60年代末。
那时候工厂里全是继电器控制柜。你想想看，一个汽车生产线，继电器成百上千个。改一次工艺？好家伙，电工得重新接线好几天。我入行时还见过那种老柜子，密密麻麻的线，看着就头疼。
1968年，美国通用汽车公司（GM）提出了一个需求：能不能搞一种设备，像计算机一样灵活，又像继电器一样可靠？
于是，1969年，美国数字设备公司（DEC）搞出了第一台可编程逻辑控制器——PDP-14。说白了，就是一台专门为工业环境设计的微型计算机。
嗯，这里要注意：早期的PLC只能做逻辑控制，所以叫「可编程逻辑控制器」。后来功能越来越强，PID运算、通信、运动控制全都能干了。
1.2 PLC的定义——到底什么是PLC？
按照国际电工委员会（IEC）的标准，PLC的定义是这样的：
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
翻译成人话：PLC就是一台「工业专用计算机」。它不怕灰尘、不怕震动、不怕高温，专门用来控制机器和生产线。
我个人习惯把PLC比作「工厂的大脑」。传感器是眼睛，执行器是手脚，PLC就是那个做决策的大脑。
1.3 PLC的分类——按什么分？
PLC的分类方式有好几种。我按最常见的三种分法给你捋一捋：
按结构形式分
- 整体式PLC：CPU、电源、I/O都集成在一个壳子里。比如西门子S7-200、三菱FX系列。体积小、价格低，适合小系统。
- 模块式PLC：CPU模块、电源模块、I/O模块、通信模块分开插在机架上。比如西门子S7-1500、罗克韦尔ControlLogix。灵活，扩展方便，适合大系统。
- 叠装式PLC：介于两者之间，像积木一样叠起来。比如欧姆龙CP1H系列。
按I/O点数分
| 类型 | I/O点数 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 微型PLC | ≤64点 | 单机设备、小型机械 |
| 小型PLC | 64~256点 | 小型生产线、包装机 |
| 中型PLC | 256~2048点 | 中型产线、楼宇控制 |
| 大型PLC | ＞2048点 | 大型工厂、DCS系统 |
我在项目中遇到过不少选型翻车的情况。有人为了省钱，用微型PLC控制几十个伺服轴，结果程序跑不动。说白了，选型不能只看价格，得看「够不够用」。
按功能分
- 低档PLC：只有逻辑控制、定时、计数功能。适合简单开关量控制。
- 中档PLC：有模拟量处理、PID、通信功能。适合过程控制。
- 高档PLC：有运动控制、高速计数、网络通信、冗余功能。适合复杂系统。
1.4 主要品牌——四大金刚
工业自动化圈子里，有四个品牌你绕不开。我管它们叫「四大金刚」。
西门子（Siemens）——德国品质
西门子在PLC领域绝对是老大。从S7-200到S7-1500，再到TIA Portal博途软件，生态非常完整。我最早接触的就是S7-300，那家伙皮实得很，用了十年没出过毛病。
- 代表系列：S7-200 SMART、S7-1200、S7-1500
- 编程软件：TIA Portal（博途）
- 优势：生态完整、通信能力强、适合中大型项目
- 劣势：价格偏高、软件吃配置
三菱（Mitsubishi）——日本实用派
三菱的PLC在中小型设备上用得特别多。尤其是FX系列，性价比高，编程简单。我建议刚入行的朋友可以从三菱FX3U开始练手。
- 代表系列：FX3U、FX5U、L系列、Q系列
- 编程软件：GX Works2/3
- 优势：性价比高、运动控制强、指令简单
- 劣势：大型系统不如西门子稳定
欧姆龙（Omron）——技术流
欧姆龙的PLC在包装、电子行业很常见。它的NJ/NX系列走的是EtherCAT总线，运动控制做得相当好。我记得有个项目，客户要求8轴同步控制，用欧姆龙NX1P轻松搞定。
- 代表系列：CP1H、CJ2M、NJ/NX
- 编程软件：Sysmac Studio
- 优势：运动控制强、通信速度快
- 劣势：软件上手门槛高
罗克韦尔（Rockwell Automation）——美系霸主
罗克韦尔的PLC在北美市场占有率极高。它的ControlLogix系列是大型项目的首选。不过在国内，罗克韦尔的份额不如西门子。我接触得不多，但用过一次，感觉它的软件Studio 5000确实强大。
- 代表系列：MicroLogix、CompactLogix、ControlLogix
- 编程软件：Studio 5000
- 优势：大型系统稳定、冗余方案成熟
- 劣势：价格贵、国内技术支持少
1.5 选型原则——怎么选才不踩坑？
选PLC这事儿，说白了就是「匹配」二字。我总结了几条原则：
选型五步法：
- 算点数：统计所有输入输出信号，留20%~30%余量
- 定功能：需要PID？需要运动控制？需要通信？
- 看环境：温度、湿度、震动、电磁干扰
- 选品牌：考虑客户要求、现有设备兼容性、技术支持
- 比价格：综合成本（硬件+软件+培训+维护）
避坑指南：
我曾经见过一个项目，选型时只看了点数，没考虑扫描周期。结果程序跑起来，一个循环要50ms，伺服控制根本跟不上。最后只能换更高端的PLC，工期延误了一个月。
所以，选型时一定要问自己三个问题：
- 这个PLC的扫描周期够不够快？
- 通信协议和上位机能不能对接？
- 以后扩展方便吗？
1.6 知识体系总览
下面这张图，把本章的核心内容串起来了。你可以把它当作一个「知识地图」：
这张图把PLC的起源、定义、分类、品牌和选型串在了一起。你顺着箭头看，就能理清整个知识脉络。
好了，第一章就聊到这儿。PLC这东西，说简单也简单，说复杂也复杂。关键是多动手、多实践。下一章我们聊聊PLC的硬件结构，看看它里面到底装了些什么。