第一章 可编程控制器的基础知识
(完整版)PLC编程入门基础知识
第一章 可编程控制器简介可编程序控制器,英文称Programmable Controller ，简称PC 。
但由于PC 容易和个人计算机（Personal Computer ）混淆，故人们仍习惯地用PLC 作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器,用以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。
PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。
一、PLC 的结构及各部分的作用PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。
PLC 的硬件系统结构如下图所示:图1—1-1 1、主机主机部分包括中央处理器(CPU ）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器.CPU 是PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理,即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等)的请求以及进行各种内部判断等。
PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果. 2、输入/输出（I/O ）接口I/O 接口是PLC 与输入/输出设备连接的部件。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
➢ 输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等；
➢ 通用性强，扩展方便;
➢ 能存储程序，存储器容量可以扩展到4KB。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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这次招标引起了工业界的密切注视，吸引了不少大公司前来投 标，最后DEC公司(美国数字设备公司)一举中标，并于1969年 研制成功第一台PC，当时命名为PC(Programmable Controller)。
这台PLC投运到汽车生产线后，取得了极为满意的效果，引发 了效仿的热潮，从此PLC技术得以迅猛的发展。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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二、定义
• 严格地讲，至今对PLC没有最终的定义。
• 国际电工委员会（IEC）1985年在可编程序控制器标准草案 （第二稿）中作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字 运算的电子系统，专为在工业环境条件下应用而设计。它采用 可编程序的存储器，用来在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，并通过数字式、模拟式 的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制 器及其有关设备都应按易于使工业控制系统形成一个整体、易 于扩充其功能的原则设计。”
③继电-接触器控制与PLC控制原理图的比较
继电-接触器控制原理图
主电路原理图 相同
PLC控制原理图原理图
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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④继电-接触器控制与PLC控制控制图的比较
继电-接触器控制线路 PLC控制线路（梯形图）
第1讲-第1章可编程序控制器基础
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⑤继电-接触器控制与PLC控制实际控制的比较 继电-接触器控制直接控制（起保停）
➢降低成本，缩短周期。
第1讲-第1章可编程序控制器基础
可编程控制器基础知识讲述课件
在智能家居中，可编程控制器能够收集家用电器的运行数 据，根据用户的需求进行自动调节，例如控制照明、空调 、门窗、安防系统等。通过手机或智能音箱等设备，用户 可以远程操控家中的设备，提高生活的便利性和舒适度。
机器人控制系统
机器人控制系统是可编程控制器在自动化机器人领域的应用。
编写程序
使用指令表、梯形图或功能块图编写PLC程序。在编写程 序时，需要考虑输入输出端口、控制逻辑和算法等因素。
编译和下载程序
将编写好的程序进行编译，然后将程序下载到PLC中。在 编译和下载过程中，需要确保程序没有语法错误和逻辑错 误。
监控和调试程序
在PLC运行过程中，使用监控和调试工具检查程序的运行 状态和输出结果。如果发现异常情况，需要对程序进行修 改和调整。
在机器人制造中，可编程控制器作为机器人的“大脑”，负责接收和解析指令， 控制机器人的运动轨迹、姿态和动作。通过编程，机器人可以实现复杂的操作任 务，提高工作效率和精度，广泛应用于工业制造、服务、医疗等领域。
05
可编程控制器的发展趋 势和未来展望
可编程控制器的发展趋势
随着人工智能和物联网技术的发展，可编程控制器将 更加智能化，具备更高级的算法和数据处理能力，能
02
硬件配置软件
这是用于配置PLC硬件参数的软件。通过硬件配置软件，工程师可以设
置PLC的输入输出端口、通讯参数等。
03
仿真软件
这是用于模拟PLC运行环境的软件。通过仿真软件，工程师可以在实际
硬件投入使用前测试和验证PLC程序。
可编程控制器的编程软件的使用
创建新项目
在PLC编程软件中创建一个新项目，为项目命名并选择合 适的PLC型号。
可编程控制器原理及应用第一章可编程控制器基础
可编程控制器原理及应用第一章可编程控制器基础一、PLC的基本原理PLC的基本原理是通过输入模块接收来自外部的输入信号，如按钮、传感器等，通过内部的逻辑运算和控制算法进行处理，再通过输出模块控制外部的执行机构，如电动机、气缸等。
1.输入模块：输入模块负责接收来自外部的输入信号，并将其转换为PLC可识别的电信号。
通常使用的输入信号包括开关、传感器、编码器等。
输入模块通过检测输入信号的状态，向PLC发送相应的输入状态信号。
2.中央处理器：中央处理器是PLC的核心部件，负责接收输入信号并根据预设的程序进行逻辑运算和控制算法。
它包括控制器、存储器和输入输出接口。
控制器是PLC的控制中心，采用微处理器技术进行计算和处理。
存储器用于存储程序和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。
3.输出模块：输出模块用于控制外部执行机构的状态，如电动机、气缸等。
它将PLC的输出信号转换为外部执行机构可识别的电信号，并向其发送相应的控制信号。
二、PLC的应用PLC具有广泛的应用领域，其中包括以下几个方面：1.自动化生产线：PLC在自动化生产线中起到关键的作用。
它可以通过控制输入输出设备，实现自动装配、运输、包装和检测等工作。
在汽车制造和电子工业等领域，PLC被广泛应用于生产线的控制和管理。
2.自动控制系统：PLC在自动控制系统中常用于控制温度、压力、流量等工艺参数。
它可以根据预设的逻辑运算和控制算法，实现对工艺参数的精确控制和调节，提高生产效率和产品质量。
3.机器人：PLC可以与机器人控制系统集成，实现对机器人的控制和协调。
它可以通过输入输出模块，接收机器人传感器的信号，根据预设的程序实现机器人的动作和操作。
4.电力系统：在电力系统中，PLC被广泛应用于电能负荷控制、配电管理和故障检测等方面。
通过控制输入输出设备，PLC可以实现对电力设备的精确控制和监测。
5.智能楼宇：在智能楼宇系统中，PLC用于控制和管理楼宇中的照明、空调、安防等设备。
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可编程序控制器及其应用（PLC）题库制作人：于琨丁泳第一章可编程控制器的基本知识一、单项选择题试题:一般公认的PLC发明时间为（）A．1945B。
1968C。
1969D。
1970答案：C试题解析:解析试题:PLC是在什么控制系统基础上发展起来的（）A.继电控制系统B.单片机C.工业电脑D。
机器人答案：A试题解析:解析试题:FX2N系列最多可以有多少个点的PLC? （）A．48B。
128C256D。
1000答案：A试题解析:解析试题:在PLC的输出电路中，常有几种输出方式，下列选项不正确的是（）。
A 继电器输出B 晶体管输出C 晶闸管输出D 以上都不对答案：D试题解析:解析试题:在将继电器控制电路转化为PLC控制电路时，常常要将继电器控制电路的一些电器接入PLC中，下列电器设备是输出设备的是（）。
A 按钮B 行程开关C 继电器触点D 交流接触器答案：D试题解析:解析试题:在将继电器控制电路转化为PLC控制电路时，常将主令电器接入PLC的输入端，下列是主令电器的是（）。
A 按钮B 时间继电器C 直流继电器D 交流接触器答案：A试题解析:解析试题:在FX2N系列PLC中，下列那一个字母用于表示输出继电器（）。
A M表示B S表示C Y 表示D C表示答案：C试题解析:解析试题:下述对PLC存储器描述错误的是：（）A、存放输入信号B、存放用户程序C、存放数据D、存放系统程序答案：A试题解析:解析试题:一般而言,FX2N系列PLC的AC输入电源电压范围是多少?A．DC24V B。
86-264VACB．220－380VAC D。
24VAC－220VAC答案：B试题解析:解析试题:三菱FX2N型PLC一个晶体管输出点输出电压是多少A．DC12V B。
AC110V C。
AC220V D。
DC24V答案：D试题解析:解析试题:三菱FX2N型PLC一个晶体管输出点输出电流是多少A．1A B。
200 mA C.300 mA D.2A答案：C试题解析:解析试题:三菱FX2N型PLC输出点中，继电器一个点最大的通过电流是多少（）A．1A B。
可编程控制器的基础知识
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图1-5 交流接触器主要结构图及符号：
线圈 主触点
常开辅助触点 常闭辅助触点
CJ10和CJ20系列的交流接触器电磁线圈的额定电压 有36V、110V、127V、220V、380V等，主触点的额定 电流有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A等。
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高等职业教育机电系列教材
可编程控制器应用技术
主编及课件制作 祝红芳
人民邮电出版社
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第1章 可编程控制器的基础知识
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教学目的和要求
通过本章学习，使学生了解几种常用的低
压控制电器和保护电器，掌握三相异步电动机 的继电接触器典型控制电路,以及按行程、时间
等常用控制方式构成的控制电路，它们是分析 和构成更为复杂的控制电路的基础。
组成与工作原理：中间继电器的结构和 动作原理与交流接触器相似，也是由电磁铁 和触点系统组成，区别是其容量小些，触点 数多些（可多达8对），触点无主、辅之分 。
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图1-11 JZ7系列中间继电器的外形结构图和符号：
线圈 常开触点 常闭触点
选用中间继电器时，主要是根据控制电路
的电压和对触点数量的需要来选择线圈额定电 压等级及触点数目 。
图1-8 时间继电器的符号:
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1.1.8 行程开关
作用：行程开关也叫位置开关，它是根据 生产机械运行部件的位置进行动作的电器。 在继电接触控制系统中，行程开关被广泛用 来实现自动往复运动控制和终端保护控制等。
分类与组成：行程开关有单滚轮式、双滚 轮式和推杆式等种类，它有一对常开触点和 一对常闭触点，其结构和动作原理与双联按 钮相似，不同的是行程开关是利用装在运动 部件上的撞块自动撞动的，故行程开关属于 自动电器。
第一章可编程控制器的基本知识
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节 可编程控制器的硬件知识
按钮SB接到PLC的输入 按钮SB接到PLC的输入 SB接到PLC 接线端子X1和公共端 接线端子X1和公共端 X1 COM之间 之间。 子COM之间。按下按钮 SB，输入继电器X1 X1线 SB，输入继电器X1线 圈得电， 圈得电，输入继电器 X1常开触点闭合 常开触点闭合、 X1常开触点闭合、常 闭触点断开。输入继 闭触点断开。 电器的常开触点和常 注意： 注意：输入继电器只能由外 闭触点的使用是不受 数量的限制。 部信号来驱动， 部信号来驱动，而不能由内 数量的限制。 部指令来驱动！ 部指令来驱动！
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节
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可编程控制器的硬件知识
1、输入接线端 输入接线端可分为电源输入端、COM端 输入接线端可分为电源输入端、COM端、输入接线 端三部分。 端三部分。 （1）电源输入端 接线端子L接电源的相线， 接电源的中性线， 接线端子L接电源的相线，N接电源的中性线，PE 接地。电源电压一般是交流100～240V，为PLC提 接地。电源电压一般是交流100～240V， PLC提 100 供工作电压。 供工作电压。
可编程序控制器及其应用
第一章 可编程控制器的基本知识
第一章 可编程控制器的基本知识
第一节 可编程控制器的硬件知识
• 一、可编程控制器的产生和特点 • （一）可编程控制器的产生 • 20世纪60年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈 20世纪60年代末期， 世纪60年代末期 为了适应生产工艺不断更新的需要， 1968年美 ，为了适应生产工艺不断更新的需要， 1968年美 国通用汽车公司（GM）首先公开招标， 国通用汽车公司（GM）首先公开招标，对控制系 统提出的基本要求: 统提出的基本要求: • ①编程方便，现场可修改程序； 编程方便，现场可修改程序； • ②维修方便，采用插件式结构； 维修方便，采用插件式结构； • ③可靠性高于继电控制盘； 可靠性高于继电控制盘； • ④体积小于继电控制盘； 体积小于继电控制盘；
可编程控制器(PLC)的基础知识
（二）模拟量控制
在工业生产过程中，为了使可编程控制器能处
理如温度、压力、流量、液位和速度等模拟量信
号，PLC厂家都有配套的A/D、D/A转换模块用
于模拟量控制。
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（三）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。各主 要PLC厂家几乎都有运动控制功能专用模块，如可 驱动步进电机、伺服电机的单轴或多轴；位置控制 模块，广泛地用于各种机械、机床、机器人、电梯 等场合。
一、可编程控制器的分类
（一）按硬件的结构类型分类
为了便于在工业现场安装，扩展，方便接线，其结构与普
通计算机有很大区别，常见的有单元式、模块式及叠、I／O接口及与编程器或EPROM写
入器相连的接口等都装配在一起的整体装置——基本单元。
特点：结构紧凑，体积小、成本低、安装方便。缺点是输
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图5.2 叠装式可编程控制器
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4.小结
单元式PLC一般用于规模较小，输入输出点数固 定，不需要扩展的场合。
模块式PLC一般用于规模较大，输入输 出点数 较多，输入输出点数比例灵活的场合。
叠装式PLC具有二者的优点，从近年来市场上看， 单元式及模块式有结合为叠装式的趋势。
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（四）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环 控制。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成 闭环控制。如PID调节就是一般闭环控制系统中常 用的调节方法。
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（五）数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、逻辑运
算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操 作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储器中的参考值比较，完成一 定的控制操作，也可以利用通讯功能传送到别的 智能装置，或将它们打印制表。 （六）通信及联网
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2. 用户程序：
是用户根据现场控制要求的需要，用PLC的程序语言编制的应用程序， 以实现各种控制要求。
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1.3 PLC的分类
1.3.1按结构形式分类
1.5.2 PLC对工业发展的影响
从世界上第一台PLC问世到20世纪80年代初，PLC在先进工业国家中已获得了 广泛应用。目前在美国、日本、德国和英国等国家，PLC已成为工业自动控制的 标准设备，它的应用几乎覆盖了机械、冶金、矿山、石油化工、轻工、交通运输 等所有工业行业，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。 在我国，PLC的应用和发展也很快，主要应用于一些大中型现代化工厂的引进 工程上，如宝山钢铁总厂一、二期工程中就使用了PLC共计857台。又如武汉钢 铁总厂、首都钢铁总厂、秦山核电站、上海别克汽车生产线等都大量采用了PLC 进行自动化控制，取得了显著的经济效益。同时在老企业旧设备的技术改造上， PLC的应用也比较广泛，而且取得了可喜的经济效益。在自主产品设计方面， PLC的应用也比较广泛，尤其在机械制造行业中发展很快，如南京第二机床厂把 PLC首先应用于YW4332型万能剃齿机上，并取得了成功。它不仅简化了控制线 路，缩小了电控装置的体积，提高了工作的可靠性，节约了电源，还扩大了机床 的功能。在其他方面，各工厂和科研单位也都不断推出PLC的新产品。 但是，和国外PLC技术发达的国家相比，PLC在我国的研制和应用还比较落后， 这迫切需要广大从事PLC研制与开发的工程技术人员与科研单位在借鉴国外先进 PLC技术时，自主研制和开发多品种、多档级的PLC新产品，以适应我国经济的 高速发展。
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世界上最快的PLC――来自VIPA的SPEED7
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数控机床
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习题及思考题
1.什么是可编程控制器？它有哪些特点？
2.简述可编程控制器的应用范围。 3.PLC与继电器控制系统的应用范围。 4.PLC主要由哪几部分组成？ 5.PLC是如何分类的？ 6.简述PLC的发展趋势。
化学工业出版社
1.5 PLC的发展趋势及对工业发展的 影响
1.5.1 PLC的发展趋势 1. 在系统构成规模上，向大、小两个方向发展 2. 开发各种智能模块，不断增加过程控制能力 3. 通信网络功能不断增强 4. 编程语言与编程工具向标准化和高级化发展 5. 发展冗错技术
化学工业出版社
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1.1.3可编程控制器的特点
编程方法简单易学 2. 功能完善、适应性强 3. 系统的设计、安装、调试工作量少，维修 方便 4. 可靠性高、抗干扰能力强 5. 体积小、重量轻、功耗低、性价比高 所以可编程控制器可以称为全功能工业控制 计算机。
1.
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1.1.4可编程控制器的应用领域
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1.2可编程控制器系统的组成及功能
1.2.1
PLC的硬件系统 PLC的硬件系统都大体相同，主要由中央处 理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输 入输出模块（I/O接口）、电源及编程器几大 部分组成。
化学工业出版社
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1.2.2 PLC的软件系统
硬件系统和软件系统是相辅相成的，它们共同组成PLC系 统，缺一不可。没有软件的PLC系统，称为裸机系统，不起 任何用途。同样，没有硬件系统，软件系统也就无立足之地。 PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，通常分为： 1. 系统程序：
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1.4 PLC的性能功能 2. I/O总点数 3. 用户程序存储容量 4. 扫描速度 5. 内部寄存器的配置与容量 6. 其他功能 如输入输出方式、特殊功能模块、自诊断功能、通信联网功 能、高速计数、远程I/O能力、监控功能等
化学工业出版社
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（8）输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流 的的接 触器等； （9）通用性强，扩展时很方便； （10）程序要能存储，存储容量可扩展到4K字节。 根据招标要求，1969年美国数字设备公司（DEC）研制 出世第一台PLC（PDP—14型 ），并在通用汽车公司自动 装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。
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1.1.2可编程控制器的定义
早期的可编程控制器主要是用来替代继电器控制系统的， 因此功能较为简单，只能进行开关逻辑控制，称为可编程逻 辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。 国际电工委员会（IEC）在1987年2月颁布的可编程控制 器标准草案的第三稿中，将其进一步定义为：“可编程控制 器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用 而设计。它采用可编程序的存储器，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， 并通过数字式、模拟式的输入和输出，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 业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”
主编：王晓军 杨庆宣 许强 主审：李曦
第1章 可编程控制器的基础知识
1.1概论
1.2可编程控制器系统的组成及功能 1.3
PLC的分类 1.4 PLC的性能指标 1.5 PLC的发展趋势及对工业发展的影响
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1.1概论
1.1.1可编程控制器的由来 1968年，美国通用汽车公司（GM）根据汽车制造生产线的 需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减 少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。 当时，通用汽车公司对新型控制器提出10条具体要求： （1）编程简单，可在现场修改程序； （2）维护方便，采用插件式结构； （3）可靠性高于继电器控制柜； （4）体积小于继电器控制柜； （5）成本可与继电器控制柜竞争； （6）数据可以直接输入管理计算机； （7）可直接用115V交流输入；
根据硬件的结构不同，可以将PLC分为
：
整体式 2. 模块式 3. 叠装式
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整体式PLC
模块式PLC
叠装式PLC
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1.3.2按I/O点数、功能分类
按输入输出点数、功能和存储容量不同，
PLC可分为 ： 小型PLC ：I/O点数在256点以下 中型PLC ：I/O点数在256～1024点之间 大型PLC ：I/O点数在1024点以上
由于PLC具有上述的一系列优点，因此在工业控制 方面，目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、 机械、电力、建筑、交通、运输等行业。按照PLC 的控制类型不同，PLC主要应用于以下几个方面：
1. 开关量的逻辑控制 2. 模拟量与过程控制 3. 运动控制 4. 数据处理 5. 通信联网