Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (сокр. ; , сокр. ; более точный перевод на русский — контроллер с программируемой логикой), программируемый контроллер — цифровая электронная система, предназначенная для применения в производственной среде, которая использует программируемую память для внутреннего хранения ориентированных на потребителя инструкций по реализации таких специальных функций, как логика, установление последовательности, согласование по времени, счёт и арифметические действия для контроля посредством цифрового или аналогового ввода/вывода данных различных видов машин или процессовГОСТ Р МЭК 61131-1—2016 Контроллеры программируемые. Часть 1. Общая информация.. Чаще всего ПЛК используют для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.
Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станков.
ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени.
ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности: в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами — ПЛК являются самостоятельным устройством, а не отдельной микросхемой. в отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы; в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.
В системах управления технологическими объектами логические команды, как правило, преобладают над арифметическими операциями над числами с плавающей точкой, что позволяет при сравнительной простоте (шины шириной 8 или 16 разрядов), получить мощные системы, действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции в языках их программирования реализуются наравне с логическими. Все языки программирования ПЛК имеют лёгкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.
История В марте 1968 года в рамках внутренних обсуждений компании General Motors (GM), был инициирован проект Standard Machine Controller с целью разработки устройства, способного заменить традиционные релейные системы управления станками. Инициатива была одобрена Биллом Стоуном, руководителем отдела разработки машин и редукторов.
В мае 1968 года на ежегодном форуме Westinghouse Machine Tool в Филадельфии Билл Стоун представил доклад, в котором изложил ключевые атрибуты контроллера и предварительные спецификации для его конструкции. Основной задачей нового устройства было обеспечение надежного управления станками в условиях сложной промышленной среды, что делало его альтернативой устаревшим релейным системам.
6 июня 1968 года Стоун официально сформулировал запрос на предложения, в котором были изложены следующие технические критерии для разработки контроллера:
Модульная конструкция: устройство должно быть рассчитано на работу в тяжелых промышленных условиях, включая воздействие электромагнитных силовых цепей, вибраций, грязи и повышенной влажности. Входы и выходы: контроллер должен иметь изолированные входы, принимающие цифровые сигналы с номиналом 120 В переменного тока, и 16 выходов с аналогичным номиналом напряжения и током 4 А. Масштабируемость: предусмотреть возможность расширения числа входов с 32 до 256 и выходов с 16 до 128. Надежность памяти: программа должна сохраняться в памяти не менее 12 часов при отключении питания. Объем памяти: начальный объем программной памяти — 1 Кб с возможностью расширения до 4 Кб. Управление временными функциями: контроллер должен обеспечивать одновременное управление восемью временными функциями в диапазоне от 0,1 до 10 секунд.
Эти спецификации, включая запрос на создание прототипа, были направлены четырем компаниям, специализирующимся на разработке систем автоматического управления:
Allen-Bradley; Digital Equipment Corporation (DEC); Century Detroit; Bedford Associates.
Три из четырех компаний представили свои прототипы решений команде СтоунаB. C. Brusso, "50 Years of Industrial Automation [History]," in IEEE Industry Applications Magazine, vol. 24, no. 4, pp. 8-11, July-Aug. 2018, doi: 10.1109/MIAS.2018.2820440..
Попытки Digital Equipment Corporation Одной из первых компаний, откликнувшихся на запрос GM, стала Digital Equipment Corporation. Она представила мини-компьютер, который, однако, не удовлетворил требования заказчика. Основными причинами отказа стали ограниченный объем памяти и сложность интеграции устройства в существующие производственные процессы. Это подчеркнуло необходимость разработки специализированных решений, ориентированных на задачи промышленной автоматизации.
Участие Allen-Bradley Компания Allen-Bradley, известная своими электромеханическими реле и системами управления двигателями, также приняла вызов, несмотря на риск конкуренции с собственными продуктами. Команда Allen-Bradley разработала два прототипа программируемых контроллеров:
PDQ-II (Programmable Data Quantizer), который был признан слишком громоздким и сложным для программирования; PMC (Programmable Matrix Controller), более компактный и удобный в использовании, но всё же не полностью соответствующий требованиям GM для управления механообрабатывающими станками.
Несмотря на усилия, ни один из этих проектов не получил широкого распространения.
Создание Modicon 084 Наиболее значимым ответом на запрос GM стало предложение от команды Bedford Associates, которая позже основала компанию Modicon (MOdular DIgital CONtroller). Инженеры Bedford Associates под руководством работали над устройством, обладающим следующими характеристиками:
модульная и прочная конструкция, адаптированная к условиям промышленного производства; отсутствие прерываний при обработке данных, что обеспечивало стабильность работы; прямое обращение к памяти, упрощавшее выполнение алгоритмов управления.
Устройство получило название Modicon 084, так как это был 84-й проект компании. В рамках сотрудничества с Modicon команда завершила разработку и сборку контроллера, который стал первым в мире программируемым контроллером (ПК), спроектированный в прочном корпусе, без вентиляторов, переключателя ON/OFF и отверстий для циркуляции воздуха с расчётом на тяжелые условия эксплуатацииSegovia V. R., Theorin A. History of Control History of PLC and DCS //University of Lund. – 2012.Программируемые логические контроллеры в системах малой автоматизации и автоматизации зданий и сооружений: учебное пособие / А. М. Зюзев, М. В. Мудров, А. В. Костылев ; под общ. ред. д-ра техн. наук А. М. Зюзева ; Министерство науки и высшего образования РФ. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2023. — 118, с. : ил. — ISBN 978-5-7996-3788-0. — Текст : непосредственный. — Режим доступа: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/128715/1/978-5-7996-3788-0_2023.pdf (дата обращения: 13.04.2025).. Ричард Морли объяснял это так:
Мысленно мы представляли себе программируемый контроллер установленным снаружи под грузовиком, который разъезжает между Техасом и Аляской. В таких условиях мы хотели, чтобы он выдержал все испытания. Другим требованием было то, чтобы он мог работать на столбе, управляя коммунальной системой или микроволновой станцией, которая не имеет климат-контроля и вообще не обслуживается.
К 1973 году компания Modicon, обладая опытом, накопленным в процессе разработки и внедрения модели Modicon 084, представила усовершенствованную систему — Modicon 184. Данная модель была адаптирована к требованиям рынка и потребностям клиентов, что позволило ей занять значительную нишу в сегменте промышленной автоматизации. Успех Modicon 184 способствовал стремительному росту компании, утвердив компанию Modicon в качестве одного из лидеров на рынке промышленных систем управления.
Создание Bulletin 1774 PLC В 1971 инженеры Allen-Bradley под руководством разработали Bulletin 1774 PLC, впервые использовав термин ПЛК вместо ПК. В дальнейшем именно ПЛК будет являться стандартом в области автоматизации, а ПК станет чаще ассоциироваться с персональным компьютером.
Несмотря на революционность ПЛК, его продвижение на рынке сопрягалось с трудностями. По словам Морли:
У нас были серьёзные проблемы в первые дни, когда мы пытались убедить людей, что коробка с программным обеспечением, пусть даже заключённая в чугунный корпус, может выполнять те же функции, что и 15 метров шкафов с реле и проводкой. ... все компьютеры того времени требовали чистого, кондиционируемого помещения, но всё равно часто выходили из строя. ... Таким образом, хотя программируемые логические контроллеры (ПЛК) были и остаются специализированными выделенными компьютерами, значительные усилия были направлены на то, чтобы не ассоциировать ПЛК с компьютерами, поскольку компьютерам того времени не хватало надёжности, да и в производственных процессах компьютеры ещё не воспринимались как неотъемлемый элемент.
Логика работы первых ПЛК программировалась схемой соединений LD. Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой ПЛК. Такая технология была знакома инженерам и техникам, обслуживающим системы управления, поэтому они могли без обширной подготовки интерпретировать программы и вносить в них измененияWalker M, Bissell C, Monk J. The PLC: A Logical Development. Measurement and Control. 2010;43(9):280-284..
Системы управления на основе ПЛК имели ряд преимуществ по сравнению со своими предшественниками: они были меньшего размера и потребляли меньше электроэнергии; срок службы полупроводниковых элементов значительно выше, чем у механических реле; время и трудоемкость настройки или ремонта значительно ниже, что также сокращает простой оборудования.
В 1985 году компания Rockwell Automation приобрела предприятие Allen-Bradley, чьи продукты и сегодня ассоциируются с этим брендом. В свою очередь, в 1977 году компания Modicon была продана корпорации , а затем в 1997 году перешла во владение Schneider Electric. На данный момент бренд Modicon по-прежнему принадлежит Schneider Electric и активно используется в её производственной линейке.
В СССР Примерно в 1980 году был разработан контроллер программируемый универсальный «Электроника К1-20» — устройство на базе БИС серий К580 и других, предназначенное для управления технологическим оборудованием, а также испытательным и контрольно-измерительным оборудованием. Он обладал разрядностью 8 бит, поддерживал прямую адресацию до 64 Кбайт памяти, имел гибкую систему команд, аналогичную микроЭВМ «Электроника К1-30», был оснащен интерфейсом для обмена информацией с внешними устройствами через параллельные и последовательные каналы и отличался возможностью перепрограммирования ПЗУМикроЭВМ: В 8 кн.: Практ. пособие/Под ред. Л. Н. Преснухина. Кн. 3. Семейство ЭВМ «Элект роника К1»/А. В. Кобылинский, А. В. Горячев, Н. Г. Сабадаш, В. В. Проценко. — М.: Высш. шк., 1988. — 191 с.: ил..
В 1984 году в Советском Союзе было освоено массовое производство первых отечественных ПЛК под маркой «МикроДАТ». Производство контроллеров «МикроДАТ» осуществлялось на предприятиях, расположенных в городах Александрия и Харьков. Десятки тысяч таких устройств, выпущенных еще в период существования СССР, до сих пор находят применение на предприятиях России и стран СНГ. В 2007 году производственные мощности по выпуску «МикроДАТ» были перенесены в город Белгород, где продолжается их изготовление.