6ES7 453-3AH00-0AE0西门子PLC 模块代理商

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PLC及其程序设计
2.1 SIMATIC S5-115U硬件组成及编程概要
可编程序控制器SIMATIC S5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。
SIMATIC S5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
STEP5的大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。
要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
将通过背板总线和基本连接器，由安装在机架左侧插槽中的电源模块为插入机架的模块
提供所需的工作电压(5 V 用于逻辑控制器，24 V 用于接口模块)。
对于本地连接，还可通过 IM 460-1/IM 461-1 接口模块为 ER 供电。
发送 IM 460-1 两个接口中的各个接口多可通过 5 A 的电流，即多可为本地连接中的
每个 ER 提供 5 A 的电流。
I/O 总线
I/O 总线是并行背板总线，设计用于*交换 I/O 信号。 每个机架均有一条 I/O 总线，对
信号模块的过程数据进行时间要求严格的访问均通过 I/O 总线进行。)
通讯总线(C 总线)
通讯总线(C 总线)是串行背板总线，设计用于*交换与 I/O 信号相应的大量数据。 除机
架 ER1 和 ER2 外，其余每个机架均有一条通讯总线。
带有 I/O 总线和通讯总线的机架
下图显示了带有 I/O 总线和通讯总线的机架。每个插槽中都有 I/O 总线和通讯总线连接
器。 交付机架时，这些连接器由外盖加以保护。

SIMATIC S7-400有多个型号：
S7-400：
Power PLC，用于中、性能应用，并采用模块化、免风扇设计。
S7-400H:
容错型自动化系统使用冗余设计，可以用于故障安全型应用。
S7-400F/FH:
故障安全自动化系统也使用冗余设计，同样具备容错能力。
S7-400
S7-400自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以立地组合使用。
一个系统包含下列组件：
电源模块(PS)：
用于将120/230 V AC 或 24 V DC电源连接至SIMATIC S7-400。
CPU：
针对各种性能范围，都可以提供集成有PROFIBUS DP接口的不同CPU。视型号的不同，也可以为它们配供集成式PROFINET接口。使用PROFIBUS接口，多可以连接125个PROFIBUS DP从站。PROFINET接口多可以连接256个PROFINET IO设备。SIMATIC S7-400的所有CPU 可以处理极为大型的组态。此外，在单个控制器的多值计算模式下，多个CPU可以协同工作，据此，可以进一步提高系统的性能。这些CPU 处理速度极快，具备确定性的响应时间，因此，其机器周期时间极短。
信号模板（SM），用于数字量（DI/DO）和模拟量（AI/AO）的输入/输出。
用于连接总线和点对点连接的通讯处理器 (CP)。
功能模板（FM）：
用于诸如计数、定位和凸轮控制等高要求任务的级系统。
根据要求，也可使用下列模块：
接口模板(IM)：
用于连接控制器和扩展单元。SIMATIC S7-400的控制器工作时可支持多达21个扩展单元。
SIMATIC S5 模块：
在相关的SIMATIC S5扩展单元中可以寻址SIMATIC S5-115U/-135U/-155U的所有输入/输出模块。此外，在S5 EU 或者直接在CC（借助适配器套接件）中都有可能使用SIMATIC S5的特定IP和WF模块。
扩展
当用户需要在应用中使用一个以上的控制器时，可以对S7-400进行扩展：
多 21 个扩展单元：
控制器（CC）上多可以连接21个扩展单元（EU）。
接口模块（IM）的连接：
控制器（CC）和扩展单元（EU）是通过发送接口模块（IM）和接收接口模块（IM）完成连接的。发送接口模块插在控制器（CC）上，相应的接收接口模块则插在串行连接的扩展单元（EU）上。控制器（CC）上多可以插接6个发送接口模块（IM）（其中多有2个配5-V传输器），扩展单元（EU）上则只能插接1个接收接口模块（IM）。每个发送接口模块均有2个接口，每个接口均用于连接1条线路。发送接口模块的每个接口均可以连接至多4个扩展单元（无5-V传输器）或者至多1个扩展单元（配5-V传输器）。
电源模块的固定插槽：
在控制器（CC）和扩展单元（EU）的左侧必须始终连接电源模块。
C总线受限数据交换：
C总线数据交换仅用于控制器（CC）和6个扩展单元（EU）
（EU 1 - EU 6）之间。
扩展：
**用于直接安装在机床旁边的小型装置或者小型控制柜。也可以选择提供5-V电源。
控制器（CC）和后一个扩展单元（EU）之间的大单线距离：
使用5 V传输器时为1.5 m；无5-V传输器时为3 m。
用EU进行分布式扩展：
**用于占地面积较大、在同一个位置安装多个扩展单元（EU）的工厂。甚至于可以使用S7-400 EU或者SIMATIC S5 EU。
每个控制器两个同步 模块 ，用于通过光缆连接两个设备。 每个控制器 1 个 CPU 412-3H、1 个 CPU 414-4H 或 1 个 CPU 417-4H。 控制器中具有 S7-400 I/O 模块 。 UR1/UR2/ER1/ER2 扩展单元和/或带有I/O 模块 的 ET 200M 分布式 I/O 设备。 重要的功能始终采用冗余型设计。 I/O可以组态为常规可用性型和switched型。 常规可用I/O（单边组态） 在单边组态中，I/O 模块 为单通道设计，仅能由两个控制器中的一个来寻址。单边I/O 模块 可以插接 一个控制器和/或 扩展单元/分布式I/O设备 . 在I/O寻址设备工作正常的情况下，从单边读入的信息始终可以被两个控制器使用。在出现故障的情况下，受到影响的控制器的I/O 模块 将会停止工作。 单边组态用于： 不需要很高可用性的工厂部分。 连接基于用户程序的冗余 I/O。此时，系统必须具有一种对称设计。 增加可用性（倒换型配置） 在switched组态中，I/O 模块 为单通道设计，但是其寻址工作是由两个控制器通过冗余PROFIBUS DP完成。Switched I/O 模块 仅能插接 一个ET 200M分布式I/O设备 . 至控制器的连接通过PROFIBUS DP实现。此时，switched ET 200M连接至两个子单元上。 I/O 的冗余性 3.1版以及更高版本的操作系统均支持冗余I/O。 冗余 I/O 模块 以冗余方式成对配置。使用冗余I/O可以实现可用性的大化，因为这种工作模式能够容忍一个CPU、PROFIBUS或者信号 模块 出现故障。 配置选项 可进行下列配置： 针对单侧 DP 从站采用冗余 I/O 针对切换式 DP 从站采用冗余 I/O 适宜的 I/O 模块 彼此冗余的 模块 的类型必须相同，且采用相同的设计（例如，均为集中式或者均为分布式）。插槽不强制规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用哪些 模块 ，请咨询用户支持部门或者参考相关手册。 FM 和 CP 的冗余 这两种不同的组态都可以以冗余方式使用功能 模块 （FM）和通信处理机（CP）： 切换冗余设计： 功能 模块 （FM）/通信处理机（CP）可以成双地连接至单个ET 200M或者一个switched ET 200M。 双通道冗余设计： 功能 模块 （FM）/通信处理机（CP）可以插接两个子单元或者子单元所连接的扩展单元（参见单边组态）
此时可以不同方式** 模块 的冗余性： 由用户编程： 在功能 模块 和SIMATIC通信处理机上，总体上说，用户可以对其冗余功能进行编程。识别出主动 模块 ，当检测到可能出现故障时启动切换操作。所需要的程序与用于配有冗余FM/CP的单个CPU的程序相一致： 由操作系统直接支持。 对于SIMATIC NET-CP 443-1，冗余由操作系统直接支持。详细信息，参见下面的“通信”。 S7-400 F/FH 故障安全型 S7-400 F/FH自动化系统可以根据需求进行不同的组态： S7-400 F的单通道单侧I/O 工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件： 1 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。 1 PROFIBUS DP 连接线。 ET 200M，配有IM 153-2。 故障安全信号 模块 ，非冗余型。 在发生故障的情况下，I/O不可用。故障安全信号 模块 为被动型。 单通道switched I/O，用于 S7-400 FH 工厂需要使用故障安全型控制器。对于 CPU 需要容错
需要下列部件： 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。 2 根 PROFIBUS DP 连接线。 1 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2 (冗余)。 故障安全信号 模块 ，非冗余型。 在CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线出现故障的情况下，控制器仍然保持可用状态。在故障安全信号 模块 或者ET 200M出现故障的情况下，I/O不再可以使用。故障安全信号 模块 为被动型。 冗余switched I/O，用于 S7-400 FH 工厂需要使用故障安全型控制器。在CPU侧和I/O侧，必须实现容错功能。需要下列部件： 2 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。 2 根 PROFIBUS DP 连接线。 2 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2 (冗余)。 故障安全信号 模块 ，冗余型。 CPU、IM 153-2或者PROFIBUS DP连接线、故障安全信号 模块 或者ET 200M出现故障的情况下，控制器仍然保持可用状态

西门子CPU312C 安装有：
微处理器
处理器处理每个二进制指令的时间达到 200 - 400 ns。
扩展存储器;
与执行相关的程序组件的 32 KB 高速 RAM（相当于约 10 K 指令）可以为用户程序提供足够的空间；
SIMATIC 微型存储卡（ 4 MB）作为程序的装载存储器,还允许将项目（包括符号和注释）存储在 CPU 中。
灵活的扩展能力;
多达 8 个模块,（1排结构）
MPI多点接口：
集成的 MPI 接口多可以同时建立与 S7-300/400 或编程设备,PC,OP 的 6 条连接。在这些连接中,始终为编程器和 OP 分别预留一个连接。通过“全局数据通讯”,MPI可以用来建立多16个CPU组成的简单网络。
内置输入/输出;
10个数字量输入(均可用于报警处理)和6个数字量输出,用于将过程信号连接到 CPU 312C。
S7-400 PLC是用于中、性能范围的可编程序控制器。
编程和工程工具 编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
人机界面软件 人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于级的WinCC。
SIMATIC 操作员面板正面的防护等级为 IP66/NEMA 4，具有较高的电磁兼容性 (EMC) 和的抗振性，适合在条件恶劣的工业环境中的机器设备级使用。由于其安装深度浅，设计紧凑，固定式操作面板设备可以安装在任何地方，即使在空间有限的地方也可照常安装。对于分布式组态，还可以提供防护等级为 IP65/NEMA 4 的设备。
移动型面板以其坚固、耐冲击的设计和防护等级 IP 65，尤其适用于工业应用。它们重量轻，具有人机工程学设计，因此操作简便、容易。
只需一套工程工具，即可胜任所有应用
SIMATIC WinCC（TIA 博途）是一种工具，用于统一组态所有 SIMATIC 人机界面面板以及基于 PC 的系统。如有要求可提供其它型号。使用 ProTool 进行组态，简单而又。无需编程知识。
一旦生成了组态，可以简便地将它们用于整个产品系列键盘只需组态，无需编程。
完全集成的自动化的元件
西门子通过全集成自动化理念，“一站式”提供全面、模块化且相互匹配的自动化解决方案组件，而全集成自动化是世界上为的自动化解决方案之一。SIMATIC WinCC (TIA Portal) 是全集成自动化概念不可分隔的一部分。这提供了性的优势。由于组态/编程、数据管理与通信具有上的统一性，对自动化解决方案进行组态的成本被大大降低。
各种自动化系统的开放性
尽管面板可被统一地集成到 SIMATIC 系统中，但它们也可用于连接到众多不同厂商的 PLC。标准供货范围内包含有综合系列驱动程序。
创新性的操作员控制和监视
SIMATIC 人机界面面板方便创新的操作员控制和监视，坚固**、稳定、简单。尤其是在舒适型面板上，标准硬件和软件接口（例如，MMC/SD 卡、USB、以太网、PROFINET、PROFIBUS DP、Visual Basic 脚本或客户特定的 ActiveX 控件）为办公环境提供了更大的灵活性和开放性。
S5的用户程序储存在PLC的RAM中，是掉电易失性的，当后备电池故障系统电源发生闪失时，程序丢失或紊乱的可能性就很大，当然强烈的电磁干扰也会引起程序出错。
有EPROM存储卡及插槽的PLC恢复程序就相当简单，将EPROM卡上的程序拷回PLC后一般都能解决问题;没有EPROM子卡的用户就要利用PG的联机功能将正确的程序发送到PLC上
当系统在上电状态下检测不到单元通讯时，报光纤故障。功率单元控制电源是否正常(正常时，绿色指示灯亮)，否则更换功率单元;功率单元以及控制器的光纤连接头是否脱落，光纤是否折断。 但是在光伏电站里，太阳能光伏电池组件，局部的阴影、不同的倾斜角度及面向方位、污垢、不同的老化程度、细小的裂缝以及不同光电板的不同温度等容易造成系统失配导致输出效率下降的弊端，进而导致整体的输出功率大幅降低，因此这也成为集中式逆变器难以解决的问题。为了解决这一问题，近年来出现即“微逆变器”及“微型转换器”新架构。既在每个太阳能电池模块配备微型逆变电源，通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率化。

输入电流微处理器;处理器处理每条二进制指令执行时间约为 50 ns，每条浮点数运行指令约为 450ns。384 KB 主存储器（相当于大约 128 K 条指令）
与程序组件执行相关的大容量工作存储器为用户程序提供了充分的空间。作为程序装载存储器的微型存储卡（大为 8 MB）也允许将可以项目（包括符号和注释）保存在 CPU 中。装载存储器还可用于数据归档和配方管理
灵活的扩展
多达 32 个模块（4 层结构）
MPI/DP 组合接口
集成的 MPI/DP 接口多能同时建立 16 个与 S7-300/400的连接或与编程器、PC 和 OP 的连接。 在这些连接中始终分别为 PG 和 OP 各保留一个连接
MPI 可以通过“全局数据通讯”与多32个CPU组建简单的网络
该接口可从MPI接口重新设置为DP接口
PROFIBUS DP 接口
DP 接口可用作 DP 主站或 DP 从站运行。在该接口上，PROFIBUS DP从站可在等时模式下运行．全面支持 PROFIBUS DP V1 标准。这将增加 DP V1 标准从站在诊断和参数赋值能力的范围
以太网接口
CPU 315-2 PN/DP 的第 2 个内置接口是一个基于以太网 TCP/IP 的 PROFINET 接口，带有双端交换机
它支持下列协议：
S7通讯用于在SIMATIC控制器间进行数据通讯
通过 STEP 7 进行编程、启动和诊断的 PG/OP 通讯
与HMI和SCADA连接的PG/OP通讯
在PROFINET上实现开放的TCP/IP、UDP和ISO-on-TCP （RFC1006）通讯
SIMATIC NET OPC-Server用于与其它控制器以及CPU自带的I/O设备进行通讯
数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要*保存，所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容
运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。4I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出
（1）单路脉冲输入的内部方向控制加/减计数。即只有一个脉冲输入端，通过高速计数器的控制字节的第3位来控制作加计数或者减计数。该位=1，加计数；该位=0，减计数。如图1所示内部方向控制的单路加/减计数
（2）单路脉冲输入的外部方向控制加/减计数。即有一个脉冲输入端，有一个方向控制端，方向输入信号等于1时，加计数；方向输入信号等于0时，减计数。如图2所示外部方向控制的单路加/减计数
1　创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务这个项目下执行
2　组态一个站，组态一个站就是你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等
3　组态硬件，组态硬件就是在组态表中你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值
4　组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改
5　定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节
6　创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）
7　下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下


分段 CR
属性
“分段”特性与 CR 的组态相关。 在非分段 CR 中，I/O 总线是连续的，且所有 18 个或 9 个
插槽互连在一起；而在分段 CR 中，I/O 总线由两个 I/O 总线段组成。
分段 CR 具有以下重要特性：
● 通讯总线是连续的(全局)，而 I/O 总线分为两个 I/O 总线区段，分别有 10 个和 8 个插
槽。
使用电源装置时，要确保次级线圈不与保护接地导线连接。
24 VDC 电源过滤
在使用未接地组态的电池为 S7-400 供电时，必须为 24 VDC 电源提供干扰抑制。 请使用
西门子电源电缆过滤器，例如 B84102-K40。
隔离监视
如果双重故障可导致安装进入危险状态，则必须提供隔离监视。
未接地操作实例
只有已组态带本地连接的 S7-400，并且在 CR 中将整个安装接地，才可在未接地组态中
操作 ER。
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对于PLC，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1.按结构形式分类
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
（1）整体式PLC
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，如图所示。具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，而没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。
（2）模块式PLC
模块式PLC将PLC的各组成部分分别做成若干个单的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上，如图所示。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC。叠装式PLC的CPU、电源、I/O接口等也是各自立的模块，但它们之间是靠电缆进行连接的，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
2.按功能分类
根据PLC的功能不同，可将PLC分为低档、中档、三类。
（1）低档PLC
低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、等基本功能，还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较及通信等功能，主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC
中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序及通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂的控制系统。
（3）PLC
PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他功能函数的运算、制表及表格传送功能等。PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，进而实现工厂自动化。
3.按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
（1）小型PLC
小型PLC的I/O点数小于256，具有单CPU及8位或16位处理器，用户存储器容量为4KB以下。例如：三菱FX0S系列。
（2）中型PLC
中型PLC的I/O点数在256～2048，具有双CPU，用户存储器容量为2～8KB。
（3）大型PLC
大型PLC的I/O点数大于2048，具有多CPU及16位或32位处理器，用户存储器容量为8～16KB。
世界上，PLC产品可按地域分成流派，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而**，而日本则以小型PLC著称。