Pełna nazwa sterowników PLC (z ang. Programmable Logic Controler) to Sterowniki Swobodnie Programowalne. Ich powstanie związane jest z rozwojem techniki mikroprocesorowej. Obecnie sterowniki przemysłowe (mikroprocesory) wypierają starsze systemy sterowania, zwłaszcza przekaźnikowe i pneumatyczne.  Starsze systemy sterowania oparte były na połączeniach przekaźnikowych, gdzie poprzez odpowiednie połączenie kablem poszczególnych elementów (stycznik, przekaźnik, przekaźnik czasowy) realizowana była funkcja sterownia. W latach 70-tych ubiegłego wieku systemy sterowania oparte były także na pamięciach ferrytowych bądź na dedykowanych układach TTL. W latach 80-tych dostępne zaczęły być mikroprocesory 8 i 16-bitowe, które były motorem do zaprojektowania sterowników, jakie obecnie znamy. W tym okresie powstały pierwsze duże sterowniki PLC jak np. Siemens Simatic S3, Allen-Bradley PLC-2 i in.  W latach 90-tych, za sprawą rozwoju elektroniki i systemów komputerowych nastąpił znaczny rozwój i doskonalenie sterowników PLC. Obecnie sterowniki przemysłowe charakteryzują się niewielkimi rozmiarami, możliwością łatwej rozbudowy, dużymi możliwościami (wbudowane procesory zmiennoprzecinkowe, różnorodne opcje komunikacyjne, łatwość programowania i serwisowania) oraz relatywnie niskimi kosztami.

Sterowniki przemysłowe są urządzeniami elektronicznymi przeznaczonymi do kontroli i sterowania procesami przemysłowymi (sterowanie maszyną, ciągiem technologicznym, procesem itd.) Ze względu na budowę można określić je odmianą komputera przemysłowego. Są to urządzenia przeznaczone do pracy w ciężkich, przemysłowych warunkach czyli odpornych na:

Sterowniki przemysłowe ze względu na przeznaczenie pod wymogi aplikacji i branże przemysłu dzielimy na :

Mikrosterowniki programowalne – określane również mianem przekaźników logicznych lub programowalnych są najmniejszymi rozwiązaniami z zakresu sterowników przemysłowych. Standardowo posiadają do kilkunastu wejść /wyjść dyskretnych, opcjonalnie 1-4 wejścia /wyjścia analogowe i niewielkie możliwości rozbudowy. Główne funkcje jakie realizują to operacje licznikowe i czasowe (mogą mieć wbudowany zegar i kalendarz), operacje bitowe (załącz/wyłącz), operacje arytmetyczne (sumowanie, porównywanie itd.)  W wersjach, które posiadają wbudowane wyświetlacze tekstowe i klawiaturę, możliwy jest podgląd wartości i wprowadzanie odpowiednich nastaw (np. zadanej temperatury, czasu itd.). Przykłady zastosowań to: sterowanie oświetleniem i wentylacją w małych budynkach, szklarniach; proste sterowanie dyskretne w niewielkich maszynach technologicznych; sterowanie pojedynczą przepompownią itd.

Sterowniki PLC – najbardziej popularne w przemyśle. Mogą być w wersji kasetowej (kaseta, zasilacz, procesor i odpowiednia ilość kart I/O) bądź kompaktowo-modułowej (moduł procesora z wbudowanymi wejściami i wyjściami oraz opcjonalne moduły rozszerzeń z dodatkowymi I/O).  W zależności od opcji obsługują od kilkudziesięciu do kilkuset wejść /wyjść. Mają możliwość obsługi pętli regulacji PID. Posiadają opcje komunikacyjne umożliwiające wymianę informacji w sieciach cyfrowych np. profibus dp, modbus rtu, ethernet ip i in. Mogą mieć wbudowany procesor zmiennoprzecinkowy, zegar czasu rzeczywistego, obsługę specjalizowanych wejść i modułów (np. moduły wagowe, wejścia termoparowe, wyjścia PWM itd.). Dostępne są także w wersjach specjalnych np. do stref EX lub w wykonaniu redundantnym (podwójny zasilacz, procesor, wejścia/ wyjścia) Przykładowe aplikacje z wykorzystaniem sterowników PLC to: regulacja procesu przy produkcji wyrobów chemicznych (dozowanie  odpowiednich półproduktów); sterowanie pracą maszyny przemysłowej, ciągu technologicznego, przenośników taśmowych; zbieranie sygnałów z urządzeń obiektowych (sygnały dyskretne i analogowe) i przekazywanie ich do systemu nadrzędnego np. SCADA; kontrola i sterowanie piecem hutniczym itd

Sterowniki PAC – duże systemy sterownikowe dla automatyki i przeznaczone do obsługi złożonych procesów technologicznych. Sterowniki PAC obsługują za pomocą jednego oprogramowania narzędziowego wszystkie wątki aplikacji tj. sterowanie dyskretne i procesowe, sterowanie napędami i osiami, komunikację. Charakteryzują się procesorami zmiennoprzecinkowymi, dużymi zasobami pamięci i systemami czasu rzeczywistego. Przeznaczenie sterowników PAC: szybka produkcja, monitoring pracy maszyn w czasie rzeczywistym, sterowanie precyzyjne czy sterowanie złożonym procesem.

Sterowniki DCS – ang. distributed control system – rozproszony system sterowania. Jest to system odpowiadający za sterowanie i wizualizację procesu przemysłowego posiadający wspólną bazę danych dla sterowania i wizualizacji (w przeciwieństwie do systemu zbudowanego na bazie SCADA i PLC).  Sterowniki DCS stosowane są najczęściej do sterowania procesami wsadowymi np. w aplikacjach chemicznych i petrochemicznych.


Sterowniki CNC – są to sterowniki przeznaczone do sterowania pracą maszyn numerycznych np. frezarek, tokarek, centra obróbczego CNC. Programowanie polega na ustawieniu operacji, jakie wykonać musi maszyna aby obrobić odpowiedni detal. Programowanie odbywa się za pomocą tzw. instrukcji G-Code. Architektura sterowników CNC składa się zazwyczaj z jednostki centralnej (z procesorem), modułów wejść i wyjść, opcji komunikacyjnych oraz z dodatkowego pulpitu operatorskiego (ekran z wbudowaną klawiaturą alfa-numeryczną). Klasyczny układ sterowania CNC składa się z bufora programu przechowującego plik G-Code do wykonania, interpretera G-Code przekształcającego plik wejściowy na sekwencję współrzędnych, interpolatora wytyczającego trajektorię w przestrzeni wielowymiarowej i sterowników poszczególnych osi.


Sterowniki SoftPLC –są to rozwiązania wykorzystujące moc komputerów PC. Jest to specjalne oprogramowanie instalowane na platformie MS Windows i wykorzystujące architekturę komputerów PC. Komunikacja odbywa się poprzez sieci cyfrowe (np. karty komunikacyjne montowane w slotach PCI np. Profibus, Modbus itd) . Sterowniki takie charakteryzują się bardzo dużą mocą obliczeniową, jednakże do ich wad należy niska stabilność pracy (komputery mogą się zawieszać, są mniej odporne na warunku przemysłowe niż standardowe sterowniki przemysłowe)


Sterowniki dedykowane –są to układy elektroniczne dostosowane swoją budową oraz funkcją działania do urządzenia, którego pracę kontrolują. Przykłady sterowników dedykowanych to np. sterowniki dedykowane do sterowania pracą fontann, basenów, przepompowni wody, do sterowania konkretnymi urządzeniami przemysłowymi np. kotłami warzelnymi, komorami wędzarniczymi, chłodniami, suszarniami drewna, piecami energetycznymi itd.  Sterowniki takie składają się z jednostki centralnej CPU (mikrokontrolera), często wyposażone są w wyświetlacz ciekłokrystaliczny ułatwiający komunikację z użytkownikiem, posiadają wbudowane wejścia i wyjścia, które często są dedykowane do podpięcia odpowiednich sygnałów (np. czujnika temperatury) i posiadają zaprojektowaną obudowę do konkretnego zastosowania. Zaletą sterownika dedykowanego jest prostota konstrukcji, małe gabaryty i niska cena. Do wad zalicza się brak lub ograniczoną możliwość wykorzystania tego rozwiązania do innej maszyny, koszty przygotowania takiego sterownika oraz brak standardu w stosunku do innych producentów.

Podstawową zasadą działania sterowników jest praca cykliczna. Sterownik wykonuje kolejno po sobie poszczególne instrukcje programu w takiej kolejności, w jakiej są one zapisane w programie. Początek każdego cyklu programu rozpoczyna się od odczytu  stanu wejść sterownika, a następnie następuje zapis obrazu stanu wejść do pamięci. Po wykonaniu wszystkich rozkazów i ustaleniu  aktualnego dla danej sytuacji stanu wyjść, sterownik zapisuje stany wyjść do pamięci będącej obrazem wyjść procesu a procesor sterownika  wysterowuje odpowiednie wyjścia. Procesor sterownika (program) cały czas śledzi obraz wejść i reaguje w postaci zmiany stanów wyjść w zależności od algorytmu programu

Mikroprocesor w sterownikach jest układem elektronicznym, którego głównym zadaniem jest przetworzenie programu. Pod względem przetwarzania programu mikroprocesory dzielimy na kompilatory i interpretatory. Mikroprocesor sterownika  realizuje funkcje zależności we=f(we) oraz f(we)=wy tzn. czyta stany wejść, a następnie na podstawie sygnałów z wejść i zadanej funkcji i ustawia stan wyjść. Możliwe jest również ustawienie wyjść niezależnie od wejść np. na podstawie danych pobieranych z zegara.  Mikroprocesory często posiadają wbudowany zegar czasu rzeczywistego (RTC), przetwornik A/C i C/A oraz układ watch-dog (na wypadek zawieszenia się przetwarzanego programu). 

Pamięć typu EPROM jest układem elektronicznym, w którym na stałe zapisany jest program /dane i niezależny jest od zasilania. Pamięci typu EPROM stosowane są jako rezerwowe, gdzie przechowywany jest program. W momencie skasowania programu w standardowej pamięci wewnętrznej procesora (ROM), procesor automatycznie może pobrać kopie programu z nieulotnej pamięci typu EPROM i wgrać ją do swojej wewnętrznej pamięci.


Układy wejść – mogą być dwustanowe (dyskretne, binarne) bądź analogowe.

Układy  dwustanowe wykonane są przy użyciu transoptorów i filtrów przeciw zakłóceniowych. Sygnał jaki jest podawany na wejście posiada odpowiednią wartość (w zależności od opcji np. 24VDC lub 110VAC) i jeśli przekroczy zadany próg to układ odczytuje sygnał jako 1 i przekazuje taką informację do mikroprocesora.

Układy wejść analogowych służą do ciągłego pomiaru sygnału. Dostępne są wejścia analogowe prądowe (np. 4-20mA), napięciowe (np. 0-10V), rezystancyjne i termoparowe.

Układy wyjść – mogą być dwustanowe (w postaci styków przekaźnika lub tranzystorowe)  bądź analogowe (prądowe, napięciowe). 


Opcje  komunikacyjne –  każdy sterownik posiada wbudowany minimum jeden port komunikacyjny, za pomocą którego możliwa jest jego komunikacja z komputerem /programatorem (w celu wgrania, modyfikacji i serwisowania programu). W zależności od producenta każdy sterownik posiada wbudowany jeden z następujących portów: RS232 (najczęściej spotykany), RS485 i RS422. Za pomocą wbudowanych portów sterownik może również komunikować się i wymieniać dane z współpracującymi  urządzeniami  automatyki np. z panelami operatorskimi, przetwornicami częstotlowości (falownikami), systemami wizyjnymi i in.  Standardy RS 232 / 422 / 485 są schematami elektrycznymi, jednakże sterowniki wykorzystując powyższe rozwiązania elektryczne implementują w komunikacji także odpowiedni protokół komunikacyjny (specyficzny język – sposób kodowania wysyłanej informacji). W zależności od producenta możliwe są protokoły np. Modbus RTU, MPI, DH485 i in. Każde dwa urządzenia, które chcą ze sobą wymieniać dane, muszą obsługiwać ten sam protokół komunikacyjny.

Kolejnym sposobem komunikacji sterowników z innymi sterownikami i pozostałymi urządzeniami automatyki są specjalizowane moduły i procesory komunikacyjne. Z wykorzystaniem takich modułów możliwe jest zbudowanie odpowiednich sieci cyfrowych np. sieci Devicenet, Profibus, Ethernet i in. W zależności od opcji sterownik (oraz każde urządzenie) może być typu Master lub Slave. Typ Master umożliwia mikroprocesorowi odczytywanie danych z urządzeń zewnętrznych, natomiast typ SLAVE zezwala tylko na wysłanie do urządzenia nadrzędnego informacji.

Obecnie wraz z rozwojem techniki i popularyzacji sieci internet / ethernet, coraz więcej sterowników standardowo posiada wbudowany port Ethernetowy wraz z wbudowanym systemem Webserver. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwy jest zdalny monitoring pracy procesora (wpisując w przeglądarcie internetowej nr IP sterownika możemy zobaczyć aktualny stan rejestrów procesora).

Programowanie sterowników PLC określa norma IEC 6-1131. Zgodnie z tą normą dostępne są następujące języki programowania:

Do najpopularniejszego sposobu programowania zaliczany jest język drabinkowy  (ladder diagram). Oparty jest na schemacie połączeń elektrycznych. Programowanie polega na tworzeniu kolejnych rungów (linii) programu i umieszczaniu w nich konkretnych instrukcji programowych. Procesor analizując program skanuje poszczególne rungi od pierwszego,  z lewej strony do prawej i następnie przechodzi do kolejnego rungu, aż sprawdzi wszystkie. Wówczas cały cykl rozpoczyna się na nowo.

Symbol     -| |-      Oznacza funkcję pobierz (Load). Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę w momencie występowania w przypisanej zmiennej stanu " on – 1”. W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "OFF - 0" czyli styk normalnie otwarty

Symbol     -|/|-      Oznacza funkcję pobierz odwrotność (Load Not) Stan występujący po lewej stronie jest przenoszony na prawą stronę w momencie występowania w przypisanej zmiennej stanu " OFF – 0”. W każdym innym przypadku stan z prawej strony równy jest "OFF - 0" czyli styk normalnie zwarty
Symbol      -( )-      Oznacza funkcję ustaw ( set ). Stan występujący po lewej stronie jest kopiowany do przypisanej zmiennej czyli cewka.

W programie do każdego tego typu symbolu musimy przypisać określoną zmienną , gdzie może to być I – wejście , Q – wyjście , M-marker ( komórka pamięci ), T-timer (przekaźnik czasowy), C- counter (licznik)

Obecnie większość modernizowanych i nowobudowanych obiektów w przemyśle jest wyposażona w mikroprocesorowe systemy nadzoru i kontroli. Proces wypierania przez sterowniki i systemy mikroprocesorowe dotychczasowych układów tradycyjnych jest bardzo powszechny.  Najbliższe lata będą nadal owocowały w powstawanie nowych koncepcji i trendów w rozwoju systemów sterowania. Głównym kierunkiem rozwoju jest zbliżanie się obecnych rozwiązań sterowników PLC do dużych systemów rozproszonych typu DCS. Producenci prowadzą również prace badawczo-rozwojowe w celu zaoferowania jednego uniwersalnego narzędzia dla różnych zastosowań tj. wykorzystanie tego samego sprzętu i oprogramowania do sterowania dyskretnego, procesem technologicznym (regulacja) i dla systemów napędowych (serwonapędy, sterowanie osiami maszyny). Podejście takie ułatwi użytkownikom łatwiejsze implementowanie rozwiązań danej firmy dla każdego rodzaju aplikacji.