1.2 PLC的功能特點(diǎn)

PLC近年來(lái)發(fā)展極為迅速，隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的控制功能、數(shù)據(jù)采集/存儲(chǔ)/處理功能、可編程/調(diào)試功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能以及人機(jī)界面功能等也逐漸強(qiáng)大，使得PLC的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步的急速擴(kuò)展，進(jìn)而使PLC廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的控制系統(tǒng)中。

1.2.1 繼電器控制與PLC控制

簡(jiǎn)單地說(shuō)，PLC是一種在繼電器、接觸器控制基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，運(yùn)用先進(jìn)的編輯語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)諸多功能的新型控制系統(tǒng)。采用程序控制方式是PLC與繼電器控制系統(tǒng)的主要區(qū)別。

在PLC問世以前，在農(nóng)機(jī)、機(jī)床、建筑、電力、化工、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中是以繼電器控制系統(tǒng)占主導(dǎo)地位的。繼電器控制系統(tǒng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，如圖1-11所示。

然而，隨著工業(yè)控制的精細(xì)化程度和智能化水平的提升，以繼電器為核心的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。在某些較為復(fù)雜的系統(tǒng)中，可能需要使用成百上千個(gè)繼電器，這不僅使得整個(gè)控制裝置體積十分龐大，而且由于元器件數(shù)量的增加、復(fù)雜的接線關(guān)系還會(huì)造成整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性降低。更重要的是，一旦控制過程或控制工藝發(fā)生變化，則控制柜內(nèi)的繼電器和接線關(guān)系都要重新調(diào)整?？梢韵胂螅绱司薮蟮恼{(diào)整一定會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間、精力和金錢，其成本的投入有時(shí)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過重新制造一套新的控制系統(tǒng)，這勢(shì)必又會(huì)帶來(lái)很大的浪費(fèi)（原先系統(tǒng)報(bào)廢）。

為了應(yīng)對(duì)繼電器控制系統(tǒng)的不足（既能使工業(yè)控制系統(tǒng)的成本降低，又能很好地應(yīng)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的變化和調(diào)整），工程人員將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及微電子和通信技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)出了更加先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，這就是PLC。

PLC作為專門為工業(yè)生產(chǎn)過程提供自動(dòng)化控制的裝置，采用了全新的控制理念。PLC通過強(qiáng)大的輸入/輸出接口與工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種部件（如控制按鈕、繼電器、傳感器、電動(dòng)機(jī)、指示燈等）相連，圖1-12為PLC的功能圖。

通過編程器編寫控制程序（PLC語(yǔ)句），將控制程序存入PLC中的存儲(chǔ)器，并在微處理器（CPU）的作用下執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)等操作指令。這些指令會(huì)以數(shù)字信號(hào)（或模擬信號(hào)）的形式送到輸入端、輸出端，從而控制輸入端、輸出端接口上連接的設(shè)備，協(xié)同完成生產(chǎn)過程。

圖1-13為PLC硬件系統(tǒng)模型圖。

1.2.2 PLC的功能特點(diǎn)與應(yīng)用

國(guó)際電工委員會(huì)（簡(jiǎn)稱IEC）將PLC定義為“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

（1）PLC的功能特點(diǎn)

① 控制功能 生產(chǎn)過程的物理量由傳感器檢測(cè)后，經(jīng)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，并經(jīng)多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器變成適合PLC處理的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)光電耦合器（簡(jiǎn)稱光耦，具有隔離功能）送給CPU；數(shù)字信號(hào)經(jīng)CPU處理后，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號(hào)輸出。模擬信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制泵電動(dòng)機(jī)、加熱器等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖1-14為PLC的控制功能圖。

② 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理功能 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、數(shù)據(jù)移位等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析、處理以及模擬數(shù)據(jù)處理等。這些數(shù)據(jù)還可以與存儲(chǔ)器中的參考值進(jìn)行比較，完成一定的控制操作，也可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸或直接打印輸出。

圖1-15為PLC的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理功能圖。

③ 通信聯(lián)網(wǎng)功能 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，可以與遠(yuǎn)程I/O、其他PLC、計(jì)算機(jī)、智能設(shè)備（如變頻器、數(shù)控裝置等）之間進(jìn)行通信。

圖1-16為PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能圖。

④ 可編程、調(diào)試功能 PLC通過存儲(chǔ)器中的程序?qū)/O接口外接的設(shè)備進(jìn)行控制，存儲(chǔ)器中的程序可根據(jù)實(shí)際情況和應(yīng)用進(jìn)行編寫。一般可將PLC與計(jì)算機(jī)通過編程電纜進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC內(nèi)部程序的編寫、調(diào)試、監(jiān)視、實(shí)驗(yàn)和記錄，如圖1-17所示?？删幊?、調(diào)試功能也是PLC區(qū)別于繼電器等控制系統(tǒng)最大的功能優(yōu)勢(shì)。

⑤ 運(yùn)動(dòng)控制功能 PLC使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制。該控制功能廣泛應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)器人、電梯等。

⑥ 過程控制功能 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量、速度等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，以完成閉環(huán)控制。另外，為了使PLC能夠完成加工過程中對(duì)模擬量的自動(dòng)控制，還可以實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的A/D及D/A轉(zhuǎn)換。該控制功能廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。

⑦ 監(jiān)控功能 操作人員可通過PLC的編程器或監(jiān)視器對(duì)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器以及邏輯信號(hào)狀態(tài)、數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)還可對(duì)PLC各部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

⑧ 停電記憶功能 PLC內(nèi)部設(shè)置停電記憶功能（在內(nèi)部的存儲(chǔ)器所使用的RAM中設(shè)置了停電保持器件），使斷電后該部分存儲(chǔ)的信息不變，電源恢復(fù)后可繼續(xù)工作。

⑨ 故障診斷功能 PLC內(nèi)部設(shè)有故障診斷功能，可對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、硬件狀態(tài)、指令的正確性等進(jìn)行診斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，則會(huì)控制報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示聲，同時(shí)在監(jiān)視器上顯示錯(cuò)誤信息；當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，則會(huì)發(fā)出控制指令停止運(yùn)行，從而提高PLC控制系統(tǒng)的安全性。

（2）PLC的應(yīng)用

目前，PLC已經(jīng)成為生產(chǎn)自動(dòng)化、現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。眾多電子器件生產(chǎn)廠商都投入到PLC產(chǎn)品的研發(fā)中，PLC的品種越來(lái)越豐富，功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，無(wú)論是生產(chǎn)、制造還是管理、檢驗(yàn)，都可以看到PLC。

例如，PLC在電子產(chǎn)品制造設(shè)備中主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。PLC在電子產(chǎn)品制造設(shè)備中作為控制中心，使傳輸定位驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、深度調(diào)整電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和輸出驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)能夠協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)且相互配合，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。

圖1-18為PLC在電子產(chǎn)品制造設(shè)備中的應(yīng)用示意圖。

又如，在紡織機(jī)械中有多個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，互相之間的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和相位都有一定的要求。通常，紡織機(jī)械系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)普遍采用通用變頻器控制，所有的變頻器統(tǒng)一由PLC控制。工作時(shí)，每套傳動(dòng)系統(tǒng)將速度信號(hào)通過高速計(jì)數(shù)器反饋給PLC，PLC根據(jù)速度信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使各部件協(xié)調(diào)一致工作。

圖1-19為PLC在紡織機(jī)械中的應(yīng)用示意圖。