1.2 PLC的特點(diǎn)與功能

1.2.1 PLC的特點(diǎn)

PLC技術(shù)的高速發(fā)展，除了得益于工業(yè)自動化的客觀需求外，主要是由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。而在工業(yè)控制方面，PLC還具有繼電器控制或計(jì)算機(jī)控制所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。這主要是由于它采用了一系列特有的硬件和軟件措施。

（1）硬件方面：在輸入/輸出（Input/Output，I/O）通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響；在設(shè)計(jì)中采用濾波器等電路增強(qiáng)PLC對電噪聲、電源波動、振動、電磁波等干擾的濾除，確保PLC在高溫、高濕及空氣中存有各種強(qiáng)腐蝕物質(zhì)粒子的惡劣工業(yè)環(huán)境下能穩(wěn)定地工作；對于中央處理器（Central Processing Unit，CPU）等重要部件，采用具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁性能的材料進(jìn)行屏蔽，以減少電磁干擾；同時其內(nèi)部還設(shè)置連鎖、環(huán)境監(jiān)測與診斷、看門狗（Watchdog）等電路，發(fā)生故障自動報(bào)警，防止系統(tǒng)發(fā)生死循環(huán)。

（2）軟件方面：PLC的監(jiān)控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調(diào)試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU、電池、輸入/輸出接口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時，后備電池會正常工作。

2.應(yīng)用靈活，編程方便

PLC的方便靈活性主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）編程的靈活性：PLC采用與實(shí)際電路非常接近的梯形圖方式編程，廣大電氣技術(shù)人員非常熟悉，易于掌握，易于推廣。對于企業(yè)中一般的電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人，也可以很容易地學(xué)會程序設(shè)計(jì)。這種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式，與常用的計(jì)算機(jī)語言相比更易于接受，故梯形圖被稱為面向“藍(lán)領(lǐng)的編程語言”，PLC也被稱為“藍(lán)領(lǐng)計(jì)算機(jī)”。

（2）擴(kuò)展的靈活性：PLC可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模進(jìn)行容量、功能和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，甚至可以通過與集散控制系統(tǒng)（DCS）、其他上位機(jī)或PLC等的通信來擴(kuò)展功能，并與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.功能完善，適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展至今，已形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動控制）三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC除了具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換及順序控制功能外，還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。此外，PLC還具有較完善的自診斷、自測試功能。

近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。由于PLC通信功能的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種自動控制系統(tǒng)變得非常容易。

PLC還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。它所具有的通信聯(lián)網(wǎng)功能，使相同或不同廠家和類型的PLC可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并與上位機(jī)通信構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，使其不僅能做到遠(yuǎn)程控制、PLC內(nèi)部或與上位機(jī)進(jìn)行通信，還具備專線上網(wǎng)、無線上網(wǎng)等功能。這樣，PLC就可以組成遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)。

4.易于安裝、調(diào)試、維修

PLC用軟件功能取代了繼電器—接觸器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，大大減少了控制設(shè)備外部的接線。在安裝時，由于PLC的I/O接口已經(jīng)做好，可以直接和外圍設(shè)備相連，而不再需要專用的接口電路，因此硬件安裝上的工作量大幅減小。用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，調(diào)試完成后再進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短。

PLC還能夠通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀

態(tài)、I/O狀態(tài)和電源狀態(tài)等，非常有利于維護(hù)人員對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。另外，PLC的模塊化結(jié)構(gòu)可以使維護(hù)人員很方便地檢查、更換故障模塊，當(dāng)控制功能改變時能及時更改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置。而且各種模塊上均有運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)指示燈，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。如果一旦其中某個模塊發(fā)生故障，用戶可通過更換模塊的辦法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。有些PLC還允許帶電插拔I/O模塊。

5.體積小、重量輕、能耗低

由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部電路主要采用微電子技術(shù)設(shè)計(jì)，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的特點(diǎn)，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，組成機(jī)電一體化的設(shè)備。同時PLC一般采用低壓供電，硬件耗電少，與傳統(tǒng)的繼電器相比能耗更低。

1.2.2 PLC的功能

PLC作為工業(yè)控制的多功能控制器，不僅能滿足一般工業(yè)控制需要，而且能適應(yīng)工業(yè)控制的特殊控制要求，并可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和通信控制。雖然不同類型PLC的性能、價格有差異，但其主要功能是相近的，如圖1-1所示。

1.基本功能

邏輯運(yùn)算功能是PLC必備的基本功能。本質(zhì)上說，它以計(jì)算機(jī)“位”運(yùn)算為基礎(chǔ)，按照程序的要求，通過對來自設(shè)備外圍的按鈕、行程開關(guān)、接觸器觸點(diǎn)等開關(guān)量（也稱數(shù)字量）信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并控制外圍指示燈、電磁閥、接觸器線圈的通斷。

在早期的PLC上，順序控制所需要的定時、計(jì)數(shù)功能需要通過定時模塊與計(jì)數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)，但是，目前它已經(jīng)成為PLC的基本功能之一。此外，邏輯控制中常用的代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)比較與處理等，也是PLC常用的基本功能。

2.特殊功能

PLC的特殊控制功能包括模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、溫度控制、位置控制、高速處理等。這些特殊控制功能的實(shí)現(xiàn)一般需要PLC的特殊功能模塊完成。

A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換多用于過程控制或閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在PLC中，通過特殊的功能模塊與功能指令，可以對過程中的溫度、壓力、流量、速度、位移、電壓、電流等連續(xù)變化的物理量進(jìn)行采樣，并通過必要的運(yùn)算（如PID）實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，必要時也可以對這些物理量進(jìn)行各種形式的顯示。

位置控制一般通過對PLC的特殊應(yīng)用指令的寫入與狀態(tài)的讀取，對位置控制模塊的位移量、速度、方向等進(jìn)行控制。位置控制模塊一般以位置給定指令脈沖的形式輸出，指令脈沖再通過伺服驅(qū)動器或步進(jìn)驅(qū)動器、驅(qū)動伺服電動機(jī)或步進(jìn)電動機(jī)帶動進(jìn)給傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。

高速處理功能一般通過PLC的特殊應(yīng)用指令和高速處理模塊，如高速計(jì)數(shù)、快速響應(yīng)模塊等實(shí)現(xiàn)，PLC通過高速處理命令的寫入與狀態(tài)的讀取，對高速變化的位置、速度、流量等值進(jìn)行處理控制。高速計(jì)數(shù)模塊可以對幾十千赫甚至上百千赫的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，保證負(fù)載信息的及時處理并驅(qū)動?？焖夙憫?yīng)模塊將輸入量的變化較快地反映到輸出量上。總之，PLC的高速處理功能對變化快、脈沖寬度小于PLC掃描周期的輸入/輸出信號進(jìn)行處理，避免了丟失部分關(guān)鍵信號，從而影響控制過程的及時性和準(zhǔn)確性。

3.網(wǎng)絡(luò)與通信功能

PLC早期的通信一般僅局限于PLC與外圍設(shè)備（編程器或編程計(jì)算機(jī)等）間的簡單串行口通信?，F(xiàn)代工業(yè)控制中的網(wǎng)絡(luò)與通信已經(jīng)是工業(yè)控制中不可缺少的重要內(nèi)容，隨著工業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代PLC的通信不僅可以進(jìn)行PLC與外圍設(shè)備間的通信，而且可以在PLC與PLC間、PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備之間、PLC與上位機(jī)之間、PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通信，并可以通過現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)總線組成系統(tǒng)，從而使得PLC可以方便地進(jìn)入工廠自動化系統(tǒng)。