PLC的功能及應用領(lǐng)域

PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設計制造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點。

1.PLC的功能

PLC是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，具有可靠性高、體積小、功能強、程序設計簡單、靈活通用及維護方便等一系列的優(yōu)點，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。根據(jù)PLC的特點，可以將其功能形式歸納為以下幾種類型。

（1）開關(guān)量邏輯控制

PLC具有強大的邏輯運算能力，可以實現(xiàn)各種簡單和復雜的邏輯控制。這是PLC的基本也廣泛的應用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器接觸器的控制。

（2）模擬量控制

PLC中配置有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊。A/D模塊能將現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、速度等模擬量轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量，再經(jīng)PLC中的微處理器進行處理（微處理器處理的只能是是數(shù)字量），然后進行控制；

或者經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換后變成模擬量，然后控制被控對象，這樣就可實現(xiàn)PLC對模擬量的控制。

（3）過程控制

現(xiàn)代大中型的PLC一般都配備了PID控制模塊，可進行閉環(huán)過程控制。當控制過程中某一個變量出現(xiàn)偏差時，PLC能按照PID算法計算出正確的輸出，進而控制調(diào)整生產(chǎn)過程，把變量保持在整定值上。目前，許多小型PLC也具有PID控制功能。

（4）定時和計數(shù)控制

PLC具有很強的定時和計數(shù)功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百、上千個定時器和計數(shù)器。

其計時的時間和計數(shù)值可以由用戶在編寫用戶程序時任意設定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過編程器進行設定，進而實現(xiàn)定時和計數(shù)的控制。如果用戶需要對頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)模塊。

（5）順序控制

在工業(yè)控制中，可采用PLC步進指令編程或用移位寄存器編程來實現(xiàn)順序控制。

（6）數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代的PLC不僅能進行算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、排序及查表等操作，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示和打印等，它具有很強的數(shù)據(jù)處理能力。

（7）通信和聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡技術(shù)，有RS-232或RS-485接口，可進行遠程I/O控制。

多臺PLC彼此間可以聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間可以實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。

2.PLC的應用領(lǐng)域

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。

（1）開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC基本，也是廣泛的應用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制；

既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線，如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線及電鍍流水線等。

（2）模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使PLC用于模擬量控制。

（3）運動控制

PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊，可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。

世界上各主要PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品幾乎都具有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

（4）過程控制

過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制，在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。

PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法，大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。

（5）數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表及位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，進而完成一定的控制操作；也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?/p>

數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

（6）通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其他智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC生產(chǎn)廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。

新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

三、PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

作為一種工業(yè)控制的計算機，PLC和普通計算機有著相似的結(jié)構(gòu)；但是由于使用場合、目的不同，在結(jié)構(gòu)上又有一些差別。

1.PLC的硬件組成

PLC硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

在圖中，PLC的主機由CPU、存儲器（EPROM、RAM）、輸入/輸出單元、外設I/O接口、通信接口及電源組成。對于整體式PLC，這些部件都在同一個機殼內(nèi)。

而對于模塊式PLC，各部件獨立封裝，稱為模塊，各模塊通過機架和電纜連接在一起。

主機內(nèi)的各個部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，根據(jù)實際控制對象的需要配備一定的外部設備，構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。

常用的外部設備有編程器、打印機、EPROM寫入器等。PLC可以配置通信模塊與上位機及其他的PLC進行通信，構(gòu)成PLC的分布式控制系統(tǒng)。

下面分別介紹PLC的各組成部分及其作用，以便用戶進一步了解PLC的控制原理和工作過程。

（1）CPU

CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊地協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的各個設備進行控制。CPU由微處理器和控制器組成，它可以實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)學運算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。

控制器的作用是控制整個微處理器的各個部件有條不紊的進行工作，它的基本功能就是從內(nèi)存中讀取指令和執(zhí)行指令。

（2）存儲器

PLC配有兩種存儲器，即系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲器的內(nèi)容。

用戶存儲器用來存放編制的應用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲區(qū)，它包括輸入/輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時器/計數(shù)器預置數(shù)和當前值的數(shù)據(jù)區(qū)及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。

PLC的存儲器主要包括以下幾種。

（1）只讀存儲器

（2）可編程只讀存儲器

（3）可擦除可編程只讀存儲器

（4）電可擦除可編程只讀存儲器

（5）隨機存取存儲器

（3）輸入/輸出（I/O）模塊

①開關(guān)量輸入模塊

開關(guān)量輸入設備是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等，PLC的輸入類型通?？梢允侵绷鳌⒔涣骱徒恢绷?。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可由PLC內(nèi)部提供。

②開關(guān)量輸出模塊

輸出模塊的作用是將CPU執(zhí)行用戶程序所輸出的TTL電平的控制信號轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)現(xiàn)場所需的，能驅(qū)動特定設備的信號，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的動作。

（4）編程器

編程器是PLC重要的外部設備，利用編程器可將用戶程序送入PLC的用戶程序存儲器，調(diào)試程序、監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。編程器從結(jié)構(gòu)上可分為以下三種類型。

（1）簡易編程器

（2）圖形編程器

（3）通用計算機編程器

（5）電源

電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5V、±12V、24V），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用）。驅(qū)動PLC負載的電源由用戶提供。

（6）外設接口

外設接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設接口組成PLC的控制網(wǎng)絡。PLC使用PC/PPI電纜或者MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。

2.PLC的軟件組成

PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。

系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設計編寫，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、