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1. PLC的功能

如前所述，PLC是一種根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程順序控制的要求，為了取代傳統(tǒng)的"繼電器-接觸器"控制系統(tǒng)而發(fā)展起來(lái)的工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，它必須首先具備滿足順序控制要求的基本邏輯運(yùn)算功能。隨后，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步與PLC 應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，在順序控制的基礎(chǔ)上，又不斷開(kāi)發(fā)了可以滿足各種工業(yè)控制要求的特殊控制功能。近年來(lái)，為了適應(yīng)信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，PLC作為基本的工業(yè)控制設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)與通信功能已經(jīng)成為PLC的重要技術(shù)指標(biāo)之一。雖然各PLC的性能、價(jià)格有較大的區(qū)別，但其主要功能相近，它包括圖1-2所示的幾部分。

(1) 基本功能。邏輯控制功能是PLC必備的基本功能。本質(zhì)上說(shuō)，這是一種以計(jì)算機(jī)“位”運(yùn)算為基礎(chǔ)，按照程序的要求，通過(guò)對(duì)來(lái)自設(shè)備外圍的按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接觸器與傳感器觸點(diǎn)等開(kāi)關(guān)量(也稱(chēng)數(shù)字量)信號(hào)的進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并控制外圍指示燈、電磁閥、接觸器線圈的通斷的功能。

在早期的PLC上，順序控制所需要的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能需要通過(guò)定時(shí)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，也成為PLC常用的基本功能。

圖1-2 PLC的功能組成圖

(2) 特殊控制功能。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、溫度的調(diào)節(jié)與控制、位置控制等。這些特殊控制功能的實(shí)現(xiàn)，一般需要選用PLC的特殊功能模塊。

A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換多用于過(guò)程控制或閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在PLC中，通過(guò)特殊的功能模塊與功能指令可以對(duì)過(guò)程控制中的溫度、壓力、liuliang、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(guò)必要的運(yùn)算(如PID)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)然，需要時(shí)也可以對(duì)這些物理量的進(jìn)行各種形式的顯示。

在PLC中，位置控制一般是通過(guò)PLC的特殊應(yīng)用指令，通過(guò)對(duì)命令的寫(xiě)入與狀態(tài)的讀取，對(duì)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脈沖的形式輸出位置給定指令，指令脈沖再通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器(或步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)(或步進(jìn)電機(jī))帶動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。

(3) 網(wǎng)絡(luò)與通信功能。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)與通信在工業(yè)控制中已經(jīng)顯得越來(lái)越重要。PLC早期的通信，一般僅僅局限于PLC與外設(shè)(編程器或編程計(jì)算機(jī)等)間的簡(jiǎn)單串行口通信。

然而，現(xiàn)代PLC的通信不僅可以進(jìn)行PLC與外設(shè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化系統(tǒng)。

2. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著PLC功能的不斷完善、性?xún)r(jià)比的不斷tigao，它的應(yīng)用面也越來(lái)越廣。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機(jī)械制造、汽車(chē)、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂(lè)等行業(yè)，主要的應(yīng)用范圍包括開(kāi)關(guān)控制、順序控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖系統(tǒng)及通信和聯(lián)網(wǎng)等方面。

(1) 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的“繼電器-接觸器”控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單機(jī)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、數(shù)控與組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

(2) 模擬量控制。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、liuliang、液位和速度等。為使PLC能處理模擬量信號(hào)，PLC各廠家都生產(chǎn)有配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使PLC可直接用于模擬量控制。

(3) 運(yùn)動(dòng)控制。PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu);現(xiàn)在可使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛地用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

(4) 過(guò)程控制。過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、liuliang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，完成閉環(huán)控制。PID控制是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。目前不僅大中型PLC都有PID模塊，而且許多小型PLC也具有PID功能。PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。過(guò)程控制又可細(xì)分為慢連續(xù)量的過(guò)程控制和快連續(xù)量的運(yùn)動(dòng)控制兩種。

1) 慢連續(xù)量的過(guò)程控制。慢連續(xù)量的過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、liuliang和速度等慢連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC通過(guò)模擬量輸入輸出模塊，實(shí)現(xiàn)A/D和D/A的轉(zhuǎn)換，并通過(guò)專(zhuān)用的智能PID模塊，編制各種各樣的控制算法程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的閉環(huán)控制，使被控變量保持為設(shè)定值。PID 控制是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法，PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。PLC的這一功能已廣泛應(yīng)用在電力、冶金、化工、輕工、機(jī)械等行業(yè)。例如，鍋爐控制、加熱爐控制、磨礦分級(jí)過(guò)程控制、水處理控制、釀酒控制等。

2) 快連續(xù)量的運(yùn)動(dòng)控制。PLC提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，通過(guò)這些模塊可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。如今，運(yùn)動(dòng)控制已是PLC不可缺少的功能之一，世界上各主要PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛地用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

(5) 數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、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)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送給別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)，也可用于過(guò)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)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也更加迅猛，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最新生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，實(shí)現(xiàn)通信非常方便快捷。PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信，主要有以下四種情況：

1) PLC之間的通信：PLC之間可一對(duì)一通信，也可在多達(dá)幾十甚至幾百臺(tái)PLC之間進(jìn)行通信。既可在同型號(hào)PLC之間進(jìn)行通信，也可在不同型號(hào)的PLC之間進(jìn)行通信。例如可以將三菱FX系列PLC作為三菱A 系列PLC的就地控制站，從而可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的分散控制和集中管理。

2) PLC與各種智能控制設(shè)備之間的通信：PLC可與條形碼讀出器、打印機(jī)及其他遠(yuǎn)程I/O智能控制設(shè)備進(jìn)行通信，形成一個(gè)功能強(qiáng)大的控制網(wǎng)絡(luò)。

3) PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信：可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程，或?qū)LC進(jìn)行監(jiān)控和管理。通常情況下，采用多臺(tái)PLC實(shí)現(xiàn)分散控制，由一臺(tái)上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中管理，這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為分布式控制系統(tǒng)。

4) PLC與PLC的數(shù)據(jù)存取單元進(jìn)行通信：PLC提供了各種型號(hào)不一的數(shù)據(jù)存取單元，通過(guò)此數(shù)據(jù)存取單元可方便地對(duì)設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對(duì)各監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)或圖形變化進(jìn)行監(jiān)控，還可對(duì)PC出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷等。

近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已興起工廠自動(dòng)化(FA)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC的聯(lián)網(wǎng)、通信功能正適應(yīng)了智能化工廠發(fā)展的需要，它可使工業(yè)控制從點(diǎn)到線再到面，使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制和工廠造更高的效益。

PLC的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，幾乎可以說(shuō)凡是有控制系統(tǒng)存在的地方都需要PLC。在發(fā)達(dá)國(guó)家，PLC已廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門(mén)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷tigao，PLC的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。對(duì)于PLC應(yīng)用的整體認(rèn)識(shí)如圖1-3所示;以S7-200為核心的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖1-5、圖1-6所示分別是S7-200PLC在廣電系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)和PLC通信在石化行業(yè)中的應(yīng)用案例。

圖1-3 對(duì)于PLC的整體應(yīng)用認(rèn)識(shí)

圖1-4 以S7-200為核心的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1-5 S7-200PLC在廣電系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖1-6 計(jì)算機(jī)和PLC通信在石化行業(yè)中的應(yīng)用

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