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1. PLC的功能

如前所述，PLC是一種根據生產(chǎn)過(guò)程順序控制的要求，為了取代傳統的"繼電器-接觸器"控制系統而發(fā)展起來(lái)的工業(yè)自動(dòng)控制設備，它必須具備滿(mǎn)足順序控制要求的基本邏輯運算功能。隨后，由于技術(shù)的不斷進(jìn)步與PLC 應用范圍的日益擴大，在順序控制的基礎上，又不斷開(kāi)發(fā)了可以滿(mǎn)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)控制設備，網(wǎng)絡(luò )與通信功能已經(jīng)成為PLC的重要技術(shù)指標之一。各PLC的性能、價(jià)格有較大的區別，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)，這是一種以計算機“位”運算為基礎，按照程序的要求，通過(guò)對來(lái)自設備外圍的按鈕、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)數字量)信號的進(jìn)行邏輯運算處理，并控制外圍指示燈、電磁閥、接觸器線(xiàn)圈的通斷的功能。

在早期的PLC上，順序控制所需要的定時(shí)、計數功能需要通過(guò)定時(shí)模塊與計數模塊實(shí)現，目前它已經(jīng)成為PLC的基本功能之一。邏輯控制中常用的代碼轉換、數據比較與處理等，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(A/D)轉換、數/模(D/A)轉換、溫度的調節與控制、位置控制等。這些特殊控制功能的實(shí)現，一般需要選用PLC的特殊功能模塊。

A/D轉換與D/A轉換多用于過(guò)程控制或閉環(huán)調節系統。在PLC中，通過(guò)特殊的功能模塊與功能指令可以對過(guò)程控制中的溫度、壓力、liuliang、速度、位移、電壓、電流等連續變化的物理量進(jìn)行采樣，并通過(guò)必要的運算(如PID)，實(shí)現閉環(huán)自動(dòng)調節。當然，需要時(shí)也可以對這些物理量的進(jìn)行各種形式的顯示。

在PLC中，位置控制一般是通過(guò)PLC的特殊應用指令，通過(guò)對命令的寫(xiě)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脈沖的形式輸出位置給定指令，指令脈沖再通過(guò)伺服驅動(dòng)器(或步進(jìn)驅動(dòng)器)，驅動(dòng)伺服電機(或步進(jìn)電機)帶動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)系統實(shí)現閉環(huán)位置控制。

(3) 網(wǎng)絡(luò )與通信功能。隨著(zhù)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(編程器或編程計算機等)間的簡(jiǎn)單串行口通信。

現代PLC的通信不僅可以進(jìn)行PLC與外設間的通信，可以在PLC與PLC間、PLC與其他工業(yè)控制設備之間、PLC與上位機之間、PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò )間進(jìn)行通信，并可以通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)組成系統，從而使得PLC可以方便地進(jìn)入工廠(chǎng)自動(dòng)化系統。

2. PLC的應用領(lǐng)域

隨著(zhù)PLC功能的不斷完善、性?xún)r(jià)比的不斷tigao，它的應用面也越來(lái)越廣。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電子、機械制造、汽車(chē)、船舶、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂(lè )等行業(yè)，主要的應用范圍包括開(kāi)關(guān)控制、順序控制、運動(dòng)控制、過(guò)程控制、數據處理、信號報警和聯(lián)鎖系統及通信和聯(lián)網(wǎng)等方面。

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

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

(3) 運動(dòng)控制。PLC可以用于圓周運動(dòng)或直線(xiàn)運動(dòng)的控制。從控制機構配置來(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行機構;現在可使用專(zhuān)用的運動(dòng)控制模塊，如可驅動(dòng)步進(jìn)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廠(chǎng)家的產(chǎn)品幾乎都有運動(dòng)控制功能，廣泛地用于各種機械、機床、機器人、電梯等場(chǎng)合。

(4) 過(guò)程控制。過(guò)程控制是指對溫度、壓力、liuliang等模擬量的閉環(huán)控制。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控制是一般閉環(huán)控制系統中常用的控制方法。目前不僅大中型PLC都有PID模塊，許多小型PLC也具有PID功能。PID處理一般是運行專(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)合有非常廣泛的應用。過(guò)程控制又可細分為慢連續量的過(guò)程控制和快連續量的運動(dòng)控制兩種。

1) 慢連續量的過(guò)程控制。慢連續量的過(guò)程控制是指對溫度、壓力、liuliang和速度等慢連續變化的模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC通過(guò)模擬量輸入輸出模塊，實(shí)現A/D和D/A的轉換，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)現對模擬量的閉環(huán)控制，使被控變量保持為設定值。PID 控制是一般閉環(huán)控制系統中常用的控制方法，PID處理一般是運行專(zhuān)用的PID子程序。PLC的這一功能已廣泛應用在電力、冶金、化工、輕工、機械等行業(yè)。例如，鍋爐控制、加熱爐控制、磨礦分級過(guò)程控制、水處理控制、釀酒控制等。

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

(5) 數據處理。現代PLC具有數學(xué)運算(含矩陣運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與儲存在存儲器中的參考值比較，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，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無(wú)人控制的柔性制造系統，也可用于過(guò)程控制系統，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統。

(6) 通信及聯(lián)網(wǎng)。隨著(zhù)計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展也更加迅猛，各PLC廠(chǎng)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。最新生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，實(shí)現通信非常方便快捷。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之間可一對一通信，也可在多達幾十甚至幾百臺PLC之間進(jìn)行通信。既可在同型號PLC之間進(jìn)行通信，也可在不同型號的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與各種智能控制設備之間的通信：PLC可與條形碼讀出器、打印機及其他遠程I/O智能控制設備進(jìn)行通信，形成一個(gè)功能強大的控制網(wǎng)絡(luò )。

3) PLC與上位計算機之間的通信：可用計算機進(jìn)行編程，或對PLC進(jìn)行監控和管理。通常情況下，采用多臺PLC實(shí)現分散控制，由一臺上位計算機進(jìn)行集中管理，這樣的系統稱(chēng)為分布式控制系統。

4) PLC與PLC的數據存取單元進(jìn)行通信：PLC提供了各種型號不一的數據存取單元，通過(guò)此數據存取單元可方便地對設定數據進(jìn)行修改，對各監控點(diǎn)的數據或圖形變化進(jìn)行監控，還可對PC出現的故障進(jìn)行診斷等。

近幾年來(lái)，隨著(zhù)計算機控制技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，已興起工廠(chǎng)自動(dòng)化(FA)網(wǎng)絡(luò )系統。PLC的聯(lián)網(wǎng)、通信功能正適應了智能化工廠(chǎng)發(fā)展的需要，它可使工業(yè)控制從點(diǎn)到線(xiàn)再到面，使設備級的控制、生產(chǎn)線(xiàn)的控制和工廠(chǎng)造更高的效益。

PLC的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，幾乎可以說(shuō)凡是有控制系統存在的地方都需要PLC。在發(fā)達國家，PLC已廣泛應用于所有的工業(yè)部門(mén)，隨著(zhù)PLC性能價(jià)格比的不斷tigao，PLC的應用范圍還將不斷擴大。對于PLC應用的整體認識如圖1-3所示;以S7-200為核心的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )結構如圖1-4所示。圖1-5、圖1-6所示分別是S7-200PLC在廣電系統中的應用，以及計算機和PLC通信在石化行業(yè)中的應用案例。

圖1-3 對于PLC的整體應用認識

圖1-4 以S7-200為核心的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )結構

圖1-5 S7-200PLC在廣電系統中的應用

圖1-6 計算機和PLC通信在石化行業(yè)中的應用

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