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1. PLC的功能

如前所述，PLC是一種根據(jù)生產(chǎn)過程順序控制的要求,，為了取代傳統(tǒng)的"繼電器-接觸器"控制系統(tǒng)而發(fā)展起來的工業(yè)自動控制設備,，它必須首先具備滿足順序控制要求的基本邏輯運算功能,。隨后,，由于技術的不斷進步與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，為了適應信息,、網(wǎng)絡技術的發(fā)展,，PLC作為基本的工業(yè)控制設備，網(wǎng)絡與通信功能已經(jīng)成為PLC的重要技術指標之一,。雖然各PLC的性能,、價格有較大的區(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,。本質上說，這是一種以計算機“位”運算為基礎,，按照程序的要求,，通過對來自設備外圍的按鈕、行程開關,、接觸器與傳感器觸點等開關量(也稱數(shù)字量)信號的進行邏輯運算處理,，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,、計數(shù)功能需要通過定時模塊與計數(shù)模塊實現(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)轉換,、數(shù)/模(D/A)轉換,、溫度的調節(jié)與控制,、位置控制等。這些特殊控制功能的實現(xiàn),，一般需要選用PLC的特殊功能模塊,。

A/D轉換與D/A轉換多用于過程控制或閉環(huán)調節(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)變化的物理量進行采樣,，并通過必要的運算(如PID)，實現(xiàn)閉環(huán)自動調節(jié),。當然,，需要時也可以對這些物理量的進行各種形式的顯示。

在PLC中,，位置控制一般是通過PLC的特殊應用指令,，通過對命令的寫入與狀態(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,，指令脈沖再通過伺服驅動器(或步進驅動器),，驅動伺服電機(或步進電機)帶動進給傳動系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)位置控制。

(3) 網(wǎng)絡與通信功能。隨著信息技術的發(fā)展,，網(wǎng)絡與通信在工業(yè)控制中已經(jīng)顯得越來越重要,。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)間的簡單串行口通信。

然而,，現(xiàn)代PLC的通信不僅可以進行PLC與外設間的通信，而且可以在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)絡間進行通信,，并可以通過現(xiàn)場總線,、網(wǎng)絡總線組成系統(tǒng),，從而使得PLC可以方便地進入工廠自動化系統(tǒng),。

2. PLC的應用領域

隨著PLC功能的不斷完善,、性價比的不斷tigao,，它的應用面也越來越廣,。目前，PLC在國內(nèi)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、船舶,、裝卸、造紙,、紡織,、環(huán)保和娛樂等行業(yè)，主要的應用范圍包括開關控制,、順序控制、運動控制,、過程控制,、數(shù)據(jù)處理、信號報警和聯(lián)鎖系統(tǒng)及通信和聯(lián)網(wǎng)等方面,。

(1) 開關量的邏輯控制,。這是PLC最基本、最廣泛的應用領域,，可用它取代傳統(tǒng)的“繼電器-接觸器”控制電路,，實現(xiàn)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化流水線。如電梯控制,、高爐上料、注塑機,、印刷機,、數(shù)控與組合機床、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,，PLC各廠家都生產(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) 運動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制,。從控制機構配置來說,，早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構;現(xiàn)在可使用專用的運動控制模塊，如可驅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廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,，廣泛地用于各種機械、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、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(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處理一般是運行專用的PID子程序,。過程控制在冶金、化工,、熱處理,、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。過程控制又可細分為慢連續(xù)量的過程控制和快連續(xù)量的運動控制兩種,。

1) 慢連續(xù)量的過程控制,。慢連續(xù)量的過程控制是指對溫度、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)控制計算機，PLC通過模擬量輸入輸出模塊,，實現(xiàn)A/D和D/A的轉換,，并通過專用的智能PID模塊，編制各種各樣的控制算法程序,，實現(xiàn)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(tǒng)中常用的控制方法，PID處理一般是運行專用的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、磨礦分級過程控制,、水處理控制,、釀酒控制等。

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

(5) 數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算(含矩陣運算、邏輯運算),、數(shù)據(jù)傳送,、數(shù)據(jù)轉換、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(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),。隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展,，工廠自動化網(wǎng)絡的發(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)絡系統(tǒng),。最新生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，實現(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之間進行通信,。既可在同型號PLC之間進行通信,，也可在不同型號的PLC之間進行通信,。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，從而可簡單地實現(xiàn)生產(chǎn)過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智能控制設備進行通信,，形成一個功能強大的控制網(wǎng)絡,。

3) PLC與上位計算機之間的通信：可用計算機進行編程，或對PLC進行監(jiān)控和管理,。通常情況下,，采用多臺PLC實現(xiàn)分散控制，由一臺上位計算機進行集中管理,，這樣的系統(tǒng)稱為分布式控制系統(tǒng),。

4) PLC與PLC的數(shù)據(jù)存取單元進行通信：PLC提供了各種型號不一的數(shù)據(jù)存取單元，通過此數(shù)據(jù)存取單元可方便地對設定數(shù)據(jù)進行修改,，對各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)或圖形變化進行監(jiān)控,，還可對PC出現(xiàn)的故障進行診斷等。

近幾年來,，隨著計算機控制技術和通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展,，已興起工廠自動化(FA)網(wǎng)絡系統(tǒng)。PLC的聯(lián)網(wǎng),、通信功能正適應了智能化工廠發(fā)展的需要,，它可使工業(yè)控制從點到線再到面，使設備級的控制,、生產(chǎn)線的控制和工廠造更高的效益,。

PLC的應用領域越來越廣泛,，幾乎可以說凡是有控制系統(tǒng)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,，隨著PLC性能價格比的不斷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(tǒng)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)絡結構

圖1-5 S7-200PLC在廣電系統(tǒng)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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