可編程控制器(PLC)基礎講座（三）

    1.3 可編程控制器基本應用

    最初，PLC主要用于開關量的邏輯控制。隨著PLC技術的進步，它的應用領域不斷擴大。


    如今，PLC不僅用于開關量控制，還用于模擬量及數字量的控制，可采集與存儲數據，還可對控制系統進行監控；還可聯網、通訊，實現大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業控制裝置家族中一個重要的角色。。


    1.3.1 用于開關量控制


    PLC控制開關量的能力是很強的。所控制的入出點數，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點。由于它能聯網，點數幾乎不受限制，不管多少點都能控制。


    所控制的邏輯問題可以是多種多樣的：組合的、時序的；即時的、延時的；不需計數的，需要計數的；固定順序的，隨機工作的；等等，都可進行。 


    PLC的硬件結構是可變的，軟件程序是可編的，用于控制時，非常靈活。必要時，可編寫多套，或多組程序，依需要調用。它很適應于工業現場多工況、多狀態變換的需要。


    用PLC進行開關量控制實例是很多的，冶金、機械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有工業行業都需要用到它。目前，PLC首用的目標，也是別的控制器無法與其比擬的，就是它能方便并可靠地用于開關量的控制。

    1.3.2 用于模擬量控制


    模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續變化的。工業生產，特別是連續型生產過程，常要對這些物理量進行控制。


    作為一種工業控制電子裝置，PLC若不能對這些量進行控制，那是一大不足。為此，各PLC廠家都在這方面進行大量的開發。目前，不僅大型、中型機可以進行模擬量控制，就是小型機，也能進行這樣的控制。


    PLC進行模擬量控制，要配置有模擬量與數字量相互轉換的A／D、D／A單元。它也是I/O單元，不過是特殊的 I/O單元。


    A/D單元是把外電路的模擬量，轉換成數字量，然后送入 PLC。D/A單元，是把 PLC的數字量轉換成模擬量，再送給外電路。


    作為一種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內外電路隔離，與輸入輸出繼電器（或內部繼電器，它也是PLC工作內存的一個區。可讀寫）交換信息等等特點。


    這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有為溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍多為0～5V，0～10V，4～20mA。有的還可處理正負值的。


    這里的D，小型機多為8位二進制數，中、大型多為12位二進制數。


    A/D、D/A有單路，也有多路。多路占的輸入輸出繼電器多。


    有了 A/D、D/A單元，余下的處理都是數字量，這對有信息處理能力的 PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強，不僅可進行數字的加、減、乘、除，還可開方，插值，還可進行浮點運算。有的還有PID指令，可對偏差制量進行比例、微分、積分運算，進而產生相應的輸出。計算機能算的它幾乎都能算。


    這樣，用PLC實現模擬量控制是完全可能的。控制的單位值可小到212分之一的測量程值，多數也是足夠的。


    PLC進行模擬量控制，還有A/D、D/A組合在一起的單元，并可用 PID或模糊控制算法實現控制，可得到很高的控制質量。


    用PLC進行模擬量控制的好處是，在進行模擬量控制的同時，開關量也可控制。這個優點是別的控制器所不具備的，或控制的實現不如PLC方便。


    當然，若純為模擬量的系統，用PLC可能在性能價格比上不如用調節器。這也是應當看到的。

    1.3.3 用于數字量控制

    實際的物理量，除了開關量、模擬量，還有數字量。如機床部件的位移，常以數字量表示。


    數字量的控制，有效的辦法是NC，即數字控制技術。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術。當今已很普及，并也很完善。目前，先進國家的金屬切削機床，數控化的比率已超過40％～80％，有的甚至更高。


    PLC也是基于計算機的技術，并日益完善。故它也完全可以用于數字量控制。


    PLC可接收計數脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲。可用多種方式接收這脈沖，還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數據處理及運算能力，若再配備相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置（如環形分配器、功放、步進電機），則完全可以依NC的原理實現種種控制。


    高、中檔的PLC，還開發有NC單元，或運動單元，可實現點位控制。運動單元還可實現曲線插補，可控制曲線運動。所以，若PLC配置了這種單元，則完全可以用NC的辦法，進行數字量的控制。


    新開發的運動單元，甚至還發行了NC技術的編程語言，為更好地用PLC進行數字控制提供了方便。


    1.3.4 用于數據采集


    隨著PLC技術的發展，其數據存儲區越來越大。如OMRON公司的PLC，前期產品C60P的DM區僅64個字，而后來的C60H達到1000個字；到了CQMI可多達6000個字。這樣龐大的數據存儲區，可以存儲大量數據。


    數據采集可以用計數器，累計記錄采集到的脈沖數，并定時地轉存到DM區中去。

    數據采集也可用A/D單元，當模擬量轉換成數字量后，再定時地轉存到DM區中去。


    PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區的數據打出來。


    PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區的數據讀出，并由計算機再對這些數據作處理。這時，PLC即成為計算機的數據終端。


    電業部門曾這么使用PLC，用以實時記錄用戶用電情況，以實現不同用電時間、不同計價的收費辦法，鼓勵用戶在用電低谷時多用電，達到合理用電與節約用電的目的。

    1.3.5 用于進行監控


    PLC自檢信號很多，內部器件也很多，多數使用者未充分發揮其作用。


    其實，完全可利用它進行PLC自身工作的監控，或對控制對象進行監控。


    這里介紹一種用PLC定時器作看門狗，對控制對象工作情況進行監控的思路。


    如用PLC控制某運動部件動作，看施加控制后動作進行了沒有，可用看門狗辦法實現監控。具體作法是在施加控制的同時，令看門狗定時器計時。如在規定的時間內動作完成，即定時器未超過警戒值的情況下，已收到動作完成信號，則說明控制對象工作正常，無需報警。


    若超時，說明不正常，可作相應處理。


    如果控制對象的各重要控制環節，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統的工作將了如指掌，出現了問題，卡在什么環節上也很好查找。


    還有其它一些監控工作可做。對一個復雜的控制系統，特別是自動控制系統，監控以至進一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統的故障，出了故障也好查找，可提高累計平均無故障運行時間，降低故障修復時間，提高系統的可靠性。

    l.3.6 用于聯網、通訊

    PLC聯網、通訊能力很強，不斷有新的聯網的結構推出。


    PLC可與個人計算機相連接進行通訊，可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理，使PLC用起來更方便。


    為了充分發揮計算機的作用，可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC，多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊，交換信息，以實現多地對PLC控制系統的監控。
PLC與PLC也可通訊。可一對一PLC通訊。可幾個PLC通訊。可多到幾十、幾百。


    PLC與智能儀表、智能執行裝置（如變頻器），也可聯網通訊，交換數據，相互操作。

    可聯接成遠程控制系統，系統范圍面可大到10公里或更大。


    可組成局部網，不僅PLC，而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進網。可用總線網，也可用環形網。網還可套網。網與網還可橋接。聯網可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網中。


    網間的結點可直接或間接地通訊、交換信息。

    聯網、通訊，正適應了當今計算機集成制造系統（CIMS）及智能化工廠發展的需要。它可使工業控制從點（Point）、到線（（Line）再到面（Aero），使設備級的控制、生產線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體，進而可創造更高的效益。這個無限美好的前景，已越來越清楚地展現在我們這一代人的面前。


    以上幾點應用是著重從質上講的。從量上講，PLC有大、有小。所以，它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個設備，甚至一個部件，一個站點；大的可控制多臺設備，一條生產線，以至于整個工廠。可以說，工業控制的大小場合，都離不開PLC。


    一般講，工業生產過程可分為兩種類型；連續型生產過程（如化學工業）及非連續型，即離散型生產過程（如機械制造業）。前者生產對象是連續的，分不出件的；后者為離散的，一件件的。由于PLC有上述幾個方面的應用，而且，控制的規模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產過程都有其用武之地。 


    事實上，PLC已廣泛應用于工業生產的各個領域。從行業看，冶金、機械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒有不用到它的。不僅工業生產用它，一些非工業過程，如樓宇自動化、電梯控制也用到它。農業的大棚環境參數調控，水利灌溉也用到它。


    PLC能有上述幾個范圍廣泛的應用，是PLC自身特點決定的，也是PLC技術不斷完善的結果。