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1. PLC的功能

如前所述，PLC是一種根據(jù)生產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、網絡技術的發(fā)展，PLC作為基本的工業(yè)控制設備，網絡與通信功能已經成為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) 網絡與通信功能。隨著信息技術的發(fā)展，網絡與通信在工業(yè)控制中已經顯得越來越重要。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)網絡間進行通信，并可以通過現(xiàn)場總線、網絡總線組成系統(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、包裝生產線、電鍍流水線等。

(2) 模擬量控制。在工業(yè)生產過程中，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。現(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。隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展，工廠自動化網絡的發(fā)展也更加迅猛，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。最新生產的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絡技術的發(fā)展，已興起工廠自動化(FA)網絡系統(tǒng)。PLC的聯(lián)網、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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