淺析PLC在自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

這是一張典型的PLC控制系統(tǒng)的框圖

1、用于開關(guān)量控制

PLC控制開關(guān)量的能力是很強的。所控制的入出點數(shù)，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(lián)網(wǎng)，點數(shù)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(shù)的、需要計數(shù)的、固定順序的、隨機工作的等等，都可進(jìn)行。

PLC的硬件結(jié)構(gòu)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(diào)用。它很適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場多工況、多狀態(tài)變換的需要。

用PLC進(jìn)行開關(guān)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(yè)行業(yè)都需要用到它。目前，PLC首用的目標(biāo)，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(guān)量的控制。

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(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過程，常要對這些物理量進(jìn)行控制。

作為一種工業(yè)控制電子裝置，PLC若不能對這些量進(jìn)行控制，那是一大不足，為此各PLC廠家都在這方面進(jìn)行大量的開發(fā)。目前，不僅大型、中型機可以進(jìn)行模擬量控制，就是小型機，也能進(jìn)行這樣的控制。PLC進(jìn)行模擬量控制，要配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送入PLC;D/A單元，是把PLC的數(shù)字量轉(zhuǎn)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(nèi)外電路隔離、與輸入輸出繼電器(或內(nèi)部繼電器，它也是PLC工作內(nèi)存的一個區(qū)，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(fù)值的。這里的D，小型機多為8位二進(jìn)制數(shù)，中、大型多為12位二進(jìn)制數(shù)。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(shù)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(jìn)行數(shù)字的加、減、乘、除，還可開方、插值，還可進(jìn)行浮點運算，有的還有PID指令，可對偏差制量進(jìn)行比例、微分、積分運算，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出，計算機能算的它幾乎都能算。

這樣，用PLC實現(xiàn)模擬量控制是完全可能的。

PLC進(jìn)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(xiàn)控制，可得到很高的控制質(zhì)量。用PLC進(jìn)行模擬量控制的好處是，在進(jìn)行模擬量控制的同時，開關(guān)量也可控制。這個優(yōu)點是別的控制器所不具備的，或控制的實現(xiàn)不如PLC方便。當(dāng)然，若純?yōu)槟M量的系統(tǒng)，用PLC可能在性能價格比上不如用調(diào)節(jié)器

3、用于運動控制

實際的物理量，除了開關(guān)量、模擬量，還有運動控制。如機床部件的位移，常以數(shù)字量表示。運動控制，有效的辦法是NC，即數(shù)字控制技術(shù)。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及，并也很完善。

目前，先進(jìn)國家的金屬切削機床，數(shù)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(shù)，并日益完善。PLC可接收計數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)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(dá)幾十k，有了這兩種功能，加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運算能力，若再配備相應(yīng)的傳感器(如旋轉(zhuǎn)編碼器)或脈沖伺服裝置，則完全可以依NC的原理實現(xiàn)種種控制。

高、中檔的PLC，還開發(fā)有NC單元，或運動單元，可實現(xiàn)點位控制。運動單元還可實現(xiàn)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(jìn)行數(shù)字量的控制。新開發(fā)的運動單元，甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語言，為更好地用PLC進(jìn)行數(shù)字控制提供了方便。

4、用于數(shù)據(jù)采集

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)越來越大。如德維森公司的PLC，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)(DM區(qū))可達(dá)到9999個字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，可以存儲大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器，累計記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。

PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計算機再對這些數(shù)據(jù)作處理。這時，PLC即成為計算機的數(shù)據(jù)終端。

電力用戶曾使用PLC，用以實時記錄用戶用電情況，以實現(xiàn)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(dá)到合理用電與節(jié)約用電的目的。

5、用于信號監(jiān)控

PLC自檢信號很多，內(nèi)部器件也很多，多數(shù)使用者未充分發(fā)揮其作用。其實，完全可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖ο筮M(jìn)行監(jiān)控。對一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動控制系統(tǒng)，監(jiān)控以至進(jìn)一步能自診斷是非常必要的，它可減少系統(tǒng)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(fù)時間，提高系統(tǒng)的可靠性。

6、用于聯(lián)網(wǎng)、通訊

PLC聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。

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

為了充分發(fā)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(dá)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(xiàn)多的對PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)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(zhí)行裝置(如變頻器)，也可聯(lián)網(wǎng)通訊，交換數(shù)據(jù)，相互操作?？陕?lián)接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到10公里或更大。可組成局部網(wǎng)，不僅PLC，而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進(jìn)網(wǎng)。可用總線網(wǎng)，也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網(wǎng)中。網(wǎng)間的結(jié)點可直接或間接地通訊、交換信息。

聯(lián)網(wǎng)、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點(Point)、到線((Line)再到面(Aero)，使設(shè)備級的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。這個無限美好的前景，已越來越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。

以上幾點應(yīng)用是著重從質(zhì)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(shè)備，甚至一個部件，一個站點;大的可控制多臺設(shè)備，一條生產(chǎn)線，以至于整個工廠?？梢哉f工業(yè)控制的大小場合，都離不開PLC。