PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 1.1可編程控制器實現(xiàn)控制的要點 入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。 入出信息變換靠運行存儲于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序（不可更改），又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信號與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。什么樣的控制要求，就應(yīng)有什么樣的用戶程序。 可靠物理實現(xiàn)主要靠輸人（INPUT）及輸出（OUTPUT）電路。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計算機電路在電上是隔離的，靠光耦元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等等。 I/O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個I或O電路。PLC有多I/O用點，一般也就有多少個I/O用電路。但由于它們都是由高度集成化的電路組成的，所以，所占體積并不大。 輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。每一輸入點都有一個對應(yīng)的存儲其信息的暫存器。 輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點。輸出鎖存器與輸出點也是一一對應(yīng)的。 這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。它們與計算機內(nèi)存交換信息通過計算機總線，并主要由運行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸人暫存器的信息讀到PLC的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應(yīng)位（bit）稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成1，表示接點通，置成0為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。 輸出鎖存器與PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對應(yīng)的。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位（bit）與其對應(yīng)，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈?？窟\行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器。這個映射也稱輸出刷新。輸出刷新主要也是靠運行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。這是一個數(shù)據(jù)及邏輯處理問題。由于PLC有強大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。 2 實現(xiàn)控制過程 簡單地說，PLC實現(xiàn)控制的過程一般是： 輸入刷新——再運行用戶程序——再輸出刷新——再輸入刷新——再運行用戶程序——再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復(fù)地進行著。 圖1.1所示的流程圖反映的就是上述過程。它也反映了信息的時間關(guān)系。 有了上述過程，用PLC實現(xiàn)控制顯然是可能的。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入PLC的輸入映射區(qū)；經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。又由于這個過程是永不停止地循環(huán)反復(fù)地進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化的。只是響應(yīng)的時間上，略有滯后。當(dāng)然，這個滯后不宜太大，否則，所實現(xiàn)的控制不那么及時，也就失去控制的意義。 為此，PLC的工作速度要快。速度快、執(zhí)行指令時間短，是PLC實現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。事實上，它的速度是很快的，執(zhí)行一條指令，多的幾微秒、幾十微秒，少的才零點幾，或零點零幾微秒。而且這個速度還在不斷提高中。 圖1.1所示的過程是簡化的過程，實際的PLC工作過程還要復(fù)雜些。除了I/O刷新及運行用戶程序，還要做些公共處理工作。 公共處理工作有：循環(huán)時間監(jiān)控、外設(shè)服務(wù)及通訊處理等。 監(jiān)控循環(huán)時間的目的是避免"死循環(huán)"，避免程序不能反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行。辦法是用"看門狗"（Watchingdog）。只要循環(huán)超時，它可報警，或作相應(yīng)處理. 外設(shè)服務(wù)是讓PLC可接受編程器對它的操作，或通過接口向輸出設(shè)備如打印機輸出數(shù)據(jù). 通訊處理是實現(xiàn)PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與其它工業(yè)控制裝置或智能部件間信息交換的。這也是增強PLC控制能力的需要。 也就是說，實際的PLC工作過程總是：公共處理——I/O刷新——運行用戶程序——再公共處理——……反復(fù)不停地重復(fù)著。 3 可編程控制器實現(xiàn)控制的方式 用這種不斷地重復(fù)運行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計算機進行實時控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。在中斷方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應(yīng)后正運行的程序停止運行，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作（運行有關(guān)中斷服務(wù)程序）。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。哪個不需處理，將不被理睬。顯然，中斷方式與掃描方式是不同的。 在中斷方式下，計算機能得到充分利用，緊急的任務(wù)也能得到及時處理。但是，如果同時來了幾個都要處理的任務(wù)該怎么辦呢？優(yōu)先級高的還好辦，低的呢？可能會出現(xiàn)照顧不到之處。所以，中斷方式不大適合于工作現(xiàn)場的日常使用。 但是，PLC在用掃描方式為主的情況下，也不排斥中斷方式。即，大量控制都用掃描方式，個別急需的處理，允許中斷這個掃描運行的程序，轉(zhuǎn)而去處理它。這樣，可做到所有的控制都能照顧到，個別應(yīng)急的也能進行處理。 PLC的實際工作過程比這里講的還要復(fù)雜一些，分析其基本原理，也還有一些理論問題。有關(guān)人員如果能把上面介紹的入出變換、物理實現(xiàn)——信息處理、I/O電路——空間、時間關(guān)系——掃描方式并輔以中斷方式，作為一種思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎樣去實現(xiàn)控制的，也就好把握住PLC基本原理的要點了。至于更深入的問題，在進一步學(xué)習(xí)中，將再作具體介紹。 PLC的基本特點 從討論PLC的工作原理知，PLC的輸入與輸出在物理上是彼此隔開的，其間的聯(lián)系是靠運行存儲于它的內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。它的入出相關(guān)，不是靠物理過程，不是用線路；而是靠信息過程，用軟邏輯聯(lián)系。它的工作基礎(chǔ)是用好信息。 信息不同于物質(zhì)與能量，有自身的規(guī)律。信息便于處理，便于傳遞，便于存儲；信息還可重用，等等。正是由于信息的這些特點，決定了PLC的基本特點。 下面介紹PLC的四個特點： 1 功能豐富 PLC的功能非常豐富。這主要與它具有豐富的處理信息的指令系統(tǒng)及存儲信息的內(nèi)部器件有關(guān)。 它的指令多達幾十條、幾百條，可進行各式各樣的邏輯問題的處理，還可進行各種類型數(shù)據(jù)的運算。凡普通計算機能做到的，它也都可作到。 它的內(nèi)部器件，即內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，種類繁多，容量宏大。I/O繼電器，可以用以存儲入、出點信息的，少的幾十、幾百，多的可達幾千、幾萬，以至10幾萬。這意味著它可進行這么多I/O點的入出信息變換，進行這么大規(guī)模的控制。 它的內(nèi)部種種繼電器，相當(dāng)于中間繼電器，數(shù)量更多。內(nèi)存中一個位就可作為一個中間繼電器，怎么不多！ 它的計數(shù)器、定時器也很多，是繼電電路所望塵莫及的。小小的箱體或模塊，其內(nèi)部定時器、計數(shù)器可達成百、成千。這也是因為只要用內(nèi)存中的一個字，再加一些標(biāo)志位，即可成為定時器、計數(shù)器，所以才那么多。 而且，這些內(nèi)部器件還可設(shè)置成丟電保持的，或丟電不保持的，即上電后予以清零的。以滿足不同的使用要求。這些也是繼電器件所難以做到的。 它的數(shù)據(jù)存儲區(qū)還可用以存儲大量數(shù)據(jù)，幾百、幾千、幾萬字的信息都可以存，而且，掉電后還不丟失。 PLC還有豐富的外部設(shè)備，可建立友好的人機界面，以進行信息交換?？伤腿氤绦?，送入數(shù)據(jù)，可讀出程序，讀出數(shù)據(jù)。而且讀、寫時可在圖文并茂的畫面上進行。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲，可打印。數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入，等等。 PLC還具有通訊接口，可與計算機鏈接或聯(lián)網(wǎng)，與計算機交換信息。自身也可聯(lián)網(wǎng)，以形成單機所不能有的更大的、地域更廣的控制系統(tǒng)。 PLC還有強大的自檢功能，可進行自診斷。其結(jié)果可自動記錄。這為它的維修增加了透明度，提供了方便。 豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時，也為工業(yè)系統(tǒng)的自動化、遠動化及其控制的智能化創(chuàng)造了條件。 像PLC這樣集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的；更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。 2 使用方便 用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常方便的。這是因為：首先PLC控制邏輯的建立是程序,用程序代替硬件接線。編程序比接線，更改程序比更改接線，當(dāng)然要方便得多！ 其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。而且，這些模塊是配套的，已實現(xiàn)了系列化與規(guī)格化。種種控制系統(tǒng)所需的模塊，PLC廠家多有現(xiàn)貨供應(yīng)，市場上即可購得。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。 正因如此，用可編程序控制器才有這個"可"字。對軟件講，它的程序可編，也不難編。對硬件講，它的配置可變，而且也易于變。 具體地講，PLC有五個方面的方便： （1）配置方便：可接控制系統(tǒng)的需要確定要使用哪家的PLC，那種類型的，用什么模塊，要多少模塊，確定后，到市場上定貨購買即可。 （2）安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。外部接線有接線器，接線簡單，而且一次接好后，更換模塊時，把接線器安裝到新模塊上即可，都不必再接線。內(nèi)部什么線都不要接，只要作些必要的DIP開關(guān)設(shè)定或軟件設(shè)定，以及編制好用戶程序就可工作。 （3）編程方便：PLC內(nèi)部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數(shù)器，但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實實在在地存在著。其數(shù)量之多是繼電器控制系統(tǒng)難以想象的。即使是小型的PLC，內(nèi)部繼電器數(shù)都可以千計，時間繼電器、計數(shù)也以百計。而且，這些繼電器的接點可無限次地使用。PLC內(nèi)部邏輯器件之多，用戶用起來已不感到有什么限制。唯一考慮的只是入出點。而這個內(nèi)部入出點即使用得再多，也無關(guān)緊要。大型PLC的控制點數(shù)可達萬點以上，哪有那么大的現(xiàn)實系統(tǒng)？若實在不夠，還可聯(lián)網(wǎng)進行控制，不受什么限制。PLC的指令系統(tǒng)也非常豐富，可毫不困難地實現(xiàn)種種開關(guān)量，以及模擬量的控制。PLC還有存儲數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)，可存儲控制過程的所有要保存的信息。……總之，由于PLC功能之強，發(fā)揮其在控制系統(tǒng)的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人們的想象力，或與其配套的其它硬件設(shè)施了。 PLC的外設(shè)很豐富，編程器種類很多，用起來都較方便，還有數(shù)據(jù)監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。 PLC的程序也便于存儲、移植及再使用。某定型產(chǎn)品用的PLC的程序完善之后，凡這種產(chǎn)品都可使用。生產(chǎn)一臺，拷貝一份即可。這比起繼電器電路臺臺設(shè)備都要接線、調(diào)試，要省事及簡單得多。 （4）維修方便：這是因為： ①PLC工作可靠，出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。這在講述PLC的第三個特點時，還將進一步介紹。 ②即使PLC出現(xiàn)故障，維修也很方便。這是因為PLC都設(shè)有很多故障提示信號，如PLC支持內(nèi)存保持?jǐn)?shù)據(jù)的電池電壓不足，相應(yīng)的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。可按模塊排故，而模塊的備件市場可以買到，進行簡單的更換就可以。至于軟件，調(diào)試好后不會出故障，再多只要依據(jù)使用經(jīng)驗進行調(diào)整，使之完善就是了。 （5）改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。如果原設(shè)備與新設(shè)備差別較大，它的一些模塊還可重用。 3 工作可靠 用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運用，也就不成其為PLC了。 （1） 在硬件方面： PLC的輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離。其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。 PLC使用的元器件多為無觸點的，而且為高度集成的，數(shù)量并不太多，也為其可靠工作提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝上，為使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可確保PLC耐振動、耐沖擊。使用環(huán)境溫度可高達攝氏50多度，有的PLC可高達80——90度。 有的PLC的模塊可熱備，一個主機工作，另一個主機也運轉(zhuǎn)，但不參與控制，僅作備份。一旦工作主機出現(xiàn)故障，熱備的可自動接替其工作。 還有更進一步冗余的，采用三取一的設(shè)計，CPU、I/O模塊、電源模塊都冗余或其中的部分冗余。三套同時工作，最終輸出取決于三者中的多數(shù)決定的結(jié)果。這可使系統(tǒng)出故障的機率幾乎為零，做到萬無一失。當(dāng)然，這樣的系統(tǒng)成本是很高的，只用于特別重要的場合，如鐵路車站的道叉控制系統(tǒng)。 （2）軟件方面： PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的"冒險競爭"，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應(yīng)急處理急于處理的控制，保證了PLC對應(yīng)急情況的及時響應(yīng)，使PLC能可靠地工作。 為監(jiān)控PLC運行程序是否正常，PLC系統(tǒng)都設(shè)置了"看門狗"（Watchingdog）監(jiān)控程序。運行用戶程序開始時，先清"看門狗"定時器，并開始計時。當(dāng)用戶程序一個循環(huán)運行完了，則查看定時器的計時值。若超時（一般不超過100ms），則報警。嚴(yán)重超時，還可使PLC停止工作。用戶可依報警信號采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。定時器的計時值若不超時，則重復(fù)起始的過程，PLC將正常工作。顯然，有了這個"看門狗"監(jiān)控程序，可保證PLC用戶程序的正常運行，可避免出現(xiàn)"死循環(huán)"而影響其工作的可靠性。 PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號?？赏ㄟ^編制相應(yīng)的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統(tǒng)進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。 PLC每次上電后，還都要運行自檢程序及對系統(tǒng)進行初始化。這是系統(tǒng)程序配置了的，用戶可不干預(yù)。出現(xiàn)故障時有相應(yīng)的出錯信號提示。 正是PLC在軟、硬件諸方面有強有力的可靠性措施，才確保了PLC具有可靠工作的特點。它的平均無故障時間可達幾萬小時以上；出了故障平均修復(fù)時間也很短，幾小時以至于幾分鐘即可。 曾有人做過為什么要使用PLC的問卷調(diào)查。在回答中，多數(shù)用戶把PLC工作可靠作為選用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作為它的首選指標(biāo)。 4 經(jīng)濟合算 高新技術(shù)的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。PLC也是如此。 盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經(jīng)濟的。這是因為： 使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少；使用時省電，運行費少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。 可編程控制器基本應(yīng)用 最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 如今，PLC不僅用于開關(guān)量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。 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(fā)。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(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(fù)值的。 這里的D，小型機多為8位二進制數(shù)，中、大型多為12位二進制數(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，不僅可進行數(shù)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(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。控制的單位值可小到212分之一的測量程值，多數(shù)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(xiàn)控制，可得到很高的控制質(zhì)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(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。這也是應(yīng)當(dāng)看到的。 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。故它也完全可以用于數(shù)字量控制。 PLC可接收計數(shù)脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲?？捎枚喾N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(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（如環(huán)形分配器、功放、步進電機），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，完全可利用它進行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖ο筮M行監(jiān)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(jiān)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(xiàn)監(jiān)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(guī)定的時間內(nèi)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(yīng)處理。 如果控制對象的各重要控制環(huán)節(jié)，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統(tǒng)的工作將了如指掌，出現(xiàn)了問題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。 還有其它一些監(jiān)控工作可做。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(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)多地對PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。 PLC與PLC也可通訊?？梢粚σ籔LC通訊?？蓭讉€PLC通訊?？啥嗟綆资装?。 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。 可聯(lián)接成遠程控制系統(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網(wǎng)?？捎每偩€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。 一般講，工業(yè)生產(chǎn)過程可分為兩種類型；連續(xù)型生產(chǎn)過程（如化學(xué)工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產(chǎn)過程（如機械制造業(yè)）。前者生產(chǎn)對象是連續(xù)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(yīng)用，而且，控制的規(guī)模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產(chǎn)過程都有其用武之地。 事實上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。從行業(yè)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(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過程，如樓宇自動化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。 PLC能有上述幾個范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。 可編程控制器基本類型 可編程控制器類型很多，可從不同的角度進行分類： 1 按控制規(guī)模分 控制規(guī)模主要指控制開關(guān)量的入、出點數(shù)及控制模擬量的模入、模出，或兩者兼而有之（閉路系統(tǒng)）的路數(shù)。但主要以開關(guān)量計。模擬量的路數(shù)可折算成開關(guān)量的點，大致一路相當(dāng)于8～16點。 依這個點數(shù)，PLC大致可分為微型機、小型機、中型機及大型機、超大型機。 微型機控制點僅幾十點，如德維森公司的V80系列PLC本體從16點到40點，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西門子的Logo僅10點。 小型機控制點可達100多點。如如德維森公司的V80系列PLC可擴展到256點，OMRON公司的C60P可達148點，CQM1達256點。德國西門子公司的S7-200機可達64點。 中型機控制點數(shù)可達近500點，以至于千點。如德維森公司的PPC11系列可擴展到1024點，OMRON公司C200H機普通配置最多可達700多點，C200Ha機則可達1000多點。德國西門子公司的S7300機最多可達512點。 大型機：控制點數(shù)一般在1000點以上。如如德維森公司的PPC22系列可擴展到2048點，OMRON公司的C1000H、CV1000，當(dāng)?shù)嘏渲每蛇_1024點。C2000H、CV2000當(dāng)?shù)嘏渲每蛇_2048點。 超大型機：控制點數(shù)可達萬點，以至于幾萬點。如美國GE公司的90－70機，其點數(shù)可達24000點，另外還可有8000路的模擬量。再如美國莫迪康公司的PC－E984——785機，其開關(guān)量具總數(shù)為32k（32768），模擬量有2048路。西門子的SS－115U－CPU945，其開關(guān)量總點數(shù)可達8k，另外還可有512路模擬量。等等。 以上這種劃分是不嚴(yán)格的，只是大致的，目的是便于系統(tǒng)的配置及使用。 一般講，根據(jù)實際的I/O點數(shù)，凡落在上述不同范圍者，選用相應(yīng)的機型，性能價格比必然要高；相反，肯定要差些。 自然，也有特殊情況。如控制點數(shù)不是非常之多，不是非用大型機不可，但因大型機的特殊控制單元多，可進行熱備配置，因而采用了大型機。 2 按結(jié)構(gòu)劃分 PLC可分為箱體式及模塊式兩大類。微型機、小型機多為箱體式的，但從發(fā)展趨勢看，小型機也逐漸發(fā)展成模塊式的了。如OMRON公司，原來小型機都是箱體式，現(xiàn)在的CQM1則為模塊式的。 箱體的PLC把電源、CPU、內(nèi)存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內(nèi)。一個主機箱體就是一臺完整的PLC，就可用以實現(xiàn)控制?？刂泣c數(shù)不符需要，可再接擴展箱體，由主箱體及若干擴展箱體組成較大的系統(tǒng)，以實現(xiàn)對較多點數(shù)的控制。 模塊式的PLC是按功能分成若干模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。大型機的模塊功能更單一一些，因而模塊的種類也相對多些。這也可說是趨勢。目前一些中型機，其模塊的功能也趨于單一，種類也在增鄉(xiāng)。如同樣OMRON公司C20系列PLC，H機的CPU單元就含有電源，而Ha機則把電源分出，有單獨的電源模塊。 模塊功能更單一、品種更多，可便于系統(tǒng)配置，使PLC更能物盡其用，達到更高的使用效益。 由模塊聯(lián)結(jié)成系統(tǒng)有三種方法： ①無底板，靠模塊間接口直接相聯(lián)，然后再固定到相應(yīng)導(dǎo)軌上。德維森公司的V80系列PLC就是這種結(jié)構(gòu)，比較緊湊。 ②有底板，所有模塊都固定在底板上。如德維森公司的PPC11、PPC22和PPC31系列PLC，OMRON公司的C200Ha機，CV2000等中、大型機就是這種結(jié)構(gòu)。它比較牢固，但底板的槽數(shù)是固定的，如3、5、8、10槽等等。槽數(shù)與實際的模塊數(shù)不一定相等，配置時難免有空槽。這既浪費，又多占空間，還得占空單元把多余的槽作填補。 ③用機架代替底板，所有模塊都固定在機架上。這種結(jié)構(gòu)比底板式的復(fù)雜，但更牢靠。一些特大型的PLC用的多為這種結(jié)構(gòu)。 3 按生產(chǎn)廠家分 目前生產(chǎn)PLC的廠家較多。但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多。較有影響的，在中國市場占有較大份額的公司有： 德國西門子公司：它有S5系列的產(chǎn)品。有S5－95U、100U、115U、135U及155U。135U、155U為大型機，控制點數(shù)可達6000多點，模擬量可達300多路。最近還推出S7系列機，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機（大型）。性能比S5大有提高。 日本OMRON公司：它有CPM1A型機，P型機，H型機，CQM1、CVM、CV型機，Ha型、F型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。 日本三菱公司的PLC也是較早推到我國來的。其小型機F1前期在國內(nèi)用得很多，后又推出FX2機，性能有很大提高。它的中、大型機為A系列。AIS、AZC、A3A等。 日本日立公司也生產(chǎn)PLC，其E系列為箱體式的?；鞠潴w有E-20、E-28、E－40、E－64。其I/O點數(shù)分別為12/8、16/12、24/16及40/24。另外，還有擴展箱體，規(guī)格與主箱體相同其EM系列為模塊式的，可在16～160之間組合。 日本東芝公司也生產(chǎn)PLC，其EX小型機及EX－PLUS小型機在國內(nèi)也用得很多。它的編程語言是梯形圖，其專用的編程器用梯形圖語言編程。另外，還有EX100系列模塊式PLC，點數(shù)較多，也是用梯形圖語言編程。 日本松下公司也生產(chǎn)PLC。FP1系列為小型機，結(jié)構(gòu)也是箱體式的，尺寸緊湊。FP3為模塊式的，控制規(guī)模也較大，工作速度也很快，執(zhí)行基本指令僅0•l微秒。 日本富士公司也有PLC。其NB系列為箱體式的，小型機。NS系列為模塊式。 美國GE公司、日本FANAC合資的GE－FANAC的90－70機也是很吸引人的。據(jù)介紹。它具有25個特點。諸如，用軟設(shè)定代硬設(shè)定，結(jié)構(gòu)化編程，多種編程語言，等等。它有914、781／782、771／772、731／732等多種型號。另外，還有中型機90－30系列，其型號有344、331、323、321多種；還有90－20系列小型機，型號為211。 美國施奈德公司（莫迪康）的984機也是很有名的。其中E984－785可安31個遠程站點，總控制規(guī)?？蛇_63535點。小的為緊湊型的，如984-120，控制點數(shù)為256點，在最大與最小之間，共20多個型號。最近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40點幾種規(guī)格。 美國AB（Alien－Bradley）公司創(chuàng)建于1903年，在世界各地有20多個附屬機構(gòu)，10多個生產(chǎn)基地?？删幊炭刂破饕彩撬闹匾a(chǎn)品。它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多種型號。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC－500系列。有三種配置，20、30及40I/O配置選擇，I/O點數(shù)分別為12/8、18/12及24/16三種。 美國IPM公司的IP1612系列機，由于自帶模擬量控制功能，自帶通訊口，集成度又非常之高，雖點數(shù)不多，僅16入，12出，但性價比還是高的，很適合于系統(tǒng)不大，但又有模擬量需控制的場合。新出的lP3416機，I/O點數(shù)擴大到34入、12出，而且還自帶一個簡易小編程器，性能又有改進。 國內(nèi)PLC廠家近年來發(fā)展較快，目前有幾家國產(chǎn)PLC廠商則是齊頭并進，但大多規(guī)模不大。比較有影響的有：深圳德維森、深圳艾默生、無錫光洋、無錫信捷、北京和利時、北京凱迪恩、北京安控、黃石科威、洛陽易達、浙大中控、浙大中自、南京冠德、蘭州全志等。如，德維森公司自主研發(fā)生產(chǎn)了多種型號與規(guī)格的PLC，有V80、PPC11、PPC22和PPC31等幾個系列，產(chǎn)品種類齊全，性能穩(wěn)定可靠，在性價比上有較大的優(yōu)勢。和利時公司的FOPLC系列和自主研發(fā)的G3系列，憑借公司在工程領(lǐng)域的實力，已逐步向工控中多個領(lǐng)域邁進。國產(chǎn)PLC從技術(shù)方面來講，差距已逐步縮小，市場方面則要一點一點去爭，相信國產(chǎn)PLC憑借其自身的技術(shù)實力和本地化的技術(shù)服務(wù)能力以一個合格的挑戰(zhàn)者身份與國際品牌同場競技。 此外，韓國和臺灣地區(qū)的一些公司目前在國內(nèi)也占據(jù)不可忽視的市場份額，比如韓國LS（LG）公司的K80S、K120S、K200S、K300S和K1000S系列PLC，臺灣永宏的FBS系列PLC，臺達的DVP系列，盟立的SC500系列，豐煒的VB和VH系列和臺安的TP02系列PLC等。