1.3 可編程控制器基本應(yīng)用

    最初，PLC主要用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。


    如今，PLC不僅用于開(kāi)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(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實(shí)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(gè)重要的角色。。


    1.3.1 用于開(kāi)關(guān)量控制


    PLC控制開(kāi)關(guān)量的能力是很強(qiáng)的。所控制的入出點(diǎn)數(shù)，少的十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn)，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬(wàn)點(diǎn)。由于它能聯(lián)網(wǎng)，點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制，不管多少點(diǎn)都能控制。


    所控制的邏輯問(wèn)題可以是多種多樣的：組合的、時(shí)序的；即時(shí)的、延時(shí)的；不需計(jì)數(shù)的，需要計(jì)數(shù)的；固定順序的，隨機(jī)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(shí)，非常靈活。必要時(shí)，可編寫(xiě)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(chǎng)多工況、多狀態(tài)變換的需要。


    用PLC進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制實(shí)例是很多的，冶金、機(jī)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(wú)法與其比擬的，就是它能方便并可靠地用于開(kāi)關(guān)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(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程，常要對(duì)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(duì)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(kāi)發(fā)。目前，不僅大型、中型機(jī)可以進(jìn)行模擬量控制，就是小型機(jī)，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(guò)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(gè)區(qū)。可讀寫(xiě)）交換信息等等特點(diǎn)。


    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(jī)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(duì)有信息處理能力的 PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強(qiáng)，不僅可進(jìn)行數(shù)字的加、減、乘、除，還可開(kāi)方，插值，還可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。有的還有PID指令，可對(duì)偏差制量進(jìn)行比例、微分、積分運(yùn)算，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。計(jì)算機(jī)能算的它幾乎都能算。


    這樣，用PLC實(shí)現(xiàn)模擬量控制是完全可能的?？刂频膯挝恢悼尚〉?12分之一的測(cè)量程值，多數(shù)也是足夠的。


    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(shí)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(shí)，開(kāi)關(guān)量也可控制。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是別的控制器所不具備的，或控制的實(shí)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(jià)格比上不如用調(diào)節(jié)器。這也是應(yīng)當(dāng)看到的。

    1.3.3 用于數(shù)字量控制

    實(shí)際的物理量，除了開(kāi)關(guān)量、模擬量，還有數(shù)字量。如機(jī)床部件的位移，常以數(shù)字量表示。


    數(shù)字量的控制，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(guó)的基于計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及，并也很完善。目前，先進(jìn)國(guó)家的金屬切削機(jī)床，數(shù)控化的比率已超過(guò)40％～80％，有的甚至更高。


    PLC也是基于計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)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(dá)幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)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(jìn)電機(jī)），則完全可以依NC的原理實(shí)現(xiàn)種種控制。


    高、中檔的PLC，還開(kāi)發(fā)有NC單元，或運(yùn)動(dòng)單元，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。運(yùn)動(dòng)單元還可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)，可控制曲線運(yùn)動(dòng)。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(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)單元，甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語(yǔ)言，為更好地用PLC進(jìn)行數(shù)字控制提供了方便。


    1.3.4 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(chǔ)區(qū)越來(lái)越大。如OMRON公司的PLC，前期產(chǎn)品C60P的DM區(qū)僅64個(gè)字，而后來(lái)的C60H達(dá)到1000個(gè)字；到了CQMI可多達(dá)6000個(gè)字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。


    數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時(shí)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(shí)地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。


    PLC還可配置上小型打印機(jī)，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來(lái)。


    PLC也可與計(jì)算機(jī)通訊，由計(jì)算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理。這時(shí)，PLC即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。


    電業(yè)部門曾這么使用PLC，用以實(shí)時(shí)記錄用戶用電情況，以實(shí)現(xiàn)不同用電時(shí)間、不同計(jì)價(jià)的收費(fèi)辦法，鼓勵(lì)用戶在用電低谷時(shí)多用電，達(dá)到合理用電與節(jié)約用電的目的。

    1.3.5 用于進(jìn)行監(jiān)控


    PLC自檢信號(hào)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(shí)，完全可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行監(jiān)控。


    這里介紹一種用PLC定時(shí)器作看門狗，對(duì)控制對(duì)象工作情況進(jìn)行監(jiān)控的思路。


    如用PLC控制某運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作，看施加控制后動(dòng)作進(jìn)行了沒(méi)有，可用看門狗辦法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時(shí)，令看門狗定時(shí)器計(jì)時(shí)。如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作完成，即定時(shí)器未超過(guò)警戒值的情況下，已收到動(dòng)作完成信號(hào)，則說(shuō)明控制對(duì)象工作正常，無(wú)需報(bào)警。


    若超時(shí)，說(shuō)明不正常，可作相應(yīng)處理。


    如果控制對(duì)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(wèn)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(duì)一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動(dòng)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(jì)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，降低故障修復(fù)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。

    l.3.6 用于聯(lián)網(wǎng)、通訊

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


    PLC可與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行通訊，可用計(jì)算機(jī)參與編程及對(duì)PLC進(jìn)行控制的管理，使PLC用起來(lái)更方便。


    為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，可實(shí)行一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制與管理多臺(tái)PLC，多的可達(dá)32臺(tái)。也可一臺(tái)PLC與兩臺(tái)或更多的計(jì)算機(jī)通訊，交換信息，以實(shí)現(xiàn)多地對(duì)PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。
PLC與PLC也可通訊?？梢粚?duì)一PLC通訊。可幾個(gè)PLC通訊?？啥嗟綆资?、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。

    可聯(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(jì)算機(jī)、各種智能裝置也都可進(jìn)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(wàn)的PLC、計(jì)算機(jī)、智能裝置組織在一個(gè)網(wǎng)中。


    網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)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(diǎn)（Point）、到線（（Line）再到面（Aero），使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個(gè)整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。這個(gè)無(wú)限美好的前景，已越來(lái)越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。


    以上幾點(diǎn)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(gè)設(shè)備，甚至一個(gè)部件，一個(gè)站點(diǎn)；大的可控制多臺(tái)設(shè)備，一條生產(chǎn)線，以至于整個(gè)工廠?？梢哉f(shuō)，工業(yè)控制的大小場(chǎng)合，都離不開(kāi)PLC。


    一般講，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程可分為兩種類型；連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程（如化學(xué)工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產(chǎn)過(guò)程（如機(jī)械制造業(yè)）。前者生產(chǎn)對(duì)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(gè)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(guò)程都有其用武之地。 


    事實(shí)上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒(méi)有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過(guò)程，如樓宇自動(dòng)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(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點(diǎn)決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。