详解PLC的控制功能和性能指标

可编程序控制器是一种以计算机(微处理器)为核心的通用工业控制装置。早期的可编程序控制器只能进行开关量的逻辑控制，称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。当今可编程序控制器采用微处理器(Microprocessor)作为中央处理单元，其功能也大大增强，不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能，所以称为可编程序控制器(Programmable Controller)，简称 PC。由于个人计算机(Personal Computer)也简称 PC，为避免混淆，所以可编程序控制器仍常被称为PLC。

国际电工委员会定义：可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。

现今，PLC 技术、数控技术、计算机辅助设计/计算机辅助生产(CAD/CAM)和机器人技术并列为工业生产自动化的四大支柱。

PLC的控制功能和性能指标

1.PLC的控制功能

(1)开关量控制

开关量控制也就是逻辑控制，这是 PLC 最初的应用领域。运用在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面，如机床电气控制，起重机、皮带运输机、包装机械的控制，注塑机的控制及电梯的控制等，如图7.1所示。

图7.1 开关量控制

(2)模拟量控制

目前，各种型号的 PLC 基本上都有模拟量处理功能，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，编程非常方便，如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置控制等都是典型的闭环过程控制的应用，如图7.2所示。

图7.2 闭环过程控制

(3)运动控制

也称位置控制，通过高速计数模块和位置控制模块进行单轴或多轴控制，实现直线运动或圆周运动。目前广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的例子如：PLC和计算机数控装置CNC组合成一体，构成先进的数控机床，如图 7.3所示。

图7.3 数控机床

(4)数据处理

现代PLC能够完成数学运算(函数运算、矩阵运算、逻辑运算)，数据的移位、比较、传递，数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。比如柔性制造系统、机器人控制系统、多点同步运行控制系统等。

(5)监控功能

PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行;也可在线调整、修改控制程序中的定时、计数等设定值或强制I/O状态，如图7.4所示。

(6)通信联网

指PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与智能仪表和智能执行装置(如变频器)之间的通信，利用 PLC 和计算机的 RS-232 或RS-422 接口、PLC 的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，建立自动化网络，如图7.5所示。

2.PLC的常见技术性能指标

(1)输入/输出点数

I/O点数即输入、输出端子的个数，点数越多，控制规模就越大。

图7.4 PLC多机组控制监控系统

图7.5 PLC电力线通信

(2)扫描速度

指PLC执行程序的速度，以ms/K步为单位。如20ms/K，表示扫描1K步的用户程序所需的时间是20ms。有时也以执行一步指令的时间计，以s /步为单位。

(3)用户程序存储器容量

即内存容量，指 PLC 存放用户程序的存储器容量。该参数决定了PLC可以容纳用户程序的长短，以字节为单位。在PLC中程序指令是按步存放的，一“步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节。一般一个地址单元也称为一个字，一个字为 16 位二进制数，每8位二进制数为一个字节。

(4)指令条数

它是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。指令种类及条数越多，其编程功能就越强，即处理能力、控制能力越强。

(5)内部寄存器

PLC内部有许多种寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等，如内部继电器寄存器、特殊继电器寄存器、数据寄存器、定时/计数寄存器、系统寄存器等。这些辅助寄存器可以给用户提供许多特殊功能或简化整体系统设计。因此，寄存器的配置是衡量 PLC 硬件功能的一个指标。

(6)高功能模块

PLC除主控模块外还可以配置各种高功能模块。主控模块实现基本控制功能，高功能模块实现某一种特殊控制功能。高功能模块的多少，是衡量PLC产品水平高低的重要标志。常用高功能模块有：A/D模块、D/A模块、高计数模块、速度控制模块、位置控制模块、温度控制模块、轴定位模块、通信模块、高级语言编辑以及各种物理量转换模块等。

PLC在工业控制中的六大应用功能

引言

PLC有大有小，所以它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说，工业控制的大小场合都离不开PLC。

最初PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着技术进步，PLC应用领域不断扩大。如今不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围跨地域的控制与管理。

PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。

01 用于开关量控制

PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点，由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制，所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的、即时的、延时的、不需计数的、需要计数的、固定顺序的、随机工作的等等，都可进行。

PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时可编写多套或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。

用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，PLC首用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。　　

02 用于模拟量控制

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。

作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足，为此各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。

A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC；D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离、与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区，可读写）交换信息等等特点。

这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA，有的还可处理正负值的。这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方、插值，还可进行浮点运算，有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出，计算机能算的它几乎都能算。

这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。

PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。　

03 用于运动控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有运动控制。如机床部件的位移，常以数字量表示。运动控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。

目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过40％～80％，有的甚至更高。PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹，可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k，有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置，则完全可以依NC的原理实现种种控制。高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。

所以，若PLC配置了这种单元，则完全可以用NC的办法，进行数字量的控制。新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。

04 用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的PLC，其数据存储区（DM区）可达到9999个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。

PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。

电力用户曾使用PLC，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到合理用电与节约用电的目的。

05 用于信号监控

PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。其实，完全可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的，它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。

06 用于联网、通讯

PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。

PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的管理，使PLC用起来更方便。

为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多的对PLC控制系统的监控。

PLC与PLC也可通讯，可一对一PLC通讯，可几个PLC通讯，可多到几十、几百。

PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通讯，交换数据，相互操作。可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或更大。可组成局部网，不仅PLC，而且高档计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。

联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点（Point）、到线（（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说工业控制的大小场合，都离不开PLC。

↓学习资料

相关问答

[回答]在电气自动化控制工作开展过程中,通常借助PLC技术实现现代控制技术与计算机技术的融合,实现闭环控制、开关量控制及顺序控制工作,以此不断完善电气...

[回答]1-机电一体化技术与自动控制技术的区别。自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术是将自动控...

PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)是一种用于自动化控制的电子计算机设备。它主要应用于以下方面:1.**工业自动化**:-PLC是工业自动.....

传统电路与PLC(可编程逻辑控制器)控制电路有以下区别和特点:传统电路:1.结构:传统电路通常由电气设备、开关、继电器、定时器等组成。电气元件通过布线连...

您好,关于您的问题,我提出一些个人看法!1,首先,电子技术和PLC编程是相辅相成的,首先PLC编程的基础就是电子技术,因为PLC的输入输出都是电子,PLC编程就是...刚接...

PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。可编程逻辑器件PLD(programmablelogicdevice):PLD是做为一种通用集...

PLC与单片机的区别:1.PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统,是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品。有较强的通用性。2.而单片机可以构成...PLC与...

前面几个是控制设备需要对芯片编程嵌入式是一些硬件连接好的一个系统就像电脑的主板一样额,你说的我都用过,至于那些是什么东西你百度下可以找到一...

PLC(可编程逻辑控制器)和机电一体化是两个不同的概念,但它们之间有一定的联系。PLC是一种用于工业自动化控制的设备,它可以通过编程实现各种逻辑控制功能,...

PLC(可编程逻辑控制器)是一种专门用于自动化控制的电子设备。它被广泛应用于工业和制造领域,用于监控和控制各种自动化系统和过程。PLC的主要功能是接收输入...