PLC到底是什么?為什么做電工的總想學(xué)PLC?在這一章中，我們將通過(guò)通俗易懂的解使大家對(duì)PLC有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)，初步了解PLC的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能指標(biāo)和編程語(yǔ)言等。

1.什么是PLC

PLC是采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。

PLC是針對(duì)繼電器系統(tǒng)的缺陷和現(xiàn)代社會(huì)對(duì)制造業(yè)的要求而出現(xiàn)的。

我們知道在繼電控制系統(tǒng)中，作為單臺(tái)裝置，繼電器本身是比較可靠的，但是對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果某一個(gè)繼電器損壞，甚至某一個(gè)繼電器的某一個(gè)觸點(diǎn)接觸不良，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。查找和排除故障往往是非常困難的，有時(shí)可能會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間。繼電器本身并不貴，但是控制柜內(nèi)部的安裝、接線工作量極大，因此整個(gè)控制柜的價(jià)格相當(dāng)?shù)母?。如果工藝要求發(fā)生變化，控制柜內(nèi)的元件和接線需要做相應(yīng)的變動(dòng)，這種改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，以至于有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外制作一臺(tái)新的控制柜。這就是繼電控制系統(tǒng)的缺陷。

現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的巨大障礙，顯然需要尋求一種新的控制裝置來(lái)取代老式的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更加的可靠，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。

PLC 就是在這種工業(yè)需求和市場(chǎng)需求的背景下出現(xiàn)的。短短的40年，但PLC控制技術(shù)已得到異常迅猛的發(fā)展，并在各種工業(yè)控制領(lǐng)域、公共事業(yè)、新聞傳播等各個(gè)方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。由于PLC廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，也就迫切需要越來(lái)越多的工業(yè)技術(shù)人員掌握應(yīng)用PLC技術(shù)。可以預(yù)見，將來(lái)，PLC技術(shù)和變頻器技術(shù)會(huì)和普通的電工技術(shù)一樣為越來(lái)越多的電工技術(shù)人員所掌握，這也是為什么學(xué)好PLC技術(shù)和變頻器技術(shù)成為越來(lái)越多電工的學(xué)習(xí)需求。

2. PLC的特點(diǎn)

1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)

考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)慣，可編程序控制器配備了易于接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言，PLC的二十幾條開關(guān)量邏輯控制指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。通過(guò)閱讀PLC的使用手冊(cè)或接受短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員或者技術(shù)工人只需幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。簡(jiǎn)易編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。上述特點(diǎn)是PLC 近年來(lái)獲得迅速普及的原因之

2）硬件配套齊全，用戶使用方便

用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作，只是確定可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖而已。PLC的安裝接線也很方便，各種外部接線都有相應(yīng)的接線端子。

PLC的輸入/輸出端可以直接與AC220V或者DC24V的強(qiáng)電信號(hào)相接，它還具有較強(qiáng)的負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器的線圈。

3）通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)

由于PLC的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)?shù)撵`活，可以組成能夠滿足各種控制的控制系統(tǒng)。

4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

絕大多數(shù)的用戶都將可靠性作為選擇控制轉(zhuǎn)裝置的首要條件。可編程序控制器采取系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。從實(shí)際的使用情況來(lái)看，用戶對(duì)PLC的可靠性都相當(dāng)滿意。

PLC用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸點(diǎn)和接線，這是PLC具有性的主要原因之一。除此之外，PLC還采取了一系列抗干擾、提高可靠性的措施。

5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少

PLC的軟件功能代替了控制系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。

6）維修工作量小，維修方便

PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或者編程器提供的信息迅速查明故障的原用更換模塊的方法迅速排除PLC的故障。

7）體積小，能耗低

以 OMRON 的 CPMIA 型超小型 PLC（10 個(gè) IO 點(diǎn)）為例，其底部尺寸90mm×67mm，功耗≤30VA。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部。

3.PLC能做什么

在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。隨著PLC 的性能價(jià)不斷提高，過(guò)去許多使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合也可以使用PLC。PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大要有以下幾個(gè)方面。

1）開關(guān)量邏輯控制

這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用。PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都是只有通/斷狀態(tài)量信號(hào)，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價(jià)格較低、僅有開關(guān)量控制功能的PLC作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線。

2）運(yùn)動(dòng)控制

PLC對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制有直線和園幾乎已經(jīng)滿足很多行業(yè)了。早期直接用開關(guān)量I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。

3）閉環(huán)過(guò)程控制

PLC的過(guò)程控制是對(duì)溫度、壓力、流量這些會(huì)連續(xù)變化的做出閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量I/O 模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID控制?，F(xiàn)代的大中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用專用的智能PID模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以設(shè)計(jì)PID子程序來(lái)完成，更多地使用專用PID功能指令來(lái)完成。PLC的模擬量PID控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。

4）數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代的PLC具有矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等、數(shù)據(jù)運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳到別的智能裝置，或者將其打印制表。

5）通信

PLC的通信包括可編程控制器之間的通信、可編程控制器和其他智能控制設(shè)備的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，近年來(lái)國(guó)外工廠自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展很快，各著名的PLC生產(chǎn)廠商都推出了PLC之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

并不是所有的 PLC 都有上述全部功能，有些小型可編程控制器只具有上述的部分功能，但是價(jià)格較低。

3. PLC產(chǎn)品分類

PLC的產(chǎn)品根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)各部分組成可分為整體式、模塊式和混合式。

1）整體式PLC

整體式又稱為單元式或箱體式，它把CPU模塊、存儲(chǔ)器、I/O模塊和電源模塊裝在一個(gè)箱狀的機(jī)殼內(nèi)，結(jié)構(gòu)非常的緊湊，體積小，價(jià)格低。小型可編程控制一般采用整體武整體式PLC提供多種不同的I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元供用戶選用，基本單元內(nèi)有CPU 模塊、I/O模塊和電源，擴(kuò)展單元內(nèi)只有自由I/O模塊和電源，基本單元和擴(kuò)展單間用扁平電纜連接。各單元的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的比例是固定的，有的PLC有單輸入型和單輸出型的擴(kuò)展單元。選擇不同的基本單元和擴(kuò)展單元可以滿足用戶的不同要求。

圖1.2-1是整體式FX2N基本單元

整體式PLC一般配有許多專用的特殊功能單元，如模擬量I/O單元、位置控制單元、通信單元等，使PLC的功能得到擴(kuò)展。

2）模塊式PLC

模塊式PLC用搭積木的方式組成系統(tǒng)，它由框架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，模塊插座焊在框架中的總線連接板上。PLC的電源可能是單獨(dú)的模塊，也可能包含在CPU模塊中。PLC廠家備有不同槽數(shù)的框架供用戶選用，如果一個(gè)框架容納不下所有的模塊以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展框架，各框架之間用 I/O 擴(kuò)展電纜相連。有的可編程控制器沒有框架，各種模塊安裝在基板上。

用戶可以選用不同檔次的 CPU 模塊、品種繁多的 I/O 模塊和特殊功能模塊，對(duì)硬置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。模塊式PLC的價(jià)格較高，大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

模塊式PLC如圖1.2-2所示。

圖1.2-2 模塊式PLC

3）混合式PLC

混合式PLC吸收了上面兩種PLC的優(yōu)點(diǎn)，它有整體式的基本單元，又有模塊式的擴(kuò)展單元和特殊應(yīng)用單元。這些單元等高等寬，僅長(zhǎng)度不同。各單元之間用扁平電纜連接，緊密拼接在導(dǎo)軌上，組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體，組合形式非常靈活，完全按需要而定。它是模塊式的結(jié)構(gòu)，整體式的價(jià)格。目前中小型PLC均采用混合式結(jié)構(gòu)。

圖1.2-3混合式FX3uPLC示意圖