PLC在工厂自动化中的广泛应用与多种通信接口

PLC即可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），20世纪60年代末在美国首先出现，当时的设计目的及功能是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入、输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微型计算机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

PLC是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用PLC，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产PLC的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，PLC问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。PLC已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

目前，国内外过程控制系统主要的PLC厂家有：德国的西门子（Siemens）公司，美国Rockwell公司所属的AB公司，GE-Fanuc公司，法国的施耐德（Schneider）公司，日本的三菱和欧姆龙（OMRON）公司。本书第4章所用的实训系统采用德国西门子公司的S7-300PLC作为主控制器，结合组态王上位机监控软件构成完整的控制结构。

目前，PLC已得到广泛的应用，主要用于以下控制：

1.用于顺序控制

顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。这是系统工作最基本的控制，也是离散生产过程最常用的控制。

常用的顺序控制有：

1）随机控制。根据随机出现的条件实施控制。

2）动作控制。根据动作完成的情况实施控制。

3）时间控制。根据时间推进的进程实施控制。

4）计数控制。根据累计计数的情况实施控制。

5）混合控制。包含有以上几种控制的组合。

还有不同于以上控制的其他控制等。

使用PLC实现顺序控制是PLC的初衷，也是它的强项。在顺序控制领域，至今还没有别的控制器能够取代它。

2.用于过程控制

过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度和压力等物理量。过程控制的目的就是根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。过程控制是连续生产过程中最常用的控制。过程控制的类型有很多。

PLC用于过程控制已是一个趋势。因为用PLC实现这个控制的价格相对较低，而且，在进行模拟量控制的同时，还可很方便地进行其他控制。再加上各种过程控制模块的开发与应用，以及相关软件的推出及使用，用PLC进行各种过程控制已变得很容易，其编程也很简便。所以，目前有的厂家PLC用于过程控制的比例，已超过用于顺序控制的比例。

3.用于运动控制

运动控制主要指对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。运动控制可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标，控制对象的平面、立体以及角度变换等运动。有时，还可控制多个对象，并对多个对象之间的相互运动关系进行协调、控制。

20世纪50年代诞生于美国的数控技术，简称数控（NC），就是基于计算机及信号脉冲量的应用而不断发展与完善的运动控制技术，而今，已发展到非常完善的境地，成为当今自动化技术的一个重要支柱。

PLC也已具备处理脉冲量的能力。PLC有脉冲信号输入点或模块，可接收脉冲量输入（PI）。PLC有脉冲信号输出点或模块，可输出脉冲量（PO）。有了处理PI/PO这两种功能，加上PLC已有数据处理及运算能力，完全可以根据数控原理进行运动控制。(www.xing528.com)

用PLC实现运动控制的价格比用数控系统实现要低得多。而且，它在进行运动控制的同时，还可进行其他控制。再加上PLC各种运动控制模块的开发与应用，以及相关软件的推出及使用，用PLC进行各种运动控制已变得很容易，其编程也可使用数控语言，很简便。

近年，还出现了专门用于运动控制的PLC，即可编程运动控制器（Programmable Motion Controller，PMC），又为PLC用于精度更高、运动行程更大、控制的坐标更多、操作更方便的运动控制提供了很好的平台。所以，用PLC进行运动控制，在相当程度上，可以代替价格比其昂贵的数控系统。

4.用于信息控制

信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。随着技术的发展，PLC不仅可用于系统的工作控制，还可用于系统的信息控制。

PLC用于信息控制有专用和兼用两种。

（1）专用PLC只用于采集、处理、存储及传送数据。

（2）兼用在PLC实施控制的同时，也可实施信息控制。

PLC用于信息控制，或兼做信息控制，既是PLC应用的一个重要方面，又是信息化的基础。

5.用于远程控制

远程控制是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种通信接口，有很强的联网、通信能力，并不断有新的联网模块与结构推出。所以，PLC远程控制是很方便的。

PLC与PLC可组成控制网，可用于通信、交换数据、相互操作。参与通信的PLC可多达几十、几百个。网与网之间还可互联。这样，参与通信的PLC则更多，以至于不受限制。

PLC与智能传感器、智能执行装置（如变频器）可连成设备网，也可进行通信、交换数据、相互操作。可连接成远程控制系统，系统范围面可大到几十、几百km或更大。这种远程控制，既提高了控制能力，又简化了硬件接线及维护。

PLC也可与可编程终端联网、通信。PLC的数据可在可编程终端上显示，也可通过可编程终端向PLC写数据，使可编程终端成为人们操作PLC的界面。

PLC可与计算机通信，加进信息网。利用计算机强大的信息处理及信息显示功能，可实现计算机对控制系统的监控与数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）。同时，还可用计算机进行PLC编程、监控及管理。

PLC还具有以太网模块，可使PLC加入互联网，也可设置自己的网址与网页。用这样PLC控制的工厂，有的称之为透明工厂（Transparent Factory）。在地球上任何可上网的计算机，只要权限允许，就可直接对其进行访问。

远程控制可提升PLC的控制能力、扩大控制地域及提高控制效益。总之，远程控制已成为PLC应用的重要方面。

以上介绍的五大控制，前三个是为了使不同的系统都能实现自动化。信息控制是为了实现信息化，其目的是使自动化能建立在信息化的基础上，实现管理与控制结合，进而做到供、产、销无缝连接，确保自动化效益。

远程控制则是使在信息化基础上的自动化能远程化。既可实现各个角落信息汇总，保证信息完整，为信息的全面使用提供方便；又为自动化的扩展，能从局部的设备级，发展到全局的生产线级、车间级，以致工厂级、地域级，为建立自动化工厂、数字化城市提供可能。显然，这种大规模、大范围的自动化、信息化，将发挥更大作用从而得到更大的效益。

然而，随着这样自动化、信息化及远程化的推进，系统将越来越复杂。为此，还必须实现对这些控制进行控制。否则，一旦情况变化，或出现故障，而又不能及时应对，所有这些控制带来的效益将化为乌有。

PLC具有对这些控制进行控制的能力，它是靠处理信息实施控制，同时又有很多自诊断功能。充分利用PLC这两个优势，使PLC在实施上述控制时，具有一定的自适应、自诊断的能力，在实现自动化、信息化及远程化之后，再实现智能化也是可能的。这也是这些控制发展的必然趋势。

当然，要实现这么多控制手段仅仅依靠PLC是不够的，但是，PLC成为其中的主角已是公认的事实。