1.2 PLC的功能特点

PLC近年来发展极为迅速，随着技术的进步，PLC的控制功能、数据采集/存储/处理功能、可编程/调试功能、通信联网功能以及人机界面功能等也逐渐强大，使得PLC的应用领域得到进一步的急速扩展，进而使PLC广泛应用于各行各业的控制系统中。

1.2.1 继电器控制与PLC控制

简单地说，PLC是一种在继电器、接触器控制基础上逐渐发展起来的以计算机技术为依托，运用先进的编辑语言来实现诸多功能的新型控制系统。采用程序控制方式是PLC与继电器控制系统的主要区别。

在PLC问世以前，在农机、机床、建筑、电力、化工、交通运输等行业中是以继电器控制系统占主导地位的。继电器控制系统因为结构简单、价格低廉、易于操作等优点得到了广泛的应用，如图1-11所示。

然而，随着工业控制的精细化程度和智能化水平的提升，以继电器为核心的控制系统的结构越来越复杂。在某些较为复杂的系统中，可能需要使用成百上千个继电器，这不仅使得整个控制装置体积十分庞大，而且由于元器件数量的增加、复杂的接线关系还会造成整个控制系统的可靠性降低。更重要的是，一旦控制过程或控制工艺发生变化，则控制柜内的继电器和接线关系都要重新调整。可以想象，如此巨大的调整一定会花费大量的时间、精力和金钱，其成本的投入有时要远远超过重新制造一套新的控制系统，这势必又会带来很大的浪费（原先系统报废）。

为了应对继电器控制系统的不足（既能使工业控制系统的成本降低，又能很好地应对工业生产中的变化和调整），工程人员将计算机技术、自动化技术以及微电子和通信技术相结合，研发出了更加先进的自动化控制系统，这就是PLC。

PLC作为专门为工业生产过程提供自动化控制的装置，采用了全新的控制理念。PLC通过强大的输入/输出接口与工业控制系统中的各种部件（如控制按钮、继电器、传感器、电动机、指示灯等）相连，图1-12为PLC的功能图。

通过编程器编写控制程序（PLC语句），将控制程序存入PLC中的存储器，并在微处理器（CPU）的作用下执行逻辑运算、顺序控制、计数等操作指令。这些指令会以数字信号（或模拟信号）的形式送到输入端、输出端，从而控制输入端、输出端接口上连接的设备，协同完成生产过程。

图1-13为PLC硬件系统模型图。

1.2.2 PLC的功能特点与应用

国际电工委员会（简称IEC）将PLC定义为“数字运算操作的电子系统”，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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指令，并通过数字或模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

（1）PLC的功能特点

① 控制功能 生产过程的物理量由传感器检测后，经变送器变成标准信号，并经多路开关和A/D转换器变成适合PLC处理的数字信号，再经光电耦合器（简称光耦，具有隔离功能）送给CPU；数字信号经CPU处理后，再经D/A转换器变成模拟信号输出。模拟信号经驱动电路驱动控制泵电动机、加热器等设备，可实现自动控制。

图1-14为PLC的控制功能图。

② 数据采集、存储、处理功能 PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、数据移位等功能，可以完成数据的采集、分析、处理以及模拟数据处理等。这些数据还可以与存储器中的参考值进行比较，完成一定的控制操作，也可以将数据进行传输或直接打印输出。

图1-15为PLC的数据采集、存储、处理功能图。

③ 通信联网功能 PLC具有通信联网功能，可以与远程I/O、其他PLC、计算机、智能设备（如变频器、数控装置等）之间进行通信。

图1-16为PLC的通信联网功能图。

④ 可编程、调试功能 PLC通过存储器中的程序对I/O接口外接的设备进行控制，存储器中的程序可根据实际情况和应用进行编写。一般可将PLC与计算机通过编程电缆进行连接，实现对PLC内部程序的编写、调试、监视、实验和记录，如图1-17所示。可编程、调试功能也是PLC区别于继电器等控制系统最大的功能优势。

⑤ 运动控制功能 PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制。该控制功能广泛应用于机床、机器人、电梯等。

⑥ 过程控制功能 过程控制是指对温度、压力、流量、速度等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，以完成闭环控制。另外，为了使PLC能够完成加工过程中对模拟量的自动控制，还可以实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的A/D及D/A转换。该控制功能广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。

⑦ 监控功能 操作人员可通过PLC的编程器或监视器对定时器、计数器以及逻辑信号状态、数据区的数据进行设定，同时还可对PLC各部分的运行状态进行监视。

⑧ 停电记忆功能 PLC内部设置停电记忆功能（在内部的存储器所使用的RAM中设置了停电保持器件），使断电后该部分存储的信息不变，电源恢复后可继续工作。

⑨ 故障诊断功能 PLC内部设有故障诊断功能，可对系统构成、硬件状态、指令的正确性等进行诊断。当发现异常时，则会控制报警系统发出报警提示声，同时在监视器上显示错误信息；当故障严重时，则会发出控制指令停止运行，从而提高PLC控制系统的安全性。

（2）PLC的应用

目前，PLC已经成为生产自动化、现代化的重要标志。众多电子器件生产厂商都投入到PLC产品的研发中，PLC的品种越来越丰富，功能越来越强大，应用也越来越广泛，无论是生产、制造还是管理、检验，都可以看到PLC。

例如，PLC在电子产品制造设备中主要用来实现自动控制功能。PLC在电子产品制造设备中作为控制中心，使传输定位驱动电动机、深度调整电动机、旋转驱动电动机和输出驱动电动机能够协调运转且相互配合，以实现自动化工作。

图1-18为PLC在电子产品制造设备中的应用示意图。

又如，在纺织机械中有多个电动机驱动的传动机构，互相之间的转动速度和相位都有一定的要求。通常，纺织机械系统中的电动机普遍采用通用变频器控制，所有的变频器统一由PLC控制。工作时，每套传动系统将速度信号通过高速计数器反馈给PLC，PLC根据速度信号即可实现自动控制，使各部件协调一致工作。

图1-19为PLC在纺织机械中的应用示意图。