可编程控制器基本原理及应用（三）
3. 基本应用
*初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用*域不断扩大。
如今，PLC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*族中*个重要的角色。。
3.1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*工业行业都需要用到它。目前，PLC*用的目标，也是别的控制器*法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。
3.2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*种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是*大不足。为此，各PLC厂*都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进�*Ｄ饬靠刂疲褪切⌒突材芙姓庋目刂啤�
PLC进�*Ｄ饬靠刂疲渲糜*Ｄ饬坑胧至肯嗷プ坏腁／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*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*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，也有为温度。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*可能的。控制的单位值可小到212分之*的测量程值，多数也是足够的。
PLC进�*Ｄ饬靠刂疲褂蠥/D、D/A组合在*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�*Ｄ饬靠刂频暮么κ牵诮*Ｄ饬靠刂频耐保亓恳部煽刂啤Ｕ飧鲇诺闶潜鸬目刂破魉痪弑傅模蚩刂频氖迪植蝗�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。这也是应当看到的。
3.3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**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**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。故它也*可以用于数字量控制。
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（如环形分配器、功放、步进电机），则*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*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。
3.4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。
3.5用于信号监控
PLC自*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，*可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。
这里介绍*种用PLC定时器作看门狗，对控制对象工作情况进行监控的思路。
如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用看门狗办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令看门狗定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未超过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，*需报警。
若超时，说明不正常，可作相应处理。
如果控制对象的各重要控制环节，都用这样*些看门狗"看"着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。
还有其它*些监控工作可做。对*个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进*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*故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。
3.6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*台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可*台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。
PLC与PLC也可通讯。可*对*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*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*的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成*个整体，进而可创造更高的效益。这个*限*好的前景，已越来越清楚地展现在我们这*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*个设备，甚至*个部件，*个站点；大的可控制多台设备，*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。
*般讲，工业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学工业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，*件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。
事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个*域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，*些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。
PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。
*初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用*域不断扩大。
如今，PLC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*族中*个重要的角色。。
3.1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*工业行业都需要用到它。目前，PLC*用的目标，也是别的控制器*法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。
3.2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*种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是*大不足。为此，各PLC厂*都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进�*Ｄ饬靠刂疲褪切⌒突材芙姓庋目刂啤�
PLC进�*Ｄ饬靠刂疲渲糜*Ｄ饬坑胧至肯嗷プ坏腁／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*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*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，也有为温度。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*可能的。控制的单位值可小到212分之*的测量程值，多数也是足够的。
PLC进�*Ｄ饬靠刂疲褂蠥/D、D/A组合在*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�*Ｄ饬靠刂频暮么κ牵诮*Ｄ饬靠刂频耐保亓恳部煽刂啤Ｕ飧鲇诺闶潜鸬目刂破魉痪弑傅模蚩刂频氖迪植蝗�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。这也是应当看到的。
3.3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**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**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。故它也*可以用于数字量控制。
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（如环形分配器、功放、步进电机），则*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*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。
3.4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。
3.5用于信号监控
PLC自*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，*可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。
这里介绍*种用PLC定时器作看门狗，对控制对象工作情况进行监控的思路。
如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用看门狗办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令看门狗定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未超过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，*需报警。
若超时，说明不正常，可作相应处理。
如果控制对象的各重要控制环节，都用这样*些看门狗"看"着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。
还有其它*些监控工作可做。对*个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进*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*故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。
3.6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*台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可*台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。
PLC与PLC也可通讯。可*对*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*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*的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成*个整体，进而可创造更高的效益。这个*限*好的前景，已越来越清楚地展现在我们这*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*个设备，甚至*个部件，*个站点；大的可控制多台设备，*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。
*般讲，工业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学工业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，*件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。
事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个*域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，*些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。
PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。