1.3 PLC的特点、功能及应用领域

PLC的特点主要有：可靠性高，抗干扰能力强；软件简单易学，编程方便；模块化设计，灵活方便，维修简单，施工周期短；体积小，质量轻，功耗低；网络功能强等。PLC的各种控制功能在不断完善，功能强大，应用领域广泛。

1.PLC的特点

1）可靠性高，抗干扰能力强 为保证PLC能在工业环境下可靠工作，设计和生产过程中采取了一系列硬件和软件的抗干扰措施，主要有以下几方面。

（1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入/输出接口电路一般采用光电隔离来传递信号，这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效抑制外部干扰源对PLC的影响，同时防止外部高压串入，减少故障和误动作。

（2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在PLC的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效抑制。

（3）屏蔽：对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外，使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。

（4）联锁：内部设置联锁、环境检测与诊断、Watchdog（看门狗）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟WDT的规定时间（预示程序进入死循环），立即报警，以保证CPU可靠工作。

（5）控制：利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采取信息保护和恢复措施。

（6）后备：对用户程序及动态工作数据设置电池后备，以保障停电后有关状态或信息不丢失。

（7）密封：采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。

（8）抗干扰：PLC是以集成电路为基本元件的电子设备，内部处理过程不依赖于机械触点，也是保障可靠性高的重要原因；而采用循环扫描的方式，也提高了抗干扰能力。

通过以上措施，保证了PLC能在恶劣环境中可靠地工作，使平均故障时间间隔（MTBF）长，故障修复时间短。目前，MTBF一般已达到（4～5）×104h。

2）软件简单易学，编程方便 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图语言。梯形图主要由人们熟悉的常开/常闭触点、线圈、定时器、计数器等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专业知识，因此很容易为一般工程技术人员甚至技术工人所理解和掌握。

3）模块化设计，灵活方便，维修简单，施工周期短 为了适应各种工业控制的需要，绝大多数PLC均采用模块化设计，系统的规模和功能可根据实际控制要求方便地进行组合。PLC具有完善的监控诊断功能，内部工作状态、通信状态、I/O点的状态及异常状态均有醒目的显示，维修人员可以及时准确地发现和排除故障，大大缩短了维修时间。

4）体积小，质量轻，功耗低 PLC是专为工业控制而设计的装置，其结构紧凑，坚固，体积小巧，易于装入机械设备内部。PLC是实现机电一体化的理想控制设备。

5）网络功能强 采用适配器RS-232/RS-485等多种通信接口，并采用多种功能的编程语言和先进指令系统，轻松实现PLC之间及PLC与管理计算机之间的通信，形成各层分布控制系统或整个工厂的自动化网络，使通信更方便快捷。

2.PLC的功能

随着PLC技术的不断发展，目前已能完成以下功能。

1）条件控制功能 条件控制（也称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。

2）定时/计数控制功能 定时/计数控制功能是指用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。

3）步进控制功能 步进控制功能是用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。

4）数据处理功能 数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算，以及编码和译码等操作。

5）A/D与D/A转换功能 A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。

6）运动控制功能 运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。

7）过程控制功能 过程控制功能是指通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数进行闭环控制。

8）扩展功能 扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入/输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。

9）远程I/O功能 远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入/输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。

10）通信联网功能 通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的连接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。

11）监控功能 监控功能是指PLC能监视系统各部分的运行状态和进程，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器、计数器等设定值或强制I/O状态。

PLC的性能指标如下。

1）输入/输出点数（即I/O点数） 指PLC外部输入/输出端子数，这是最重要的一项技术指标。

2）扫描速度 一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/千步；有时也以执行1步指令的时间计，单位为μs/步。

3）内存容量 一般以PLC所能存放用户程序的多少衡量。在PLC中程序指令是按“步”存放的（1条指令往往不止1“步”），1“步”占用1个地址单元，1个地址单元一般占用2B。如一个内存容量为1000步的PLC，其内存为2KB。

4）指令条数 这是衡量PLC软件功能强弱的主要指标。PLC具有的指令种类越多，说明其软件功能越强。

5）内部寄存器 PLC内部有许多寄存器，用于存放变量状态、中间结果、数据等。还有许多辅助寄存器可供用户使用，这些辅助寄存器常可以给用户提供许多特殊功能或简化系统整体设计。因此，寄存器的配置情况通常是衡量PLC硬件功能的一个指标。

6）高级功能模块 PLC除了主控模块外还可以配接各种高级功能模块。主控模块实现基本的控制功能，高级功能模块则可实现某一种特殊的专门功能。高级功能模块的多少、功能强弱是衡量PLC产品水平高低的一个重要标志。

3.PLC的应用领域

PLC的上述特点越来越为广大技术人员所认识和接受，PLC也已经广泛应用到石油、化工、机械、钢铁、交通、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域，包括从单机自动化到工厂自动化，从机器人、柔性制造系统到工业控制网络。从功能来看，PLC的应用范围大致包括以下几个方面。

1）逻辑（开关）控制 可取代传统的继电接触器控制系统和顺序控制器，实现单机控制、多机控制及自动生产线检测。如各种机床、电梯、装配生产线、电镀流水线、运输与检测等方面的控制。

2）运动控制 通过配用PLC的单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电动机或伺服电动机，使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆弧运动。可用于精密金属切削机床、成型机械、装配机械、机械手、机器人等设备的控制。

3）模拟量处理与PID控制 通过配用A/D、D/A转换模块和智能模块PID，实现对生产过程中的温度、压力、液位、流量等连续变化的模拟量进行闭环调节控制。

4）数据处理 PLC具有数据处理能力，可完成算术运算、逻辑运算、数据比较、数据传送、数制转换、数据移位、数据显示和打印、数据通信等功能，还可完成数据采集、分析和处理任务。一般应用于大中型控制系统，如数据机床、柔性制造系统、机器人控制系统。

5）通信和联网 第一代的各类PLC都具有通信功能，既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信。使用PLC可以很方便地构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，以满足当今计算机集成制造系统及智能化工厂发展的需要。