1.2 PLC的功能与应用

1.2.1 继电器控制与PLC控制

在PLC问世以前，农业、机床、建筑、电力、化工、交通运输等行业中的控制方式是以继电器控制占主导地位的。继电器控制系统以结构简单、价格低廉、易于操作等优点得到广泛应用。

图1-14为典型的继电器控制系统。

划重点

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实现诸多功能的新型控制系统，采用程序控制方式是与继电器控制系统的主要区别。

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随着工业控制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。在有些较为复杂的控制系统中，可能要使用成百上千个继电器，不仅使整个控制装置显得十分庞大，而且元器件数量的增加、复杂的接线关系还会造成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要求需要变化，那么控制装置中的继电器数量和接线关系都要重新调整。可以想象，如此巨大的变动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装置。这势必又会带来很大的浪费。

为了应对继电器控制系统的不足，既能让工业控制系统的成本降低，同时又能很好地应对工业生产中对控制要求的变化，工程人员将计算机技术、自动化技术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，即PLC。图1-15为PLC的功能简图。

通过编程器编写控制程序（PLC语句），将控制程序存入存储器，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。操作指令会以数字信号或模拟信号的形式送到输入端、输出端，控制输入端、输出端接口的连接设备，协同完成生产过程。

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PLC控制系统用标准接口取代硬件安装连接，用大规模集成电路与可靠元器件的组合取代线圈和活动部件的搭配，通过计算机进行控制，不仅大大简化了控制系统，而且也使控制系统的性能更加稳定，功能更加强大，在拓展性和抗干扰能力方面有显著的提高。

PLC控制系统的最大特点是在改变控制方式和效果时不需要改动电气部件的物理连接，只需要通过PLC程序编写软件重新编写程序即可。

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，通过强大的输入、输出接口与各种部件相连，如控制按键、继电器、传感器、电动机、指示灯等实现多种控制功能。图1-16为PLC硬件系统模型图。

1.2.2 PLC的功能特点

1 控制功能

图1-17为PLC的控制功能。

在生产过程控制中，物理量由传感器检测后，经变压器变成标准信号，再经多路切换开关和A/D转换器变成适合PLC处理的数字信号由光电耦合器送给CPU，光电耦合器具有隔离功能；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控制泵电动机、风机、加热器等设备实现自动控制。

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2 数据的采集、存储、处理功能

图1-18为PLC的数据采集、存储、处理功能。

PLC具有数学运算及数据的传送、转换、排序、移位等功能，可以完成数据的采集、分析、处理及模拟处理等。这些数据还可以与存储在存储器中的参考值进行比较，完成一定的控制操作，也可以将数据传输或直接打印输出。

3 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连接，实现对其内部程序的编写、调试、监视、实验和记录。

图1-19为PLC的可编程、调试功能。这也是区别于继电器等其他控制系统最大的功能优势。

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

4 通信联网功能

图1-20为PLC的通信联网功能。

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。

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5 其他功能

PLC的其他功能如图1-21所示。

1.2.3 PLC的实际应用

目前，已经成为生产自动化的重要标志。众多电子器件生产厂商都投入到了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。

图1-22为PLC在自动包装系统中的应用。

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在自动包装系统中，产品的传送、定位、包装、输出等一系列机构都按一定的时序（程序）动作，PLC在预先编制的程序控制下，由检测电路或传感器实时监测包装生产线的运行状态，根据检测电路或传感器传输的信息实现自动控制。

在纺织机械中有多个电动机驱动传动机构，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，每套传动系统将转速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，使各部件协调一致地工作。图1-23为PLC在纺织机械中的应用。

图1-24为PLC在电子产品制造设备中的应用。在电子产品制造设备中主要用来实现自动控制功能，在电子产品的加工、制造过程中作为控制中心，使传输定位电动机、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、相互配合，实现自动化控制。

图1-25为PLC在自动检测装置中的应用。在检测零部件弯曲度的自动检测系统中，检测流水线上设置有多个位移传感器，每个位移传感器都将检测的数据送给PLC，

LC即会根据接收到的数据进行比较运算，得到零部件的弯曲度，并与标准数据进行比对，自动完成对零部件是否合格的判定。