可编程控制器原理与应用
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作者: 姜华
[摘 要] 随着机电一体化技术不断发展，现代工业愈加依赖于全自动电脑控制的设备。可编程控制器是实现全自动电脑控制不可或缺的，在此简单介绍谈一下可编程控制器的原理特性及其主要应用。
[关键词] 可编程控制器 原理特性 主要应用
一、可编程控制的实现控制的原理特性
1.可编程控制器实现控制的要点
入出信息变换、可靠物理实现，可以说是可编程控制器实现控制的两个基本要点。可编程控制器程序既有生产厂家的系统程序（不可更改），又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为可编程控制器程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。可编程控制器的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。由于可编程控制器有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。
2.实现控制过程
简单地说，可编程控制器实现控制的过程一般是：
输入刷新――再运行用户程序――再输出刷新――再输入刷新――再运行用户程序――再输出刷新……永不停止地循环反复地进行着。
为此，可编程控制器的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是可编程控制器实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。
3.可编程控制器实现控制的方式
用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。
二、可编程控制的应用
1.用于开关量控制
可编程控制器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。可编程控制器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。用可编程控制器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，几乎所有工业行业都需要用到它。目前，可编程控制器首用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。
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。作为一种工业控制电子装置，可编程控制器若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各可编程控制器厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。
可编程控制器进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。用可编程控制器进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如可编程控制器方便。
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年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过40％～80％，有的甚至更高。可编程控制器也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。
4.用于数据采集
随着可编程控制器技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的可编程控制器，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。可编程控制器还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。可编程控制器也可与计算机通讯，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，可编程控制器即成为计算机的数据终端。电力用户曾使用可编程控制器，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。
5.用于信号监控
可编程控制器自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。其实，完全可利用它进行可编程控制器自身工作的监控，或对控制对象进行监控。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一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，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。
6.用于联网、通讯
可编程控制器联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。可编程控制器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可编程控制器进行控制的管理，使可编程控制器用起来更方便。为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台可编程控制器，多的可达32台。也可一台可编程控制器与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对可编程控制器控制系统的监控。可编程控制器与可编程控制器也可通讯。可一对一可编程控制器通讯。可几个可编程控制器通讯。可多到几十、几百。
总之，可编程控制器已广泛应用于工业生产的各个领域。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，一些非工业过程，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。
参 考 文 献
[1]化学工业出版社.《可编程控制器原理与应用》
[2]可编程控制器原理及应用.宫淑贞,王冬青,徐世许.人民邮电出版社- 金书网
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