PLC是机电一体化的极佳选择

PLC是机电一体化的极佳选择周云波（宝鸡文理学院物理系陕西宝鸡721007）摘要：通过将PLC控制与继电器、微型计算机、单板机等控制进行区别比较，说明PLC 是机电一体化的极佳选择。

关键词：PLC ；继电器；微型计算机；单板机；中图分类号：TP273.1PLC being a good chose for intograted electromechaniceZHOU Yun-bo(Dept.phys.Baoji coll.Arts&sci.,Baoji Shaanxi 721007) Abstract: Baced on comparing PLC with relay control ,microcomputer control and veneer machine control ,PLC being a good choose for intograted electromechanics is presented.Keywords:PLC; Repay; Microcmputer; Veneer machine;可编程序控制器（Programmable Loigc Controller）简称PLC,是采用微电脑技术制造的通用自动控制设备。

它是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入输出接口，以位运算为主能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用以机器或生产过程自动控制和监视的装置。

它以优越的功能、良好的控制精度和高可靠性，在工业自动化控制中独领风骚。

程序控制技术是工业自动化中重要的基础技术，PLC既能控制开关量，也能控制模拟量，用于替代继电器控制逻辑、二极管矩阵逻辑以及便于接线的数字逻辑。

由于PLC是专门为工业自动化控制设计的一种工业用微电脑，所以在工业自动化控制中，PLC比单板机、微型计算机的使用更可靠简单。

PLC使用的是工程技术人员都容易理解和掌握的梯形图，只要知道继电器控制原理很容易变换为PLC使用的梯形图，PLC是实现机电一体化的极佳选择。

1. PLC的主要功能及技术指标 [1]PLC是控制技术和计算机技术的结晶，但是对于熟悉机电控制技术的工程人员来说，在使用PLC时没有必要完全了解计算机的深层次技术问题，只需要把PLC看作机电控制技术人员熟悉的继电器、计时器和计数器的集合即可，所以PLC的实际使用简单方便，适应普通的机电控制技术人员。

1.1 PLC的主要功能：PLC的主要功能有：①条件控制，PLC具有逻辑运算功能，它设置了“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等逻辑运算指令，能处理继电器接点的串联、并联、串并联以及并串联等各种连接；②限时控制，PLC具有定时控制功能，它可以提供若干个定时器，并设置了定时指令，调用修改灵活方便；③计数控制，PLC具有计数控制功能，它可以提供若干个计数器，设置了计数指令，计数器的计数值可以在运行时读出，也可以在运行时修改；④步进控制，PLC具有步进控制功能，可以在一道工序完成后，再进行下一步工序，并且设置了移位寄存器；⑤“模数”和“数模”转换功能，有些PLC具有“模数”（A/D）和“数模”（D/A）转换功能，能完成对模拟量的控制和调节；⑥通信和联网：有些PLC采用了通信技术，可以进行远程的I/O控制，即PLC之间同位链接或由一台计算机和若干台PLC可以构成“集中管理，分散控制”的分布式控制网络。

1.2 PLC 的主要技术指标单台PLC可控制成千上万个点，多台PLC的同位链接可控制更多个点，平均每个点的处理速度从10μs～1μs,编程容量从几K字节～上百K字节，平均无故障时间为3×105H,而且编程语言是电气控制技术人员熟悉的梯形图语言，还配置了较强的监控功能，它能记忆某些异常情况，在发生异常情况时自动终止运行。

在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，随时调整定时、计数等设定值，为调试和维护提供了较强的手段。

2 PLC与继电器控制逻辑的比较[2-3]继电器控制逻辑自二十年代问世以来，一直是机电顺序控制的主流，由于它的结构简单，使用方便，价格低廉，所以使用范围甚广。

其缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的PLC的出现，使得继电器控制逻辑更加逊色，比较如下：2.1 控制逻辑继电器控制采用硬接线逻辑，它利用继电器接点的串连、并联，利用延时继电器的滞后动作组合成控制逻辑，连线复杂，体积大，功耗也大，当一个控制系统研制成功以后，要想再做修改就困难了。

这是因为任何控制逻辑的修改都随着现场连线的改动而改动，特别是想增加一些控制逻辑时就更加困难了，因此继电器控制逻辑的灵活性和扩展性较差。

而PLC采用存储逻辑，除了输入输出端以外不与现场连接，控制逻辑以程序的方式存储在PLC的内存当中，控制逻辑复杂则程序就会长一些，因此连线少，体积小，PLC是由大、中规模集成电路组装而成的，功耗也小。

由于控制逻辑只与程序有关，当需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序就行了，而不需要修改连线，因此灵活性和扩展性强。

2.2 控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十毫秒数量级。

而且使用的继电器越多，反应速度越慢，还容易出现触点抖动问题。

而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题。

2.3限时控制继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，时间继电器一般分为空气阻尼式，电磁式等，还有半导体时间继电器，用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不够，定时时间易受环境变化的影响，时间调整困难等问题。

有些特殊的时间继电器结构复杂维护不便。

而PLC使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时器的定时范围一般在0.1s至若干秒、若干分钟甚至更长。

定时值可根据实际需要在程序中设定，定时精度小于10ms,定时时间不受环境的影响，一旦调好，不会改变。

PLC还能完成计数功能，而继电器控制逻辑一般没有计数功能。

2.4 可靠性和可维护性继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线多，触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短，因此可靠性和可维护性差。

而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，体积小，功耗小，寿命长，可靠性高。

PLC还配备了自检和监控功能，能检查出自身故障，并随时显示出来。

还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

2.5逻辑电路的设计和完成使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，设计、施工、调试必须顺序进行，周期长，而且修改困难，控制逻辑越复杂，这一缺点就越突出。

而PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场电路连接和逻辑的设计（包括继电器梯形图和程序设计）可以同时进行，周期短，而且调试和修改都很方便。

3.PLC与微型计算机比较[4]采用微型计算机技术制作的PLC由CPU、ROM、RAM、I/O接口等构成的，但是它又不同于一般的微型计算机。

大量使用的微型计算机系统一般用于科学计算，数据处理，通信等，而PLC主要用于工业自动化控制，比较如下：3.1 使用环境与输入输出微型计算机系统对环境要求比较高，一般在干扰小，具有一定的温度和湿度要求的机房内使用，而PLC能适应一般工程现场的环境。

微型计算机系统的输入输出设备与主机之间采用微电联系，一般不需电气隔离。

而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入端采用 光电 耦合，输出端采用继电器或可控硅进行功率放大。

3.2 程序设计与系统功能微型计算机系统具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、BASIC、FORTRAN、COBOL、C 语言等，语句多，语法关系复杂，要求使用者具有一定的计算机硬件和软件知识。

而PLC 提供给使用者的编程语句数量少，逻辑简单。

基本的指令有：取变量指令、与运算指令、反相指令、定时指令、计数指令、输出指令、门锁指令、程序结束指令等，有的PLC还提供算术运算指令、步进控制指令等，易于学习和掌握。

微型计算机系统一般配有较强的操作系统，进行设备管理，文件管理，存储器管理等。

而PLC只有简单的监控程序，能完成故障检查，程序的输入、修改和执行等功能。

4.PLC与单板机比较单板机具有结构简单，使用方便，价格便宜等优点，一般用于数据采集和工业控制。

但是，由于单板机不是专门针对工业现场自动化控制设计的，因此与PLC比较有以下几点缺点：4.1 不如PLC容易掌握使用单板机来实现自动控制，一般要使用微处理机的机器指令进行编程。

这就要求设计者具有一定的计算机硬件和软件知识，对于那些只熟悉机电控制的技术人员来说，需要进行相当一段时间的系统学习才能掌握。

而PLC虽然是微电脑系统。

由CPU、ROM、RAM固件和I/O接口等构成，但它提供给使用者的却是电气控制技术人员所熟悉的梯形图语言，使用的术语仍然是 继电器 这一技术术语，大部分指令与继电器接点的串联、并联、串并联、并串联等相对应，这就使得那些熟悉机电控制的工程技术人员一目了然，对于使用者来说，不必去关心微电脑的一些深层次技术问题，而只要用较短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法即可。

4.2 不如PLC使用简单使用单板机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作，如要考虑工程现场与单板机的连接，输出驱动，接口的扩展，接口的工作方式等，除了要进行控制程序的设计，还要在单板机的外围进行很多的硬件和软件的工作才能与控制现场连接起来，调试也比较繁琐。

而PLC的输入输出接口已经做好，输入接口可以与无电压开关直接连接，非常方便，输出接口具有一定的驱动能力，如用继电器输出，输出的触点容量可达220V、2A.能适应一般的控制要求，而且在输入接口有光电耦合环节，使现场的干扰信号不容易进入PLC.4.3 不如PLC可靠使用单板机进行工业自动控制，最突出的问题是抗干扰性能差，工作环境条件要求高。

而PLC是专门用于工业自动化控制的，在设计和制造过程中采用了抗干扰措施，稳定性和可靠性高。

如PLC具有较强的自诊断功能，保证在硬件（如CPU、RAM、I/O总线等）都正常的情况下才执行控制程序，一旦出现硬件故障则立即给出信号，并停止控制程序的执行，等待修复。

有些高档的PLC具有CPU并行操作，一旦某个CPU出现故障，系统仍能正常工作，并给出 带病工作信号 ，要求修复出现故障的CPU，这就更增加了PLC的可靠性。

从以上的比较可以看出，PLC是一种用于工业自动化控制的微电脑，具有结构简单，抗干扰能力强，环境适应范围广，控制可靠性高，易于学习和掌握，控制逻辑修改容易，调试方便等优点，它不愧为机电一体化的极佳选择。

参考文献：【1】钟肇新，彭侃..可编程控制器入门[M].香港伟恒升公司.1989.(1-9)【2】秦曾煌.电工学（第五板）[M].北京：高等教育出版社，1990.(336-390)【3】邓则名、邝穗芳.电器与可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社.1999.(104-113) 【4】张军安，王璞，李杰红.最新计算机基础教程[M].西安：陕西科学技术出版社.1998.（1－23）。