PLC教程理论篇之plc基本知识二

PLC教程理论篇之
plc基本知识二
七、用那些指标衡量PLC的性能
PLC性能指标有两种：一般指标与特定指标。

一般指标规定一些PLC的使用条件。

如PLC的保存与使用温度、湿度，大气气氛，耐
电压及绝缘指标，抗干扰指标，抗机械振动、冲击指标，等等。

特定指标规定一些具体型号PLC的具体性能。

如某型CPU模块，则要指出它的工作方式，指令条数、类型，执行一条指令的时间，可处理的输入、输出点数，内部器件的类型、数量，工作电源类型、电压允许的波动范围，等等。

从共性的角度，可它归纳为以下10个方面：
1．工作速度
指PLC的CPU执行指令的速度、对急需处理的输入信号的响应速度及通讯接口的数据
传送速度。

但主要是指CPU执行指令的速度。

PLC工作速度高，在允许的扫描周期（一般不大于100毫秒）内，可增加运行指令条数，提升处理数据的能力，进而增加PLC的控制点数，增强PLC的功能。

所以，厂家在发展PLC 时，首先着眼的是提高它的工作速度。

PLC指令不同，执行的时间也不同。

但各种PLC大体都有相同的基本指令，故常以执
行一条基本指令的时间来衡量这个速度。

这个时间短，说明具体的PLC性能好。

目前，这个时间已缩短到零点零几微秒。

随着PLC技术的进步，这个时间还在缩短。

有的还用每秒能执行多少条基本与传送指令，即PMX值，作为它的衡量指标。

2．控制规模
控制规模代表PLC的控制能力，一般是看其能对多少输入、输出点（指开关量）及对多少路模拟量进行控制。

有时还要看其能扩展多少模块、多少机架、多少站点等等。

控制规模与速度有关。

因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长PLC循环的时间，也必然会延长PLC对输入信号的响应。

为了避免这个情况，PLC的工作
速度就要快。

所以，大型PLC的工作速度总是比小的要快。

控制规模还与内存区的大小有关。

规模大，用户程序长，要求有更大的用户存储区。

同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映射区）也大。

这个区大，相应的内部器件也要增多，这些都要求有更大的系统存储区。

控制规模还与输入、输出电路数量有关。

如控制规模为1024点，那就得有1024条I/O 电路。

这些电路集成于I/O模块中，而每个模块有多少路的I/O点，总是有数的。

所以，规模大，所使用的模块也多。

控制规模还与PLC指令系统有关。

规模大的PLC指令条数多，指令的功能也强，才能应付对点数多的系统进行控制的需要。

控制规模是对PLC其它性能指标起着制约作用的指标；是高低档PLC区别之所在，也是PLC划分为微、小、中、大和特大型机的唯一依据。

3．组成模块
PLC的结构虽有箱体及模块式之分，但从本质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。

在此，不妨把PLC的组成模块当作所有PLC的结构性能。

因此，这个性能含义是指某型号PLC具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什么特点。

组成PLC的模块是PLC的硬件基础。

反映了PLC的控制能力和可能的用途。

模块的类型越多，规格越全，功能越强，性能越好，PLC也才越容易配置成各种各样的系统，才可能满足各种不同的需要。

早期PLC模块的种类不太多，多仅有开关量、模拟量输入、输出模块，高速计数模块等，而今，则增多了很多，如温度模块，流量模块，模糊控制模块，PID控制模块，回路控制器，秤重模块，凸轮模块，遥感模块，定位模块，运动模块…。

可处理相应的模拟量、脉冲量。

此外，还出现了具有很强的信息处理能力的智能单元，如ASCII单元、BASIC单元，以至于计算机（286级）单元、硬盘单元、软驱单元…。

不仅类型增多，性能也在提高。

如，同样功能的模块，有的还带电隔离的，以提高抗干
扰能力。

有的还可实现故障自珍断，提高工作的可靠性。

还有的可实现智能化，不是靠CPU
I/O刷新，而是自身的CPU，主动与内存交换数据。

等等。

一般讲，所有知名品牌的PLC，组成模块的类型、规格都较多，功能都较强，性能都较好，都可较方便地用其配置成各种各样的系统，满足各种不同的需要。

这也是知名品牌PLC性能高的重要方面。

4．内存容量
PLC内存有系统用内存与用户用内存。

系统内存要存贮监控程序，提供内部器件及参数设定。

用户用内存提供用户程序存贮。

PLC内存大，内部器件种类越多，数量越多，越便于PLC进行种种控制与数据处理。

一台小小的PLC比起很大的继电器控制柜的控制功能强得多，就是它比后者具有多得多的内部器件。

所以，内部器件的越多、数量也是代表PLC性能的一个指标。

用户内存大，可存储的用户程序量也大，也就可进行更为复杂的控制。

所以，常用用内部器件种类及其数量与可提供的用户程序容量代表PLC内存的大小。

当今PLC最大的用户程序容量可达几十k，以至于几百k字节，字或步。

而内部器件则有
成千上万的I/O继电器、内部继电器、定时器、计数器及数据存贮器等。

5．指令系统
PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。

PLC
的指令越来越多，越来越丰富。

功能很强的指令。

指令的多少及功能将影响着PLC的性能。

除了指令，为进行通讯，PLC还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了PLC
的性能。

显然，通讯命令越多，功能越强也代表PLC性能的一个方面。

6。

支持软件
为了便于编制PLC程序，多数PLC厂家都开发有编程支持软件，为PLC编程、监控提供平台。

同时它还是PLC硬件组态或软设定的工具。

所以，这些编程软件是否好用，也已成为评判PLC性能的指标之一。

7．可靠措施
可靠措施的目的是增加PLC平均故障间隔时间、MTBF(Mean Time Between Failure)及
减少PLC的平均修复时间、MTTR(Mean Time To Repair)，以提高PLC的有效
度A(Availability)。

A=MTBF/ (MTBF+MTTR)
式中A—有效率
MTBF—平均故障间隔时间
MTTR—平均修复时间
当然，这A值越大越好，它可使PLC系统得到充分的利用，是为什么要使用PLC的重要指标。

而从上式可知，MTBF越大，MTTR越小，则A越大。

所以，PLC的可靠措施都
是围绕提高MTBF及降低MTTR值进行的。

鉴于可靠工作是PLC的重要特点，至关重要，故有关提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF与MTTR值也成为PLC性能的重要指标。

有时，须在特殊环境下如零下、高温，工作，或要求PLC要特殊可靠，则需配备环境特性更好的PLC，或可对PLC作特殊配置，如热备、冗余等等。

显然有此类特性或配置的PLC，则性能也更好些。

8．联网通讯
常见的PLC网络有三种：信息网、控制网及设备网。

信息网，主要为PLC与计算机联网。

一台PLC或多台PLC与计算机联网后，可实现计算机对PLC及其控制系统的监控及管理，可极大地提高系统的自动化及信息化的档次及水平。

与计算机联网，已是PLC应用的一个趋势。

信息网还包含计算机见的联网。

如局部以太网，互联以太网。

控制网，主要为PLC与PLC联成网络。

也较普遍，形式、类型越来越多。

有较简单的网络，如PLC链接，网点不太多，通讯的管理也较简单，也有复杂的网络，网点可达成千上万，而且可构成多层次的网络。

不同类型的网还可相互沟通，也可交换数据。

设备网，主要为PLC还可与其它智能装置联网、通讯，互相操作，或交换数据。

所谓PLC 联网能力，主要是指PLC与这三种网联接的能力。

一般讲，能建成这三种网，能与这三种网相联，联网方法又多、又灵活，就说明其联网能力强。

应该说，所有知名品牌的PLC，目前都有很强的这种联网能力的。

而不是知名品牌的PLC这方面也就差一些。

联网能力还表现在网络规模（联网节点的多少）、网络覆盖范围（数据传送距离）、网络联接介质、网络的互联及网络的兼容性上。

目前，有多到几十、几百个节点，覆盖范围大到达几十、几百公里，用双绞线、同轴电缆、光缆以至于无线的介质，多个网络互联，而且不同厂家的PLC共在一个网络上或进行网络互联，都已成为实际可能了。

再就是，网络的数据传送能力。

这当然也是PLC联网能力重要方面。

数据传送能力是指，在不受干扰的前提下，所传送数据帧的大小及数据传送的波特率。

数据帧当然越大越好。

传送的波特率当然越高越好。

目前，PLC数据传送帧，已从几十字发展到几百、几千个字，传送波特率也已从几K发展到几十K、几百K，几千K，以至于出现了百兆级的工业以太网。

9．经济指标
经济指标最简单的就是看价格。

一般讲，同样技术性能的PLC，价格低其经济指标就好。

此外，还要看供货情况，供货不及时，影响使用，价格即使低，也不一定就好；看技术
服务，资料不全，用户出现问题得不到技术支持也不好。

八、PLC可用来做什么
基于PLC的特点，PLC已得到广泛的应用。

目前主要是：
1．用于顺序控制
顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使
系统能按一定顺序工作。

这是系统工作最基本的控制。

也是离散生产过程最常用的控制。

常用的顺序控制有：
随机控制，根据随机出现的条件实施控制；
动作控制，根据动作完成的情况实施控制；
时间控制，根据时间推进的进程实施控制；
计数控制，根据累中计数的情况实施控制；
混合控制，包含有以上几种控制的组合；
还有不同以上的其它控制，等等。

使用PLC实现顺序控制是PLC的初衷，也是它的强项。

在顺序控制领域，至今还没有
别的控制器能够取代它。

2．用于过程控制
过程控制要用到模拟量。

模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。

过程控制的目的就是，根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。

是连续生产过程最常用的控制。

过程控制的类型很多。

PLC用于过程控制，已是一个趋势。

因为用PLC实现这个控制，其价格比用别的要低，而且，用它时，在进行模拟量控制的同时，还可很方便的进行其它控制。

再加上各种过程控制模块的开发与应用，以及相关软件的推出及使用，用PLC进行种种过程控制已变得很容易，其编程也很简便。

所以，目前有的厂家PLC用于模拟量控制的份额，已超过用于顺序控制。

3．用于运动控制
运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。

可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动。

有时，还可控制多个对象，而这些对象间的运动可能还要有协调。

上个世纪50年代诞生于美国的数控技术，简称数控（NC），就是基于电子计算机及这个脉冲量的应用而不断发展与完善的运动控制技术。

而今，已发展到非常完善的境地，已是成为当今自动化技术的一个重要支柱。

PLC也已具备处理脉冲量的能力。

PLC有脉冲信号输入点或模块，可接收脉冲量输入（PI）。

PLC有脉冲信号输出点或模块，可输出脉冲量（PO）。

有了处理PI / PO这两种功能，加上PLC 已有数据处理及运算能力，完全可以依NC的原理进行运动控制。

用PLC实现这个控制，其价格比用NC要低得多。

而且，它在进行运动控制的同时，
还可进行其它控制。

再加上PLC各种运动控制模块的开发与应用，以及相关软件的推出及使用，用PLC进行种种运动控制已变得很容易，其编程也可使用NC语言，很简便。

近年，还出现了专门用于运动控制的PLC，即P（PROGRAMMABLE）M（MOTION）C （CONTROLLER），可编程运动控制器，简称PMC。

又为PLC用于精度更高、运动行程更大、控制的坐标更多、操作更方便的运动控制提供了很好的平台。

所以，用PLC进行运动控制，在相当程度上，可以代替价格比其昂贵的数控系统。

4．用于信息控制
信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。

随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。

PLC用于信息控制有两种：专用、兼用。

专用：PLC只用作采集、处理、存贮及传送数据。

兼用：在PLC实施控制的同时，也可实施信息控制。

PLC用作信息控制，或兼做信息控制，既是PLC应用的一个重要方面，又是信息化的基础。

5．用于远程控制
远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。

PLC有多种通讯接口，有很强的联网、通讯能力，并不断有新的联网的模块与结构推出。

所以，PLC远程控制是很方便的。

PLC与PLC可组成控制网。

可通讯，交换数据，相互操作。

参与通讯的PLC可多达几十、几百个。

网与网还可互联。

这样，参与通讯的PLC则更多，以至于不受限制。

PLC与智能传感器、智能执行装置（如变频器），也可联成设备网。

也可通讯，交换数据，相互操作。

可联接成远程控制系统，系统范围面可大到几十、几百公里或更大。

这种远程控制，既提高了控制能力，又简化了硬件接线及维护。

PLC与可编程终端也可联网、通讯。

PLC的数据可在它上面显示，也可通过它向PLC写数据，使它成为人们操作PLC的界面。

PLC可与计算机通讯，加进信息网。

利用计算机具有强大的信息处理及信息显示功能，可实现计算机对控制系统的监控与数据采集SCADA（Supervisory Control and DataAcquisition）。

同时，还可用计算机进行PLC编程、监控及管理。

PLC还有以太网模块，可用其使PLC加入互联网。

也可设置自己的网址与网页。

有这样PLC控制的工厂，有的称之为透明工厂（Transparent Factory）。

在地球上任何可上网的计算机，只要权限允许，就可直接对其进行访问。

远程控制威力是无比的。

可提升PLC的控制能力、扩大控制地域及提高控制效益。

总之，远程控制也已是 PLC 应用的重要方面。

以上介绍的五大控制，头三个是为了使不同的系统都能实现自动化。

信息控制是为了实
现信息化，其目的是使自动化能建立在信息化的基础上，实现管理与控制结合，进而做到供、产、销无缝连接，确保自动化效益。

远程控制则是使在信息化基础上的自动化能远程化。

既可实现各个角落信息汇总，保证
信息完整，为信息的全面使用提供方便；又为自动化的扩展，能从局部的设备级，发展到全
局的生产线级，车间级，以至于工厂级、地域级，建立自动化工厂、数字化城市，提供可能。

显然，这种大规模、大范围的自动化、信息化，将具有更大威力及得到更大的效益。

然而，随着这样自动化、信息化及远程化的推进，系统将越来越复杂。

为此，还必须实现这
些控制进行控制。

否则，一旦情况变化，或出现故障，而又不能及时应对，所有这些控制带
来的效益将化为乌有。

恰恰是PLC，还真有对这些控制进行控制的能力。

PLC是靠处理信息实施控制，PLC
又有很多自诊断功能。

充分利用PLC这两个优势，使PLC在实施上述控制时，具有一定的
自适应、自诊断的能力，在实现自动化、信息化及远程化之后，再实现智能化，是可能的。

这也是这些控制发展必然趋势。

当然，可完成这么多控制手段不仅是PLC，但是，PLC成为其中的主角已是公认的趋势。

九、怎样用好PLC
1．硬件要做的工作有：
针对应用需要，确定要用到PLC那些功能及多大控制规模；
根据用到的功能及控制规模，选择PLC品牌、型号，并做好系统配置；
以合适价格采购PLC；
做好电气设计，按设计要求安装、接线；
遵照规定使用PLC，并做好日常维护。

2．软件要做的工作有：
弄清工艺过程；
把各I/O点分配给各个器件，分配时既要考虑防干扰及接线的节省，又要照顾编程时地址使用的方便；
设计算法、编写、下载及调试程序；
现场进行系统调试；
程序定型与存档；
程序改进与完善；
结语：
基于计算机技术的PLC，其工作基础是信息的获得、变换与发送。

信息具有便于处理，便于传递，便于存储、可反复重用等特点。

再加上PLC具有可靠的I/O系统及种种接口，给PLC 带来了无限的生命力。

也决定了PLC非常有用、好用、耐用及省用。

PLC成为当今系统自动化、信息化、远程化及智能化的重要支柱已是顺理成章之事。

思考题：
1．PLC的实质是什么？
2．信息有那些特点？试设想用一个开关通过PLC去控制一盏灯，是实现的？
3．PLC主要功能有那些？
4．可从那些特点划分PLC？
5．PLC的“可”体现在那些方面？
6．为什么把PLC的工作速度看作PLC性能的第一指标？
7．PLC有那些主要应用？
8．用好PLC，要在软、硬件方面做好那些工作?。