PLC教程理论篇之PLC 用于运动控制一

PLC教程理论篇之PLC 用于运动控制一

关键词：脉冲量入（PI）、开关量入（DI）、模拟量入（AI）、脉冲量出（PO）、开关量出（DO）、模拟量出（AO）、电压到频率的转换技术（VF）、位置控制、运动控制、轨迹控制、运动控制多使用脉冲量。脉冲量，其取值总是不断地在0（低电平）和1（高电平）间交替变化着的逻辑量。每秒钟脉冲量交替变化的次数称频率。PLC 处理脉冲量的频率低的为几百、几千赫茨，高的为几十、几百千赫。

上个世纪50 年代诞生的数控技术，简称数控（NC），就是基于脉冲量的应用而不断

展与完善的。它先是用于金属切削机床的运动控制，而今，已用到其它设备、机械手，以至于整个生产线的多方面控制，已是成为当今自动化技术的一个重要支柱。

作为后来者，也已成为当今自动化又一支柱的PLC，也可处理脉冲量。目前，它不仅有输入、输出脉冲量的接口或模块，而且还有很多处理脉冲量的设定与指令。有的虽为微型机、小型机，但也有很强大的脉冲量处理功能，可经济、有效地，通过脉冲量的处理，进行种种运动及其它物理量控制。

除了位移、速度这样的物理量，可直接转换成脉冲量外，其它物理量转换成电量后，利用电压到频率的转换技术（VF），也可再转换成脉冲量。有了这个技术，用脉冲量也可实现对其它物理量，如温度、湿度、流量等的检测。再加上脉宽调制技术的应用，当今，使用脉冲量，不仅可实现运动控制，而且，也可实现对其它物理量控制。

用脉冲量实现控制的优点是：

系统的工作精度高，且这个精度可得以控制。因为它的精度以脉冲计。减少脉冲当量，即每脉冲对应的物理量的实际值，就可提高控制精度。随着技术进步，脉冲当量可作得非常之小。资源比较节省，它用串行，而不是并行处理数值。用一个输入（单相时）或输出点（一个位），就可处理，原来用一个通道（16 位）或字节（8 位）才能处理的问题。这里的关键是，当今PLC 的工作速度很高，可赢得时间。有了时间的富裕，就可换取这个空间的节省。

它的信号传送的电平高，信号失真对其影响也较小，所以，抗干扰能力很强。

由于用脉冲量实现对系统进行控制有这三个优点，所以，近来已用得越来越多。

一、控制类型

PLC 处理输入、输出数据的类型有：脉冲量入（PI）、开关量入（DI）、模拟量入（AI）、脉冲量出（PO）、开关量出（DO）及模拟量出（AO）6 种。与此对应的、与脉冲相关的控制大体有这么几种可能的组合：

1．脉冲量入（PI），开关量出（DO）

这种控制是输入的是脉冲量，而输出是开关量，用于ON/OFF 输出的闭环控制。

若脉冲频率不高，又是单相的，如每秒不到100 次，用普通的输入点，即可读入脉冲量。频率稍高的，又是单相的，可用定时或外中断的子程序的读入脉冲量。若脉冲频率更高，或是双相的，则要用PLC 的高速计数功能读入脉冲量。

在脉冲读入的同时，还要进行脉冲量的累计。如用了PLC 的高速计数功能，在读入脉冲的同时，即行这个累计，即计数。计数的或加、或减，则视脉冲输入情况而定。

如未用PLC 的高速计数功能，那可用计数器或加一（INC）指令读脉冲，就既可读入，又可累计。

计脉冲的同时还要不断地与设定值（给定值）进行比较。并根据比较结果产生相应的开关量（ON/OFF）输出。一般的位置、运动行程控制，或模拟量的ON/OFF 控制用的就是这个办法。

如要控制速度，一般要计算读入的脉冲频率。并把这个频率与设定值比较，再确定开关量输出。

在这种控制中，比较是关键，所以又称“比较控制”。

2．脉冲量入（PI），模拟量出（AO）

这种控制输入的是脉冲量，而输出是模拟量，这可用于闭环控制，也可是开环控制。

脉冲量读入同上。不过多是要计算频率。用频率的大小代表某物理量的大小。所以这个频率也可作为是反馈量，或称被控量、调节量。

模拟量输出是控制量。它从给定量与反馈量比较，并按一定算法，如PID，处理后得到的值，然后通过模拟量输出模块再加载给被控对象。

这种控制被控对象是脉冲量，又是闭环的，故也可称为脉冲量闭环控制。

脉冲量入、模拟量出也可用于开环控制。如一个模拟量（PLC 对其控制）要跟踪一个脉冲量（用PLC 高速计数功能去读该运动发出的脉冲）的变化就是开环控制。这也就是比例控制。

3．模拟量入（AI），脉冲量出（PO）

这种控制是输入的是模拟量，而输出为脉冲量，可是闭环控制，也可是开环控制。

模拟量可作为反馈量，或称被控量、调节量。但控制量是脉冲量。从给定量、反馈量，按一定算法得出控制量，在上一章已作了很多介绍。而得出的控制量后，怎么产生脉冲量输出有三种可能可供选择：

输出固定频率的脉冲，但脉冲数量可调，其值取决于控制量；

连续输出脉冲，但频率可调，其值取决于控制量；

连续输出固定频率的脉冲，但脉宽可调，其值取决于控制量。

选定后，作必要的设定，再选用相应的处理指令，即可达到目的。

这种控制被控量是闭环的，又用有脉冲量，故故应算是脉冲量闭环控制的一种。

模拟量入、脉冲量出也可用于开环控制。如一个脉冲量（PLC 对其控制）要跟踪一个模拟量（用PLC 读该值）的变化，就是开环控制。这也就是比例控制。

4．脉冲量入（PI），脉冲量出（PO）这种控制是输入、输出都是脉冲量。用它可实现闭环控制，也可实现开环控制。

在前一章，讨论的模拟量的种种闭环控制（含PID、模糊等智能控制），一般也都可用它实现。与前不同的只是，这里用的都是脉冲量，而以前用的都是模拟量。

这种控制被控对象也是脉冲量，又也是闭环的，故也可称为脉冲量闭环控制。

脉冲量入、脉冲量出也可用于开环控制。如一个运动（PLC 的脉冲输出控制）要跟踪另一个运动（用PLC 高速计数功能去读该运动发出的脉冲）就是开环控制。也就是比例控制。5．开关量入（DI），脉冲量出（PO）

这种控制是输入的是开关量，而输出为脉冲量，应算是开环控制。因为，这里的开关量只是发送控制命令。命令发出后，即根据预定要求启动脉冲量输出程序，输出脉冲量。而输出的结果是不予反馈的。

脉冲量输出程序，有一个坐标（一个输出点）的，也有多个坐标（多个输出点）的。在多个