一、什么是plc

　　PLC是指可編程邏輯控制器，是一種用于工業(yè)控制和自動化的電子設備。它通過執(zhí)行預先編寫的程序來控制機器人、生產(chǎn)線和其他工業(yè)設備。PLC可以處理輸入/輸出信號、進行數(shù)學運算和邏輯判斷，以根據(jù)輸入信號控制輸出信號。

　　二、PLC發(fā)展歷史

　　起源于美國汽車工業(yè)生產(chǎn)技術要求的發(fā)展促進了PLC的產(chǎn)生，20世紀60年代，美國通用汽車公司在對工廠生產(chǎn)線調(diào)整時，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十條”招標指標。 1969年，美國數(shù)字化設備公司研制出第一臺可編程控制器(PDP-14)，在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著;1971年，日本研制出第一臺可編程控制器(DCS-8);1973年，德國研制出第一臺可編程控制器;1974年，我國開始研制可編程控制器：1977年，我國在工業(yè)應用領域推廣PLC。最初的目的是替代機械開關裝置(繼電模塊)。然而，自從1968年以來，PLC的功能逐漸代替了繼電器控制板，現(xiàn)代PLC具有更多的功能。其用途從單一過程控制延伸到整個制造系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。

　　發(fā)展20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。 20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC的處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。

　　三、PLC基本結(jié)構

　　可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構基本上與微型計算機相同，基本組成如圖1所示，基本構成詳細描述如下：

　　1、電源

　　電源用于將交流電轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部所需的直流電，大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。

　　2、中央處理單元

　　中央處理器(CPU)是PLC的控制中樞，也是PLC的核心部件，其性能決定了PLC的性能。

　　中央處理器由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、控制總線與存儲器的輸入/輸出接口電路相連。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，進行邏輯和數(shù)學運算，控制整個系統(tǒng)使之協(xié)調(diào)。

　　3、存儲器

　　存儲器是具有記憶功能的半導體電路，它的作用是存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。其中系統(tǒng)程序是控制PLC實現(xiàn)各種功能的程序，由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀存儲器(ROM)中，用戶不能訪問。

　　4、輸入單元

　　輸入單元是PLC與被控設備相連的輸入接口，是信號進入PLC的橋梁，它的作用是接收主令元件、檢測元件傳來的信號。輸入的類型有直流輸入、交流輸入、交直流輸入。

　　5、輸出單元

　　輸出單元也是PLC與被控設備之間的連接部件，它的作用是把PLC的輸出信號傳送給被控設備，即將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成電平信號，驅(qū)動被控設備的執(zhí)行元件。輸出的類型有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘門輸出。

　　PLC除上述幾部分外，根據(jù)機型的不同還有多種外部設備，其作用是幫助編程、實現(xiàn)監(jiān)控以及網(wǎng)絡通信。常用的外部設備有編程器、打印機、盒式磁帶錄音機、計算機等。

　　四、PLC工作原理

　　當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。

　　1、輸入采樣

　　在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

　　2、用戶程序執(zhí)行

　　在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

　　在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程映像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程映像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。

　　3、輸出刷新

　　當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。

　　4、小結(jié)

　　根據(jù)上述過程的描述，可以對PLC工作過程的特點小結(jié)如下：

　?、貾LC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，這種方式減少了外界干擾的影響。

　?、赑LC的工作過程是循環(huán)掃描的過程，循環(huán)掃描時間的長短取決于指令執(zhí)行速度、用戶程序的長度等因素。

　?、圯敵鰧斎氲挠绊懹袦蟋F(xiàn)象。PLC采用集中采樣、集中輸出的工作方式，當采樣階段結(jié)束后，輸入狀態(tài)的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯后時間的長短又主要取決于循環(huán)周期的長短。此外，影響滯后時間的因素還有輸入濾波時間、輸出電路的滯后時間等。

　?、茌敵鲇诚窦拇嫫鞯膬?nèi)容取決于用戶程序掃描執(zhí)行的結(jié)果。

　?、葺敵鲦i存器的內(nèi)容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。

　?、轕LC當前實際的輸出狀態(tài)由輸出鎖存器的內(nèi)容決定。

　　五、plc功能特點

　　(1)可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計算機，因而集成度高，再加上相應的保護電路及自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　(2)編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句，其數(shù)量比微型機指令要少得多，除中、高檔PLC外，一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單，因此容易掌握、使用方便，甚至不需要計算機專業(yè)知識，就可進行編程。

　　(3)組態(tài)靈活。由于PLC采用積木式結(jié)構，用戶只需要簡單地組合，便可靈活地改變控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模，因此，可適用于任何控制系統(tǒng)。

　　(4)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優(yōu)點之一，是針對不同的現(xiàn)場信號(如直流或交流、開關量、數(shù)字量或模擬量、電壓或電流等)，均有相應的模板可與工業(yè)現(xiàn)場的器件(如按鈕、開關、傳感電流變送器、電機啟動器或控制閥等)直接連接，并通過總線與CPU主板連接。

　　(5)安裝方便。與計算機系統(tǒng)相比，PLC的安裝既不需要專用機房，也不需要嚴格的屏蔽措施。使用時只需把檢測器件與執(zhí)行機構和PLC的I/O接口端子正確連接，便可正常工作。

　　(6)運行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執(zhí)行的，因而不論其可靠性還是運行速度，都是繼電器邏輯控制無法相比的。

　　近年來，微處理器的使用，特別是隨著單片機大量采用，大大增強了PLC的能力，并且使PLC與微型機控制系統(tǒng)之間的差別越來越小，特別是高檔PLC更是如此。

　　六、plc系統(tǒng)集成

　　在制造工業(yè)中存在大量的開關量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作;另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制;以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數(shù)器、模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主的—離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產(chǎn)品。PLC廠家在原來CPU模板上提逐漸增加了各種通訊接口，現(xiàn)場總線技術及以太網(wǎng)技術也同步發(fā)展，使PLC的應用范圍越來越廣泛。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優(yōu)點，這是它能持久的占有市場的根本原因。

　　PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構，有母板，數(shù)字I/O模板，模擬I/O模板，還有特殊的定位模板，條形碼識別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在母板上擴展或者利用總線技術配備遠程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量。

　　PLC在實現(xiàn)各種數(shù)量的I/O控制的同時，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，使得它可以控制各種能接收這些信號的伺服電機，步進電機，變頻電機等，加上觸摸屏的人機界面支持，PLC可以滿足您在過程控制中任何層次上的需求。

　　七、plc選型規(guī)則

　　在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統(tǒng)。

　　點數(shù)估算

　　I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。

　　存儲器容量

　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。

　　存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)(16位為一個字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。

　　控制功能選擇

　　該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

　　1、運算功能

　　簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能;普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等;大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。

　　2、控制功能

　　控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據(jù)控制要求確定?？删幊踢壿嬁刂破髦饕糜陧樞蜻壿嬁刂疲虼?，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。

　　3、通信功能

　　大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議(如TCP/IP)，需要時應能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網(wǎng)絡。

　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等;大中型可編程邏輯控制器通信總線(含接口設備和電纜)應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。

　　可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中，上級的網(wǎng)絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡主要形式有下列幾種形式：

　　1)PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡;

　　2)1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡;

　　3)可編程邏輯控制器網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng);

　　4)專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡)。

　　為減輕CPU通信任務，根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現(xiàn)場總線)通信處理器。

　　4、編程功能

　　離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。

　　五種標準化編程語言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準(IEC6113123)，同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

　　5、診斷功能

　　可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

　　可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。

　　6、處理速度

　　可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。

　　處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關?？删幊踢壿嬁刂破鹘狱c的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K;大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。

　　控制器類型

　　可編程邏輯控制器按結(jié)構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。

　　整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng);模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

　　輸入輸出類型

　　開關量主要指開入量和開出量，是指一個裝置所帶的輔助點，譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(變壓器超溫后變位)、閥門凸輪開關所帶的輔助點(閥門開關后變位)，接觸器所帶的輔助點(接觸器動作后變位)、熱繼電器(熱繼電器動作后變位)，這些點一般都傳給PLC或綜保裝置，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源接點，也叫PLC或綜保裝置的開入量。

　　1、數(shù)字量

　　在時間上和數(shù)量上都是離散的物理量稱為數(shù)字量。把表示數(shù)字量的信號叫數(shù)字信號。把工作在數(shù)字信號下的電子電路叫數(shù)字電路。

　　例如：用電子電路記錄從自動生產(chǎn)線上輸出的零件數(shù)目時，每送出一個零件便給電子電路一個信號，使之記1，而平時沒有零件送出時加給電子電路的信號是0，所在為記數(shù)?？梢?，零件數(shù)目這個信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是不連續(xù)的，因此他是一個數(shù)字信號。最小的數(shù)量單位就是1個。

　　2、模擬量

　　在時間上或數(shù)值上都是連續(xù)的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。

　　例如：熱電偶在工作時輸出的電壓信號就屬于模擬信號，因為在任何情況下被測溫度都不可能發(fā)生突跳，所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數(shù)量上都是連續(xù)的。而且，這個電壓信號在連續(xù)變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義，即表示一個相應的溫度。

　　轉(zhuǎn)換原理

　　1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的系統(tǒng)，一般用低通濾波即可以實現(xiàn)。數(shù)字信號先進行解碼，即把數(shù)字碼轉(zhuǎn)換成與之對應的電平，形成階梯狀信號，然后進行低通濾波。

　　根據(jù)信號與系統(tǒng)的理論，數(shù)字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積，那么由卷積定理，數(shù)字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數(shù))的乘積。這樣，用Sa函數(shù)的倒數(shù)作為頻譜特性補償，由數(shù)字信號便可恢復為采樣信號。由采樣定理，采樣信號的頻譜經(jīng)理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。

　　一般實現(xiàn)時，不是直接依據(jù)這些原理，因為尖銳的采樣信號很難獲得，因此，這兩次濾波(Sa函數(shù)和理想低通)可以合并(級聯(lián))，并且由于這各系統(tǒng)的濾波特性是物理不可實現(xiàn)的，所以在真實的系統(tǒng)中只能近似完成。

　　2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)，是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。

　　模擬信號經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號，然后通過編碼器， 使得階梯狀信號中的各個電平變?yōu)槎M制碼。

　　八、plc選擇型號

　　PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同，對應著其結(jié)構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。

　　PLC機型

　　PLC的選擇主要應從PLC 的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結(jié)構型式，安裝方式的選擇，相應的功能要求，響應速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機型盡量統(tǒng)一等因素。

　　結(jié)構型式

　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構型式。

　　整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中;而模塊式PLC的功能擴展靈活方便，在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復雜的控制系統(tǒng)。

　　安裝方式

　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。

　　集中式不需要設置驅(qū)動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反應快、成本低;遠程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅(qū)動器和遠程I/O電源;多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。

　　功能要求

　　一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。

　　對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。對于控制較復雜，要求實現(xiàn)PID運算 、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。

　　響應速度

　　PLC是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次PLC的響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮PLC的響應速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC等。

　　可靠性

　　對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。

　　機型盡量統(tǒng)一

　　一個企業(yè)，應盡量做到PLC的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：

　　1)機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。

　　2)機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。

　　3)機型統(tǒng)一，其外部設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。

　　九、plc應用概況

　　1、開環(huán)控制

　　開關量的開環(huán)控制是PLC的最基本控制功能。PLC的指令系統(tǒng)具有強大的邏輯運算能力，很容易實現(xiàn)定時、計數(shù)、順序(步進)等各種邏輯控制方式。大部分PLC就是用來取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)。

　　2、模擬量閉環(huán)

　　對于模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，除了要有開關量的輸入輸出外，還要有模擬量的輸入輸出點，以便采樣輸入和調(diào)節(jié)輸出實現(xiàn)對溫度、流量、壓力、位移、速度等參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)與控制。目前的PLC不但大型、中型機具有這種功能外，還有些小型機也具有這種功能。

　　3、數(shù)字量控制

　　控制系統(tǒng)具有旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖伺服裝置(如步進電動機)時，可利用PLC實現(xiàn)接收和輸出高速脈沖的功能，實現(xiàn)數(shù)字量控制，較為先進的PLC還專門開發(fā)了數(shù)字控制模塊，可實現(xiàn)曲線插補功能，近來又推出了新型運動單元模塊，還能提供數(shù)字量控制技術的編程語言，使PLC實現(xiàn)數(shù)字量控制更加簡單。

　　4、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控

　　由于PLC主要用于現(xiàn)場控制，所以采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)是十分必要的功能，在此基礎上將PLC與上位計算機或觸摸屏相連接，既可以觀察這些數(shù)據(jù)的當前值，又能及時進行統(tǒng)計分析，有的PLC具有數(shù)據(jù)記錄單元，可以用一般個人電腦的存儲卡插入到該單元中保存采集到的數(shù)據(jù)。PLC的另一個特點是自檢信號多.利用這個特點，PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自診斷式監(jiān)控，減少系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。