PLC系统的电模拟信号的输入和输出

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    外部世界的信息，除了以开关量的形式存在之外，还有大量连续变化的信息。plc系统同样需要能将它们读人系统中。这也正是一般的继电接触器系统——数字逻辑控制系统无法完成的工作。只有计算机控制系统(PLC控制系统是其中的一类)才能担当这一重任。

    大千世界万物都在不停地运动着，用以描述各种运动的参数不胜枚举，而且其中绝大多数不是电量。为了测量和使用这些参数，目前较为流行的方法是首先将它们设法转变成为电量，这就是传感器的基本功能。一旦它们转变（换）成了电量（对时间）的连续函数，再设法将它们读到PLC中去。可是即使转换成了电量，仍嫌种类太多且数量级差太大，难以处理和转换。因此中间只好增加一个环节，用来将量纲和大小不一的电量转换成少数几个标准电量，延续参照早期电动单元仪表的标准。能够输出标准电量的传感器，我们称为“变送器”。为了设计和系统组成的方便，我们在可能的前提下，当然选用变送器作为输入到PLC控制系统的测量元件。只有在无法找到现成的可用产品时，才会考虑自行设计非标的电路。PLC系统的生产厂家，大都可提供将标准电信号转换成数字量的A/D转换器。

    前面我们已经知道，表示连续的模拟变量并非只有连续的直流电量一种。其中的脉冲频率信号和脉冲调宽信号，因其只有两种电平，仍有可能直接从开关量输入口读入之外，其他的调制信息必须借助于专用的转换电路，才能被PLC读入。

    既然有从模拟量转换成数字量的读人过程，必然就会有从数字量转换成模拟量的逆过程，即输出过程。目前，绝大多数的执行机构仍然只能接受模拟电量作为控制信号。

    近年来由于通信技术的快速发展，以通信的方式取代接口电路来传送变量信息越来越普遍，输入和输出变得完全一样，只需双方都具有通信能力即可。所以现在的PLC系统的通信口也越来越多，类型也十分丰富，大有后来者居上之势，很多执行机构也逐步具有通信能力，例如我们十分熟悉的变频器。

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    取代了逻辑控制电路的PLC控制器，原本只能解决以布尔代数为数学基础的逻辑控制问题，而专用于调节连续参数的模拟过程控制（调节）器，则是以解决微分方程所描述的过程控制问题见长。不过它后来像PLC控制器一样，也被数字化、离散化（计算机化）了。这样，两者就有了共同的基础，于是相互渗透相互融合。变得越来越接近了。
    因为技术的不断进步，CUP的速度越来越快、品种越来越多，控制理论的不断发展，使用的数学工具越来越复杂，因此现代的计算机控制系统已经变得十分复杂了，甚至被神化了。它所涉及的范围包括小到位片机、单片机、专用机，大到后来使用的工控机，嵌入式、积木式、组合式的，在借助于总线技术或网络而出现的DCS系统、现场总线系统等大型控制系统等。但是其核心都是完全相同的，基本的原理结构和组件是一样的。甚至可以说，使用的方法都是类似的。

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    在数字计算机面世的同时就出现了两个相互依存，而又相互独立的组件——硬件和软件。我国的“算盘”可能就算是数字计算机的始祖，它由算盘和算法两者相配合来完成工作。这里的算盘是硬件，而被我们熟记的“口诀”则作为软件。
    进一步的发展已经表明：有不少功能还可以相互转换。电子计算机发展的过程是由模拟计算机到数字计算机的过程。也就是由单纯的硬件计算机发展成为具有硬件和软件的计算机，后者的软件完成（取代）了前者的计算功能。可见只要在数学模型相同的条件下，很多工作都可以相互取代。早期的模拟计算机主要用来进行逻辑运算和解微分方程。现代计算机的核心工作依然如故。尽管它看起来五花八门，而且似乎无所不能。我们经常用到的处理声音和图像的工作，从录音、录像，到压缩、编码、解码等，很多都是既可用专用硬件模块完成，也可用软件来完成。
    了解以“软”代“硬”的设计思路，对从事计算机控制的同行也是十分重要的，很具有应用价值。例如，我们在处理信号时，经常用到各种滤波器。然而使用数字滤波器软件，也可能达到同样的效果。现代的工程设计中，软件和硬件在功能方面的相互取代，已是司空见惯了。
    诚然，在实施以“软”代“硬”的工作时，可能会遇到时间滞后的问题。我们可以粗略地理解为硬件模块工作是即时的或同时的，而软件的工作是“按部就班”的，是分时的，所以一般显得慢一些。这在实时控制系统里，可能是不可接受的。但是如果计算机速度足够快，就有可能弥补这一缺点，当然，若因此而过于提高对计算机的要求，或是过于增加CPU的“开销”，则另作他论。可行性和经济性必须兼顾。
    本节所讨论的硬件和软件的区别、功能的相互取代，以及发展趋势等，仅仅只是对处理信息而言。控制系统中的另外两个必不可少的重要功能环节——检测和执行并不包含在内。因为执行通常伴随着一定能量的转换。一台汽车发动机，无论采用什么高级技术进行调节和控制，最终仍然要落实在驱动汽车上。落实在将化学能转换成热能和动能上，完全不能直接用“软”的办法来完成。监测装置也是一样，我们尽可以对已经监测到的信息利用软件进行各种加工。然而这个信息的源头一定是来自于硬件，因为它同样伴随着能量的转移或转换。对于某些难以直接测量的参数，即使可以用间接测量的方法，用推理和计算去获得，但这不过是换了一个源头而已。即使就信息处理本身而言，它也不可能完全脱离硬件。因为信息本身需要载体。作为载体的物质，在某一时刻的状态被我们视为信息。没有物质（硬件），也就没有任何状态，更谈不上有任何信息。能将信息记录在石头上、纸上、芯片上、头脑等各类物质中，也就是将这些物质作为载体。信息还要进入载体，还要被表达出来，这些都只能由硬件来完成。因此世界是物质的，运动的，至少无神论者持这种看法。因此我们可以认为：所谓用软件取代硬件的功能，只不过是用更为小巧的、更精密的、更复杂的、能耗更低的、可大批量生产的、低成本而可靠的，但是其功能又是灵活可变的硬件取代了原来的硬件。一种由单纯的机械化向智能化的转变是必然的趋势。
    最后，我们再回到本小节开头的命题：用PLC的软件取代逻辑控制电路的问题。事实已经证明了它的可行性，为此列举一下这种取代的优越性：①体积小、重量轻、能耗低和可靠性高，是显而易见的。②继电器的软件化，实际上也就是虚拟化了。再也不受自身的体积、位置、功耗、触点的数量及种类的限制。“抽象包含着质的提高”。完全免除了该部分所有的配线工序。③通用性极强。由五花八门的、由有触点电路或无触点逻辑电路组成的控制电路板，简化为统一批量生产的、通用性极强的PLC。对于一种工业产品而言，是一种革命性的进步。事物由简单变得复杂，再由复杂变为更高级的简单。不仅因为简化了设计、调试过程，也简化了将来更新换代的过程。加上软件的复制成本十分低廉，所以降低了生产成本是不言而喻的。