【正文】 器的功能特點(diǎn)，美國AB公司將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器Programmable Logic Controller(PLC)，并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊商標(biāo)。現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC?！∩鲜兰o(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng).近年，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)(IPC)和現(xiàn)場總線技術(shù)(FCS)發(fā)展迅速，擠占了一部分PLC市場，PLC增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢，但其在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的?！∧壳?，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車(23%)、糧食加工(%)、化學(xué)/制藥(%)、金屬/礦山(%)、紙漿/造紙(%)等行業(yè)?！? 典型的PLC產(chǎn)品國外施耐德公司， Quantum、Premium、Momentum等；羅克韋爾(AB公司)，SLC、MicroLogix、Control Logix等；西門子公司， SIMATIC S7400/300/200系列；GE公司，日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠約30家，但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。 PLC在我國的應(yīng)用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面非常弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。在我國，一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級別(但不絕對，國外分類有些區(qū)別)：微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型：1024 I/O 大型：4096 I/O 巨型：8192 I/O在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，I/O 64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%，64點(diǎn)~256點(diǎn)的占31%，合計(jì)占整個(gè)PLC銷售額的78%。在我國應(yīng)用的PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及OEM產(chǎn)品采用日本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢，而日本PLC在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢。我國的PLC供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商(代理商)、系統(tǒng)集成商、OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。 PLC發(fā)展的重點(diǎn)人機(jī)界面更加友好PLC制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件企業(yè)、或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的性能，同時(shí)，為用戶的開發(fā)和維護(hù)降低了成本，使更易形成人機(jī)友好的控制系統(tǒng)，目前，PLC＋網(wǎng)絡(luò)＋I(xiàn)PC＋CRT的模式被廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)通訊能力大大加強(qiáng)PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾A－B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西門子公司在ProfibusDP及ProfibusFMS網(wǎng)絡(luò)等。開放性和互操作性大大發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護(hù)成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認(rèn)識，形成了長時(shí)期妥協(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的進(jìn)程，可以從以下方面反映：1)IEC形成了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含8種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說，多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個(gè)經(jīng)過困難的爭論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。2)IEC制訂了基于Windows的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC611313，它規(guī)定了指令表(IL)、梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)五種編程語言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然PLC開發(fā)上各工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過程中，可以較方便地適不同品牌的產(chǎn)品。3)OPC基金會推出了OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過OPC一致性測試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC功能。OPC與現(xiàn)場總線技術(shù)的結(jié)合，是未來控制系統(tǒng)向FCS技術(shù)發(fā)展的趨勢。PLC的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC的網(wǎng)絡(luò)能力、模擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來越應(yīng)用于過程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化過程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC均有成功能應(yīng)用，PLC在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的DCS，從而使原來PLC(順序控制)＋DCS(過程控制)的模式變成PLC＋I(xiàn)PC模式。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對PLC有重要影響。以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于1)硬件上如合適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境；2)通訊機(jī)制如何提高其可靠。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過程，各PLC廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品第三章 PLC技術(shù)的應(yīng)用 PLC 工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類:開關(guān)量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等；模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制；運(yùn)動(dòng)控制：PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。過程控制:過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用；數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)；通信及聯(lián)網(wǎng)：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 PLC應(yīng)用中需要注意的問題——工作環(huán)境和抗干擾溫度 PLC要求環(huán)境溫度在0~55℃，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大，基本單元和擴(kuò)展單元之間要有30mm以上間隔；開關(guān)柜上、下部應(yīng)有通風(fēng)的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55℃，要安裝電風(fēng)扇強(qiáng)迫通風(fēng)。 濕度 為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%(無凝露)。 震動(dòng) 應(yīng)使PLC遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為10~55Hz的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。 電源 PLC供電電源為50Hz、220(1177。10%)V的交流電，對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。還可以在電源輸入端串接LC濾波電路。FX系列PLC有直流24V輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器(如光電開關(guān)或接近開關(guān))提供直流24V電源。當(dāng)輸入端使用外接直流電源時(shí)，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于紋波的影響，容易使PLC接收到錯(cuò)誤信息。 PLC應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源如電焊機(jī)、大功率硅整流裝置和大型動(dòng)力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。 PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10。 PLC基本單元與擴(kuò)展單元以及功能模塊的連接線纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，以防止外界信號的干擾。 第四章 PLC實(shí)際應(yīng)用舉例PLC在自動(dòng)化控制領(lǐng)域占據(jù)著非常重要的地位，下面我們用幾個(gè)常用的電路來舉例，更好的了解PLC。　接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制使用PLC控制 本圖中靠近母線一側(cè)中的第一梯級和第二梯級中的X000、X001均為PLC外部按鈕SBSB3按鈕所控制的常開接點(diǎn)，一旦接到外部信號使相應(yīng)的X000或X001閉合，通過串接于第一或第二梯級相應(yīng)線路，使輸出繼電器Y000或Y001線圈中的一個(gè)閉合，由于輸出繼電器線圈的閉合，使并接于第一和第二梯級中的常開接點(diǎn)Y000或Y001中的一個(gè)閉合形成了自保關(guān)系。接于輸出繼電器外圍相應(yīng)接觸器則帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。停止則由外部的SB1按鈕控制，使串接于第一和第二梯級中的常閉接點(diǎn)X002斷開，不管是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)均能斷電，從而使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。熱保護(hù)則由外部的FR驅(qū)動(dòng)，使串接于第一和第二梯級中的常閉接點(diǎn)X003斷開使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。而串接于第一和第二梯級中的常閉接點(diǎn)Y001和Y000的作用，是保證在正轉(zhuǎn)時(shí)反轉(zhuǎn)回路被切斷，同理反轉(zhuǎn)時(shí)正轉(zhuǎn)回路被切斷使它們只能處于一種狀態(tài)下運(yùn)行，其實(shí)質(zhì)是相互聯(lián)鎖的作用。這里特別要強(qiáng)調(diào)的是：由于PLC運(yùn)行速度極快，在正反轉(zhuǎn)控制狀態(tài)下若沒有必要的外圍聯(lián)鎖，將會造成短路。如果只靠PLC內(nèi)部的聯(lián)鎖是不行的。這一點(diǎn)一定要記住。而且在星角降壓啟動(dòng)等必要的電路中均應(yīng)考慮這一問題。 復(fù)合聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)使用PLC控制本圖為正反轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)控制改為用PLC控制，其工作原理是：當(dāng)按接于外部的正轉(zhuǎn)按鈕SB1驅(qū)動(dòng)第一梯級X000常開接點(diǎn)閉合(而第二梯級中的X000常閉接點(diǎn)則同時(shí)斷開，切斷可能運(yùn)行中的反轉(zhuǎn)功能，起了互鎖作用)，通過串接于其后的X00X00Y00Y002各接點(diǎn)的常閉，接通了Y000輸出繼電器線圈使其閉合，由于Y000線圈的閉合，導(dǎo)至第一梯級的并接于母線側(cè)的Y000常開接