【正文】 用于生產(chǎn)實踐。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學會（ IEC）曾先后于 1982 年、 1985 年和 1987 年發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一，二，三稿，并在 1987 年 2月對 PLC 作了如下定義： 可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器 ，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 定義強調了 PLC 是： 1 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) —— 也是一種計算機； 河北工程大學畢業(yè)設計論文 9 2 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計； 3 面向用戶指令 —— 編程方便； 4 邏輯運算、順序控制、定時計算和算術操作； 5 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制； 6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體； 7 易于擴充。 PLC的產(chǎn)生和定義 可編程控制器的縮寫為 PLC（ Programmable Logical Controller），是將計算機技術、自動化技術和通信技術融為一體，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的控制設備。 20世紀 60 年代，生產(chǎn)過程及各種設備的控制主要是繼電器控制系統(tǒng)。繼電器控制簡單、實用，但存在著明顯的缺點：設備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難以實現(xiàn)較復雜的控制特別是由于它是靠硬連線邏輯構成的系統(tǒng)，接線復雜，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須進行重新設計、布線、裝配和調試，所以通用性和靈活性較差。生產(chǎn) 上迫切需要一種使用方便靈活、性能完善、工作可靠的新一代生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學會（ IEC）曾先后于 1982 年、 1985 年和 1987 年發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一，二，三稿，并在 1987 年 2 月對 PLC 作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn) 過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外圍設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)宇公司研制出了第一代可編程序控制器，它具有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序等功能。 20世紀 80 年代后，由于計算機技術的迅猛的發(fā)展， PLC 采用通用微處理器為核心，具有了函數(shù)運算、高速計數(shù)、中斷技術、 PID 控制等功能，河北工程大學畢業(yè)設計論文 10 稱為 PC(Programmable Controller) 即可編程控制器。但由于 PC（ Personal Computer）已成為個人計算機的代名詞，為了不與之混淆，人們習慣上仍將可編程控制器稱為 PLC。經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為自動化技術的三大支柱（ PLC、機器人和 CAD/CAM）之一。 1982 年，國際電工委員會（ IEC）制定了 PLC 的標準，在 1987 年 12月頒布的第三稿中，對可編程控制器的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種 類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！? 可 編程控制器的特點 (1)可靠性高，抗干擾能力強 工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設備要求很高，應具有很強的抗干擾能力和高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時間長，故障修復時間短。這是 PLC 控制優(yōu)于微機控制的一大特點。例如日本的三菱公司 F F2系列平均故障間隔時間長達 30 萬 h，而 A系列的可靠性比 F F2系列更高。 在 PLC 設計中，可以從硬件和軟件兩方面采取措施，防止以上故 障的發(fā)生，以提高其可靠性。主要措施有： ①硬件措施有： 屏蔽 :對電源變壓器、 CPU 編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。 濾波 :對供電系統(tǒng)及輸入 /輸出線路采用多種形式的濾波，如 LC式π型濾波 網(wǎng)絡，以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。 電源的調整與保護 :對微處理器這個核心部件所需的 +5V 電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓影響。 隔離 :在微處理器與輸入 /輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入 /輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤 動作的可能。 聯(lián)鎖 :所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個信號只在規(guī)定的各種條件都河北工程大學畢業(yè)設計論文 11 滿足時才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。 采用模塊式結構 :這種結構有助于故障情況下短時修復。 設置環(huán)境檢測和診斷電路 :這種分電路與軟件配合，可以實現(xiàn)靈活保護與故障指示等功能。 ②軟件措施有： 故障檢測 :軟件定期地檢測外界環(huán)境，對諸如掉電、強干擾信號等情況能及時進行處理。 信息保護和恢復 :對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時，不破壞 PLC 內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復正常，繼續(xù)原來的工作。 設置了警戒時鐘 WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了 WDT 規(guī)定時間，預示了程序進入死循環(huán)，立即報警。 加強對程序的檢查和檢驗 :一旦程序有錯，立即報警并停止執(zhí)行。 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備 :停電后，利用后備電池供電，有關狀態(tài)及信息就不會因此而丟失。 這樣， PLC 的可靠性、抗干擾能力大大提高。例如美國通用電氣公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達 1 千萬小時之多，組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達 4 至 5 千萬小時。 （ 2）編程簡單，使用方便 這是 PLC 優(yōu)于微機的另一個特點。目前大多數(shù) PLC 采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，即有傳統(tǒng)控制線 路的清晰直觀，又適合電氣技術人員的讀圖習慣和微機應用水平，易于接受，與常用的匯編語言相比，更受歡迎。 這了進一步簡化編程，當今的 PLC 還針對具體問題設計了諸如步進梯形指令、功能指令等。 PLC 是為車間操作人員而設計的，一般只要很短時間的訓練即能學會使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識的人員操作。當然， PLC的功能開發(fā)，需要有軟件專家的幫助。 （ 3）控制程序可變，具有很好的柔性 在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設備，只要改變程序就可以滿足要求。所以 PLC 取代繼電器控制，而且具有 繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點。因此 PLC 除應用于單機控制外，在柔性制造單元（ FMC）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS），以至工廠自動化（ FA）中也被大量采用。 （ 4）功能完善 河北工程大學畢業(yè)設計論文 12 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術運算、定時、計數(shù)、順序控制、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示功能，使用設備水平大提高。 （ 5）擴充方便，組合靈活 PLC 產(chǎn)品具有各種擴充單元，可以方便地適應不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點及不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。為了適應各種工業(yè)控制需要，除了一些小型PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各個模塊連接起來，系統(tǒng)的模塊和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 （ 6）減少了控制系統(tǒng)設計及施工的工作量 由于 PLC 采用軟件編程來達到控制功能，而不同于繼電器控制采用接線來達到控制功能，同時 PLC 又能率先進行模擬調試，并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強，這些都減少了許多的工作量。 （ 7）豐富的 I/O接口模塊 為了實現(xiàn)與工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的各種工業(yè)現(xiàn)場設備的相互連接， PLC 除具有普通計算機的基本部分（如 CPU，存儲器等）外，還有豐富的 I/O接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（交流或直流，開關量或模擬量，電壓或電流，脈沖或電位，強電或弱電），設計有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備直接連接。 由于 PLC 是工業(yè)控制的專用計算機，其結構緊密、堅固、體積小巧，并由于具備很強的抗干擾能力，使之易于裝入機械設備內(nèi)部，因而成為實現(xiàn)“機電一體化”較理想的控制設備。 由于 PLC 具備了以上特點，它把微計算機技術與繼電器控制技術很好地融合 在一起，最新發(fā)展的 PLC 產(chǎn)品，還把直接數(shù)字控制（ DDC）技術加進去，并具有 監(jiān)控計算機聯(lián) 網(wǎng)的功能。因而它的應用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，既能改造傳統(tǒng)機械產(chǎn)品成為機電一體化的新一代產(chǎn)品，又適用于生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質、高產(chǎn)、節(jié)能與降低成本。 Keyene 的 PLC 是基于工業(yè)自動化的生產(chǎn)要求，專業(yè)對應生產(chǎn)需要而研發(fā)的PLC。它的每一款產(chǎn)品都對應一類工況，在這種工況下，它的 PLC 可以實現(xiàn)非常好的使用性能。 Keyence 是從傳感器和光學元件起家，在軟件研發(fā)上的投入非常大，因此它的 PLC 在數(shù)據(jù)采集處理，通信連接，自動化管理上非常突出，而且使河北工程大學畢業(yè)設計論文 13 用性能可靠。針對一些特殊的生產(chǎn)環(huán)境，它的產(chǎn)品在外型上做到 盡量緊湊，模塊連接非常方便，這就是擴充變得很簡單。 設計 PLC 基本原則 設計 PLC 控制時，應遵循以下基本原則 (1) 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 (2) 保 證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。 (3) 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要 注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 (4) 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。 實際上 PLC 控制系統(tǒng)的設計，按照國外發(fā)達國家的標準：首先考慮的是系統(tǒng)的安全性、可靠性設計，然后 才是根據(jù)控制工藝要求進行河北工程大學畢業(yè)設計論文 14 控制流程設計，然后就是編寫切實可行、高效的 PLC 程序，這里在安全性、可靠性設計要求的前提下，編寫相應的 PLC 程序非常重要，硬件上保證的安全性，以及軟件 PLC 程序中的安全考慮應該同步進行。 (5) PLC的應用 由于 PLC自身的特點和優(yōu)勢， PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到大量廣泛的應用，包括機械，冶金，化工，電力，建筑等，應用范圍也在不斷擴大。 PLC的主要應用領域包括以下幾個方面。 邏輯控制是 PLC最基本的應用，它可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，可實現(xiàn)組合邏輯控制，定時控制和順序邏輯 控制等功能。 PLC的邏輯控制功能已相當完善，可用于單機控制，也可用于多機群控制及自動生產(chǎn)線控制，其應用領域已普及各行各業(yè)。 PLC使用專用的運動控制模塊，可對直線運動或圓周運動的位置，速度和加速度進行控制，實現(xiàn)單軸，雙軸和多軸位置控制，并使順序控制和運動控制有機結合在一起。