【正文】 新型的通用控制設(shè)備 1968 年美國通用公司 GM 液壓部提出了以下 10 項招標(biāo)指標(biāo) 1 編程簡單可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序 2 維護(hù)方便各部件最好采用插件方式 3 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng) 4 設(shè)備體積小于繼電器控制柜 5 數(shù)據(jù)可以直接送給管理計算機(jī) 6 成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭 7 輸入電壓是 115V 交流電 8 輸出電壓也是 115V 交流電輸出電流達(dá) 2A 以上能直接驅(qū)動電磁閥 9 系統(tǒng)擴(kuò)展時原系統(tǒng)只需做小的變動 10 用戶程序存儲容量可擴(kuò)展到 4KB 美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC 中標(biāo)于 1969 年研制成功了一臺符合要求的控制器稱為可 編程控制器在通用汽車公司 GM 的汽車裝配生產(chǎn)線上試驗(yàn)并獲得成功 美國電氣制造商協(xié)會 NEMA經(jīng)過調(diào)查于 1980年把這種控制正式命名為可編程控制器 Programmable Controller英文縮寫為 PC為了與個人計算機(jī) PC Personal Computer 相區(qū)別就在 PC 中間加入 LLogical 而寫成 PLC 國際電工委員會 IEC 于 1982 年頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)菜草案第一稿 1987 年 2 月頒布了第三稿對可編程控制定義如下可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計它采用可編程的存儲器用來在 其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算順序控制定時計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械動作過程可編程控制器及其相關(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計 可編程控制器的出現(xiàn)立即引起了各國的注意日本于 1971 年引進(jìn)可編程控制器技術(shù)德國于 1973年引進(jìn)可編程控制器技術(shù)中國于 1973年開始研制可編程控制器 1977 年應(yīng)用到生產(chǎn)線上 自 20世紀(jì) 60年代以來發(fā)展極為迅速應(yīng)用極為廣泛的工業(yè)控制裝置是現(xiàn)代工業(yè)自動代控制的首選產(chǎn)品與機(jī)器人ＣＡＤ＼ＣＡＭ并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大 支柱 如果說初期發(fā)展起來的ＰＬＣ主要是以它的高速可靠性靈活性和小型化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電接觸控制的那么當(dāng)今的ＰＬＣ則吸取了微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的最新成果得到了更新的發(fā)展從單機(jī)自動化到整條生產(chǎn)線的自動化甚至到整個工廠的生產(chǎn)自動化從柔性制造系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人到大型分散控制系統(tǒng)ＰＬＣ均承擔(dān)著重要角色 可編程控制器的分類及編程語言 1PLC 的分類 可編程控制器已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中最常見最重要的控制裝置它代表著一個國家的工業(yè)水平 世界上生產(chǎn)可編程控制器的廠家非常多其中著名的廠家有美國 AB 公司日本的三菱公司德國的西門子 公司等 可編程控制器通常以輸入 輸出點(diǎn) I O 總數(shù)的多少進(jìn)行分類 I O 點(diǎn)數(shù)在 128點(diǎn)以下為小型機(jī) I O 點(diǎn)數(shù)在 129512 點(diǎn)為中型機(jī) I o 點(diǎn)數(shù)在 513 點(diǎn)以上為大型機(jī)可編程控制器的 IO 點(diǎn)數(shù)越多其存儲容量也越大 PLC 按結(jié)構(gòu)形式分類可分為整體式和模塊式兩種整體式又稱為單元式或箱體式整體式 PLC 將電源 CPUI O 部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)其結(jié)構(gòu)緊湊體積小價格低一般小型 PLC采用這種結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)是將 PLC各部分分成若干個單獨(dú)的模塊如 CPU 模塊 I O 模塊電源模塊和各種功能模塊有的 PLC 將整體式和模塊式結(jié)合起來稱為疊裝式 PLC 它除基本單元和擴(kuò)展單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊其配置更加靈活 2． PLC 編程語言 可編程控制器的編程語言常用的有梯形圖指令表和狀態(tài)流程圖由于梯形圖比較直觀容易掌握因而很受普通技術(shù)人員的歡迎 可編程控制器的常用編程工具有 1 手持式編程器一般供現(xiàn)場調(diào)試及修改使用 2 個人電腦利用專用的編程軟件進(jìn)行編程 可編程控制器的應(yīng)用和發(fā)展 可編程控制器在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵石化機(jī)械制造汽車裝置電力輕紡等各行各業(yè)目前 PLC 主要有以下幾個方面應(yīng)用 1 用于開關(guān)邏輯控制這是 PLC 最基本的應(yīng)用可用 PLC 取代 傳統(tǒng)繼電器接觸器控制如普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床電氣 PLC 控制也可取代順序控制如高爐上料電梯控制貨物存取運(yùn)輸檢測等總之 PLC 可用于單機(jī)多機(jī)群控以及生產(chǎn)線的自動化控制 2 閉環(huán)過程控制過程控制是指對溫度壓力流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制 PLC 通過模擬量 I O 模塊實(shí)現(xiàn)模擬 Analog 量和數(shù)字 Digital 量之間的轉(zhuǎn)換一般稱為 A\D轉(zhuǎn)換和 D \A轉(zhuǎn)換這一閉環(huán)控制功能可以用 PID子程序或?qū)Ｓ玫?PID閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)加熱爐熱處理爐和鍋爐等設(shè)備以及輕工化工機(jī)械冶金電力及建材等行業(yè) 3 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 的 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳送轉(zhuǎn)換排序和查表以及位操作等功能可以完成數(shù)據(jù)的采集分析和處理這些數(shù)據(jù)可以與儲存在存儲器中的參數(shù)值進(jìn)行比較也可以用通信功能傳送到其他智能裝置或者將其打印制表 4 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I O 之間的通信多臺 PLC 之間的通信 PLC與其他智能設(shè)備如計算機(jī)變頻器數(shù)控裝置之間的通信 PLC與其他智能控制設(shè)備一起可以組成集中管理分散控制的分布控制系統(tǒng) 自從美國研制出第一臺 PLC 以后日本德國法國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼研制出各自的 PLC20 世紀(jì) 70 年代中期在 PLC 中引入了微機(jī)計算機(jī)技術(shù)使 PLC 的功能不斷增強(qiáng)質(zhì)量不斷提高應(yīng)用日益廣泛 1971 年日本從美國引進(jìn) PLC 技術(shù)很快就研制出日本第一臺 DSC8 型 PLC1984年日本就有 30 多個 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品達(dá)到 60 多種以上西歐在 1973 年研制出第一臺 PLC 并且發(fā)展很快年銷售增長 20 以上目前世界上眾多的 PLC 制造廠家中比較著名的幾個大公司有美國 AB 公司歌德公司德州儀器公司通用電氣公司德國的西門子公司日本的三菱東芝富士和立石公司等它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的 PLC市場 PLC技術(shù)已成為工業(yè)自動化 3大技術(shù) PLC技術(shù)機(jī)器人計算機(jī)輔助設(shè)計與分析支柱之一 我國研制與 應(yīng)用 PLC 起步較晚 1973 年開始研制 1977 年開始應(yīng)用 20 世紀(jì) 80年代初期以前發(fā)展較慢 20世紀(jì) 80年代隨著成套設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備引進(jìn)了不少 PLC如寶鋼一期工程整個生產(chǎn)線上就是使用了數(shù)百臺 PLC 二期工程使用得更多近幾年來國外 PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國市場我國已有許多單位在消化吸收引進(jìn) PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上仿制和研制了 PLC 產(chǎn)品例如北京機(jī)械自動化研究所上海起重電器廠上海電力電子設(shè)備廠無錫電器廠等 目前 PLC 主要是朝著小型化廉價化系列化標(biāo)準(zhǔn)化智能化高速化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展這將使 PLC 功能更強(qiáng)可靠性更高使用更方便適應(yīng)面更廣 22 PLC 的基本組成 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) PLC 型號品種繁多但實(shí)質(zhì)都是一種工業(yè)控制計算機(jī)與通用計算機(jī)相比可編程控制器不僅具有與工業(yè)過程直接相連的接口而且具有更適應(yīng)于工業(yè)控制的編程語言可編程控制器的編程大致上主要由中央處理單元 CPU \存儲器 \輸入輸出單元 IO \電源和編程器等及部分組成其結(jié)構(gòu)方框圖如下圖所示 1 中央處理器 CPU CPU是 PLC的核心部件起著控制和運(yùn)算的作用它能夠執(zhí)行程序規(guī)定的各種操作處理輸入信號發(fā)送輸出信號等 PLC的整個工作過程都是在 CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的 2．存儲器 用于 存放系統(tǒng)程序監(jiān)控運(yùn)行程序 \用戶程序 \邏輯及數(shù)字運(yùn)算的過程變量及其他所有信息 PLC 的存儲器可分為三類 1系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器由 POM 或 EPROM組成用以固化系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序?qū)τ脩舫绦蜃骶幾g處理系統(tǒng)程序由廠家編寫它決定了 PLC 的基本功能用戶不能更改 2 用戶程序存儲器用戶程序存儲器通常采用低功率的 CMOSRAM 由后備電池供電在斷開電源后仍能夠保存目前比較先進(jìn)的 PLC 采用可隨時讀寫的快閃存儲器可不需要后備電池斷電時存儲器的內(nèi)容也不會丟失在 PLC 的產(chǎn)品說明書中給出的內(nèi)存容量或程序容量就是指用戶程序存儲容量 3 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器按輸入輸出和內(nèi)部寄存器定時器計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器等單元的定義序號存儲數(shù)據(jù)或狀態(tài)不同廠家出品的 PLC 有不同的定義序號在PLC 斷電時能夠保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲器區(qū)稱數(shù)據(jù)保存區(qū) 3．電源 電源包括系統(tǒng)電源 \備用電源及記憶電源 PLC 大多使用 220V 交流電源 PLC內(nèi)部的直流穩(wěn)壓單元用于為 PLC的內(nèi)部電路提供穩(wěn)定直流電壓某些 PLC還能夠?qū)ν馓峁?DC0224V的問點(diǎn)電壓為外部傳感器供電 PLC一般還帶有后備電池為防止因外部電源發(fā)生故障而造成 PLC 內(nèi)部主要信息意外丟失 4 輸入 \輸出單元 輸入輸出單元又稱為 IO 接口電 路是 PLC 與外部被控對象聯(lián)系的紐帶與橋梁根據(jù)輸入輸出信號的不同 IO接口電路有開關(guān)量和模擬量兩種 IO接口電路輸入單元用來進(jìn)行輸入信號的隔離濾波及電平轉(zhuǎn)換輸出單元用來對 PLC 的輸出進(jìn)行放大及電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動控制對象 輸入單元接口是用于接收和采集現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)過程的各類輸入數(shù)據(jù)輸出信息 如從各類開關(guān)操作按鈕等送來的開關(guān)量或由電位器傳感器提供的模擬量 并將其轉(zhuǎn)換成 CPU所能接收和處理的數(shù)據(jù)輸出接口則用于將 CPU的控制的控制信息轉(zhuǎn)換成外設(shè)備所需要的控制信號并送到有關(guān)設(shè)備或現(xiàn)場如接觸器指示燈等 輸入單元接口電路由輸入數(shù)據(jù)寄 存器選通脈沖及電路及中斷請求邏輯電路組成當(dāng) PLC 掃描在允許輸入階段時發(fā)出允許中斷請求信號選通電路選中對應(yīng)輸入數(shù)據(jù)寄存器在允許輸入后期通過數(shù)據(jù)總線輸入數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)成批輸入至輸入映像存儲區(qū)供 CPU 進(jìn)行邏輯運(yùn)算用通常輸入接口電路有直流1224V 輸入交流輸入交直流輸入三種 IO 接口電路大多采用光電耦合器來傳遞 IO信號并實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換這可以使生產(chǎn)現(xiàn)場的電路與 PLC 的內(nèi)部電路隔離既能有效地避免因外電路的故障而損壞 PLC同時又能抑制外部干擾信號侵入 PLC從而提高PLC 的工作可靠性 PLC 通過輸出接口電路向 現(xiàn)場控制對象輸出控制信號輸出接口電路由輸出鎖存器電平轉(zhuǎn)換電路及輸出功率發(fā)大電路組成 PLC功率輸出電路有 3種形式繼電器輸出晶體管輸出和晶閘管輸出 1 繼電器型輸出負(fù)載電流大于 2A 響應(yīng)時間為 810ms 機(jī)械壽命大于 10 次根據(jù)負(fù)載需要可接交流或主流電源 2晶體管型輸出負(fù)載電流約為 05A響應(yīng)時間小于 1ms電流小于 100μ A擇 36V以下的直流電源 3 晶閘管輸出一般采用三端雙向晶閘管輸出其耐壓較高帶負(fù)載能力強(qiáng)響應(yīng)時間小于 1ms 但晶閘管輸出應(yīng)用較小 5 編程器 編程器主要供用戶進(jìn)行輸入檢查調(diào)試和編輯用戶程序用戶還可以通過其鍵盤 和顯示器去調(diào)試和顯示 PLC 內(nèi)部的一些狀態(tài)參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能一般有以下三種 1 手編程器手編程器具有編輯檢查和修改程序進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置內(nèi)存監(jiān)控等功能使用時與 PLC 主機(jī)相連編程完畢就可以拔下不但使用方便而且一臺手編程器可供多臺主機(jī)使用其缺點(diǎn)是屏幕小只能采用助記符語言編程手編程器分為簡易型和智能型兩種簡易型只能聯(lián)機(jī)編程即編程時必須與主機(jī)相連接而智能型即可聯(lián)機(jī)編程又可脫機(jī)編程編程時不需要與主機(jī)相連接待程序編制調(diào)試好之后再輸入