【文章內(nèi)容簡介】 排接線。 (5)高可靠 性 ,強抗干擾 ,可用于各種工業(yè)環(huán)境。 總體來說 ,國產(chǎn) PLC 的發(fā)展有一定的基礎(chǔ)。但從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看 ,我國自主研制及引進技術(shù)生產(chǎn)的 PLC 大都屬于中低檔產(chǎn)品 ,至今沒有形成主流產(chǎn)品和完整的系列產(chǎn)品。因此 ,我國 PLC 的完全產(chǎn)業(yè)化還有一段很長的路要走。 隨著計算機科學(xué)發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求 ,可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展 ,其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的時代已經(jīng)過去 , PLC 不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要 ,而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體 ,其功能也日趨完善。今后 , PLC 將主要朝著以下兩個方向發(fā)展 :一是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展 。另是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。 PLC 總的發(fā)展趨勢如下 : (1)可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 一種自動化產(chǎn)品的競爭力主要在于其滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量 ,另一方面也保證了各個廠家產(chǎn)品的互相兼容。所以可編程技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化勢在必行。 (2)CPU處理速度進一步加快將來會使用 64位 RISC芯片 ,實現(xiàn)多 CPU并行處理或分時處理或分任務(wù)處理 ,實現(xiàn)各種模塊智 能化 ,且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣 PLC 執(zhí)行指令的速度將達到納秒級。 (3)可編程控制技術(shù)的智能化提高一個系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì) ,在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。 (4)向集成化、通訊化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化 , PLC 將與 PC 集成 ,與 DCS 集成 ,與 PID 集成。網(wǎng)絡(luò)化和強化通信能力也是 PLC 的重要發(fā)展方向 ,尤其是以 PC為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品增長率不斷加快。 PLC與 PC集成 ,即將計算機、 PLC 及操作人員的人機接口結(jié)合在一起 ,使 PLC 能利用計算機豐富的 軟件資源 ,而計算機能和 PLC 的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以 PC 機為基礎(chǔ)的控制方法使得用戶編程更加方便 ,而且提供開放的體系結(jié)構(gòu) ,用戶可以根據(jù)需要選擇11 各類、各廠家的 PLC 或 I/O 設(shè)備進行互聯(lián) ,從而可以降低生成成本和提高生產(chǎn)率。 (5)控制系統(tǒng)分散化根據(jù)分散控制、集中管理的原則 , PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場 ,通過通信電纜或光纖與主 CPU 進行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效 ,系統(tǒng)更可靠。 (6) PLC 的新進展 PLC 計算機軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展 ,推動了自動控制技術(shù)又取得了一系列 新的進展。目前有許多工業(yè)用自動控制產(chǎn)品、機電一體化產(chǎn)品開始轉(zhuǎn)向以計算機為平臺的控制方式 ,這就是軟 PLC。軟 PLC 實際利用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的功能 ,它最大的優(yōu)勢是具備柔性擴展能力 ,用戶可以選擇不同廠家生產(chǎn)的各種硬件產(chǎn)品 ,充分利用每一軟件的最佳特性 ,組成最佳的控制系統(tǒng)。同時與硬件的連接也十分方便。有很多的 I/O 卡可以直接內(nèi)連接到 計算機總線上。從而在軟、硬件兩方面可以達到工控機和 PLC 性能的完美結(jié)合 ,方便了性能擴展和人機交流 ,是 PLC 未來的一大發(fā)展趨勢。 綜上所述 , PLC 不管現(xiàn)在 還是在未來的工業(yè)自動化領(lǐng)域中都將發(fā)揮其不可替代的作用 ,而且它也必將不斷向更多領(lǐng)域進軍 ,為再一次科技革命的到來奠定堅實的基礎(chǔ)。 根據(jù) IEC 標(biāo)準(zhǔn)，給 PLC 下的定義 它是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，它使用可編程存儲器內(nèi)部儲存用戶設(shè)計的指令，這些指令用來實現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運算、順序操作、定時、計數(shù)以及算術(shù)運算和通過數(shù)字或模擬輸入 /輸出來控制各種類型的機械或過程。不論是 PLC 和與它有關(guān)的外部設(shè)備都設(shè)計成容易集成在一個工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)以及容易應(yīng)用所有計劃中的功能。由上述 PLC 的定義，可以看到 PLC 的許多特點，概括如下： 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)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬 件 設(shè)備，只需改變程序就可滿足要求。因此，除單機控制外， PLC 在柔性制造單元（ FMC），柔性制造系統(tǒng)（ FMS），以致工廠自動化（ FA）中也被大量采用。 具有高度可靠性，適用于工業(yè)環(huán)境 PLC 產(chǎn)品的平均故障間隔時間（ MTBF）一般可達到 5 年以上，因此是一種高度可靠的工業(yè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的12 運行效率。 PLC 不要求專用設(shè)備的機房，這為工業(yè)現(xiàn)場的大量直接使用提供了方便。 功能完善 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)字和模擬量輸入 /輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、 PID 調(diào)節(jié)、各種智能模塊、遠程 I/O 模塊、通信、人－機對話，自診斷，記錄和圖形顯示、組態(tài)等功能。除了適用于離散型開關(guān)量控制系統(tǒng)外，現(xiàn)在也能應(yīng)用于連續(xù)的流程控制系統(tǒng)，從而使設(shè)備的控制水平大大提高。 易于掌握，便于維修 由于 PLC 使用編程器進行編程和監(jiān)控，使用人員只需掌握工程上通用的梯形圖語言（或語句表、流程圖）就可進行用戶程序的編制和測試。因此，即使不太懂得計算機的操作人員，也能掌握和使 用 PLC。也由于 PLC 有完善的自診斷功能，輸入／輸出均有明顯的指示，在線監(jiān)控軟件的功能很強，因此，很容易進行維修，能很快查找出故障的原因。 PLC 本身高可靠性也保證了故障的幾率是很低的。 體積小，省電與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比， PLC 的體積很小，一臺收錄機一樣大小的 PLC 具有相當(dāng)于三個 高繼電器控制柜的功能。 PLC 消耗的功率只是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的三分之一至二分之一。 圖 PLC 及其外部設(shè)備聯(lián)系框圖 13 價格低廉 隨著集成電路芯片功能的提高，價格的降低，可編程控制器硬件的價格也一直不斷地在下降。根據(jù)最近市場統(tǒng)計，國外小型 PLC 平均每一個I/O 點為 14~20 美元，中型 PLC 折算每個 I/O 點為 20~35 美元，大型 PLC 折算每個 I/O 點為 40~80 美元。雖然 PLC 的軟件價格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個工程項目的設(shè)計，編程和投運費用以及縮短了整個投運周期因此，使用 PLC 的總造價是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢。 PLC 的核心作用 可編程邏輯控制器于 1969 年在美國面世 ,經(jīng)過 30 多年的發(fā)展 ,現(xiàn)在已成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機?？删幊踢壿嬁刂破饔? CPU (中央處理單元 )、存儲器、輸入輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成 ,結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。它的 CPU 采取掃描方式工作 ,每一次掃描完成以下工作 : 14 圖 CPU結(jié)構(gòu)框圖 （ 1） 將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 （ 2） 逐條讀入后解釋用戶程序 ,產(chǎn)生相應(yīng)控制信號去控制相關(guān)電路 ,完成數(shù)據(jù)存取、傳送和處理工 作 ,并根據(jù)運算結(jié)果更新各個相關(guān)寄存器內(nèi)容。 （ 3） 將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊 ,去控制外部負(fù)載。 PLC 的 CPU是以分時操作的方式處理各項任務(wù)的。由于運算速度高 ,從 PLC 的外部輸入、輸出關(guān)系來看 ,處理過程幾乎是瞬時完成的。 PLC 的用戶程序由若干條指令組成 ,指令在存儲器中按步序號順序排列。用戶程序采取掃描工作方式運行。在沒有跳轉(zhuǎn)指令的情況下 , CPU 從第一條指令開始 ,順序逐條的執(zhí)行用戶程序 ,直到用戶程序結(jié)束 ,然后 ,程序返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上訴 的掃描循環(huán) ,達到實時控制的目的。 開關(guān)量的邏輯控制。 PLC 取代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)邏輯控制。例如 :機床電器控制 ,沖床、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制 ,注塑機的控制 ,化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制 ,冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制 ,電鍍生產(chǎn)線、汽車裝配線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制 ,甚至核電站的系統(tǒng)控制等等。 運動控制。 PLC 可用于對直線運動或圓周運動的控制。 PLC 的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如 :金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械 、機器人和電梯等等。 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 的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備 ,還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等各個行業(yè)。 數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能 ,可以完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng) ,如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。 機器人控制 。機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重 要設(shè)備 ,已成為未15 來工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之一。現(xiàn)在許多機器人制造公司選用 PLC 作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著 PLC 體積進一步縮小 ,功能進一步增強 , PLC 在機器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。根據(jù)國外資料統(tǒng)計 ,在工業(yè)控制中 80%都采用 PLC 來完成。因為順序控制是工控不可缺少的一環(huán) ,幾乎任何一個過程控制和生產(chǎn)管理都是有步驟地進行的 ,因此都可以采用 PLC。目前國外 PLC應(yīng)用于自動控制這一領(lǐng)域占 60%,應(yīng)用于數(shù)據(jù)管理占 20%,用于生產(chǎn)管理占 18%,用于人機接口占 22%?？梢妼?于工控來說 PLC 占主導(dǎo)地位 ,而數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)管理等目前計算機仍是主體。 PLC 的 技術(shù)數(shù)據(jù) 表 描述 CPU 226 AC/DC/繼電器 物理特性 24 VDC傳感器電源 尺寸 (W X H X D) 重量 功耗 196 x 80 x 62 mm 660 g 17 W 傳感器電壓 電流限定 紋波噪聲 隔離 (傳感器與邏輯 ) 至 VDC 峰值，終端限定非破壞性 小于 1 V 峰分值 非隔離 存儲器特性 數(shù)字量輸入特性 程序存儲器 在線程序編輯時 非在線程序編輯時 數(shù)據(jù)存儲器 裝備 (超級電容 ) (可選電池 ) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100 小時 /典型值 (40176。C時最少 70 小時 ) 200 天 /典型值 本機集成數(shù)字量輸入點數(shù) 輸入類型 額定電壓 最大持續(xù)允許電壓 浪涌電壓 邏輯 1 信號 (最小 ) 邏輯 0 信號 (最大 ) 輸入延遲 24 輸入 漏型 /源型 (IEC 類型 1/漏型 ) 24 VDC， 4mA 典型值時 30V DC 35V DC， 秒 15 VDC， 5 VDC， 1mA 可選 ( 至 ) 16 連接 2 線接近開關(guān)傳感器 (Bero) 允許漏電流最大 隔離 (現(xiàn)場與邏輯 ) 光電隔離 隔離組 高速輸入速率 高速計數(shù)器邏輯 1=15 – 30 VDC 高速計數(shù)器邏輯 1=15 – 26 VDC 同時接通的輸入 電纜長度最大 屏蔽 非屏蔽 1mA 是 500 VAC， 1 分鐘 見接線圖 20KHz( 單相 ) ， 10KHz(兩相 ) 30KHz( 單相 )