【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 排接線。 (5)高可靠 性 ,強(qiáng)抗干擾 ,可用于各種工業(yè)環(huán)境。 總體來(lái)說(shuō) ,國(guó)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(guó)自主研制及引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的 PLC 大都屬于中低檔產(chǎn)品 ,至今沒(méi)有形成主流產(chǎn)品和完整的系列產(chǎn)品。因此 ,我國(guó) PLC 的完全產(chǎn)業(yè)化還有一段很長(zhǎng)的路要走。 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來(lái)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(kāi)關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過(guò)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(gè)方向發(fā)展 :一是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展 。另是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。 PLC 總的發(fā)展趨勢(shì)如下 : (1)可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力主要在于其滿足國(guó)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(gè)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(shì)在必行。 (2)CPU處理速度進(jìn)一步加快將來(lái)會(huì)使用 64位 RISC芯片 ,實(shí)現(xiàn)多 CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理 ,實(shí)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(dá)到納秒級(jí)。 (3)可編程控制技術(shù)的智能化提高一個(gè)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(qiáng)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(zhǎng)率不斷加快。 PLC與 PC集成 ,即將計(jì)算機(jī)、 PLC 及操作人員的人機(jī)接口結(jié)合在一起 ,使 PLC 能利用計(jì)算機(jī)豐富的 軟件資源 ,而計(jì)算機(jī)能和 PLC 的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的控制方法使得用戶編程更加方便 ,而且提供開(kāi)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(jìn)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(chǎng) ,通過(guò)通信電纜或光纖與主 CPU 進(jìn)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(jìn)展 PLC 計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅速發(fā)展 ,推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)又取得了一系列 新的進(jìn)展。目前有許多工業(yè)用自動(dòng)控制產(chǎn)品、機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)始轉(zhuǎn)向以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)的控制方式 ,這就是軟 PLC。軟 PLC 實(shí)際利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的功能 ,它最大的優(yōu)勢(shì)是具備柔性擴(kuò)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(shí)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(jì)算機(jī)總線上。從而在軟、硬件兩方面可以達(dá)到工控機(jī)和 PLC 性能的完美結(jié)合 ,方便了性能擴(kuò)展和人機(jī)交流 ,是 PLC 未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)。 綜上所述 , PLC 不管現(xiàn)在 還是在未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)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(jìn)軍 ,為再一次科技革命的到來(lái)奠定堅(jiān)實(shí)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(chǔ)器內(nèi)部?jī)?chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)特殊的功能，諸如邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬輸入 /輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械或過(guò)程。不論是 PLC 和與它有關(guān)的外部設(shè)備都設(shè)計(jì)成容易集成在一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)以及容易應(yīng)用所有計(jì)劃中的功能。由上述 PLC 的定義，可以看到 PLC 的許多特點(diǎn)，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(jī)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(dòng)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(shí)間（ MTBF）一般可達(dá)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(yùn)行效率。 PLC 不要求專用設(shè)備的機(jī)房，這為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、 PID 調(diào)節(jié)、各種智能模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、通信、人－機(jī)對(duì)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(kāi)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(jìn)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(yǔ)言（或語(yǔ)句表、流程圖）就可進(jìn)行用戶程序的編制和測(cè)試。因此，即使不太懂得計(jì)算機(jī)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(qiáng)，因此，很容易進(jìn)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(tái)收錄機(jī)一樣大小的 PLC 具有相當(dāng)于三個(gè) 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(jià)格低廉 隨著集成電路芯片功能的提高，價(jià)格的降低，可編程控制器硬件的價(jià)格也一直不斷地在下降。根據(jù)最近市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外小型 PLC 平均每一個(gè)I/O 點(diǎn)為 14~20 美元，中型 PLC 折算每個(gè) I/O 點(diǎn)為 20~35 美元，大型 PLC 折算每個(gè) I/O 點(diǎn)為 40~80 美元。雖然 PLC 的軟件價(jià)格在系統(tǒng)中所占的比重在不斷提高，但由于縮短了整個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，編程和投運(yùn)費(fèi)用以及縮短了整個(gè)投運(yùn)周期因此，使用 PLC 的總造價(jià)是低廉的，而且還呈不斷下降的趨勢(shì)。 PLC 的核心作用 可編程邏輯控制器于 1969 年在美國(guó)面世 ,經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展 ,現(xiàn)在已成為最重要、最可靠、應(yīng)用場(chǎng)合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。可編程邏輯控制器由 CPU (中央處理單元 )、存儲(chǔ)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(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)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(hào)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(yùn)算結(jié)果更新各個(gè)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(shí)操作的方式處理各項(xiàng)任務(wù)的。由于運(yùn)算速度高 ,從 PLC 的外部輸入、輸出關(guān)系來(lái)看 ,處理過(guò)程幾乎是瞬時(shí)完成的。 PLC 的用戶程序由若干條指令組成 ,指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。用戶程序采取掃描工作方式運(yùn)行。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令的情況下 , CPU 從第一條指令開(kāi)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(kāi)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(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。 開(kāi)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(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如 :機(jī)床電器控制 ,沖床、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制 ,注塑機(jī)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(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制 ,電鍍生產(chǎn)線、汽車裝配線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制 ,甚至核電站的系統(tǒng)控制等等。 運(yùn)動(dòng)控制。 PLC 可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。例如 :金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械 、機(jī)器人和電梯等等。 閉環(huán)過(guò)程控制。過(guò)程控制是指對(duì)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(jī)、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(jī)械、冶金、電力和建材等各個(gè)行業(yè)。 數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)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(guò)程控制系統(tǒng)等。 機(jī)器人控制 。機(jī)器人作為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)生產(chǎn)線中的重 要設(shè)備 ,已成為未15 來(lái)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司選用 PLC 作為機(jī)器人控制器來(lái)控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著 PLC 體積進(jìn)一步縮小 ,功能進(jìn)一步增強(qiáng) , PLC 在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。根據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì) ,在工業(yè)控制中 80%都采用 PLC 來(lái)完成。因?yàn)轫樞蚩刂剖枪た夭豢扇鄙俚囊画h(huán) ,幾乎任何一個(gè)過(guò)程控制和生產(chǎn)管理都是有步驟地進(jìn)行的 ,因此都可以采用 PLC。目前國(guó)外 PLC應(yīng)用于自動(dòng)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(jī)接口占 22%?？梢?jiàn)對(duì) 于工控來(lái)說(shuō) PLC 占主導(dǎo)地位 ,而數(shù)據(jù)處理、生產(chǎn)管理等目前計(jì)算機(jī)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(chǔ)器特性 數(shù)字量輸入特性 程序存儲(chǔ)器 在線程序編輯時(shí) 非在線程序編輯時(shí) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 裝備 (超級(jí)電容 ) (可選電池 ) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100 小時(shí) /典型值 (40176。C時(shí)最少 70 小時(shí) ) 200 天 /典型值 本機(jī)集成數(shù)字量輸入點(diǎn)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(hào) (最小 ) 邏輯 0 信號(hào) (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(shí) 30V DC 35V DC， 秒 15 VDC， 5 VDC， 1mA 可選 ( 至 ) 16 連接 2 線接近開(kāi)關(guān)傳感器 (Bero) 允許漏電流最大 隔離 (現(xiàn)場(chǎng)與邏輯 ) 光電隔離 隔離組 高速輸入速率 高速計(jì)數(shù)器邏輯 1=15 – 30 VDC 高速計(jì)數(shù)器邏輯 1=15 – 26 VDC 同時(shí)接通的輸入 電纜長(zhǎng)度最大 屏蔽 非屏蔽 1mA 是 500 VAC， 1 分鐘 見(jiàn)接線圖 20KHz( 單相 ) ， 10KHz(兩相 ) 30KHz( 單相 )