【文章內(nèi)容簡介】 或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它與其他順序控制裝置不同的特點。PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點：一、可靠性?？煽啃园óa(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：（1）與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1)PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2)PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。3)PLC有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，因?qū)Σ僮骱途S修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。（2）與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因:1)PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡化的編程語言，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性較通用計算機控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高.2)在PLC的硬件設(shè)計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件。采用先進的工藝制造流水線生產(chǎn)。對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對電源的掉電保護、存儲器內(nèi)容的保護并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設(shè)計等等。3)在PLC的軟件設(shè)計方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護和恢復(fù)、報警和運行信息的顯示等等。一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報告指出，在各種選用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用戶達93%。其次，才是性能和維修方便等原因。可見，可靠性高是PLC的主要特點。二、易操作性。PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:(1)操作方便對PLC的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行程序輸人和更改的操作。編程器至少提供了輸人信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點號進行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點。(2)編程方便PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用，并發(fā)揮出更有效的功能特點。(3)維修方便，PLC所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。為便于維修工作的開展，有些PLC的制造企業(yè)提供了維修用的專用儀表或設(shè)備，提供了故障樹等維修用的資料。有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。PLC的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設(shè)計使維修工作能方便地進行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標(biāo)準(zhǔn)化元件和標(biāo)準(zhǔn)化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。三、靈活性。PLC的靈活性表現(xiàn)在下列三方面：(1)編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時，可以不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點，使PLC能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和計算機集成過程控制系統(tǒng)(CIPS)中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。2)擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴展，即可進行容量的擴展，功能的擴展，應(yīng)用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)(DCS)或其他上位機的通信來擴展它的功能，并與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴展的靈活性大大地方便了用戶。(3)操作的靈活性。操作的靈活性是指設(shè)計的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡化，不同的生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺或控制屏等。四、機電一體?；癁榱耸沟霉I(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機電一體化——儀表、電子、計算機綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強、機械與電氣部件被有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。 PLC的主要功能和應(yīng)用PLC的主要功能和應(yīng)用如下:(1)開關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。(2)模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，PLC具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運算。(3)定時控制PLC具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。(4)數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。(5)信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的PLC是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的PLC實現(xiàn)。(6)通信把PLC作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此PLC是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1. PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較從某種意義上說，PLC是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。1)繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。2)繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。3)繼電接觸控制全為機械式觸點，動作慢；PLC內(nèi)部全為“軟接點”，動作快。4)繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。5)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。6)PLC控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強。7)PLC的應(yīng)用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。 8)PLC可靠性比繼電接觸控制的高。此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。可編程序控制器是以反復(fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行”方式工作的。而繼電接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電接觸器控制的并行工作方式因觸點動作的延誤易產(chǎn)生競爭和時序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。表41 可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別可編程序控制器繼電器柜控制方式程序（軟件）繼電器配線（硬件）控制功能指令以軟件實現(xiàn)大規(guī)模高興能控制器件功能有限，隨規(guī)模加大而大型化控制要素?zé)o觸點（也有有觸電的），高可靠性，壽命長，高速控制。有觸點，壽命有限，低速控制變更控制更改程序可適應(yīng)各種控制對象更改器件之間連接，更改困難PLC也是隨著微型計算機的發(fā)展而發(fā)展，PLC實質(zhì)上就是一臺專為工業(yè)生產(chǎn)控制設(shè)計的專用計算機。兩者既有相似處有差別，主要差別表現(xiàn)在以下幾個方面：1) PLC輸出輸入接口較多，中大型PLC輸出輸入接口更多，便于多路多點控制。2) PLC編程簡便，因為PLC是采用易于用戶理解、接收和使用的梯形圖編程語言，指令又不太多，而計算機使用匯編語言或其他高級語言編程，比PLC編程復(fù)雜。3) PLC可靠性高，因為PLC是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設(shè)計的，設(shè)計與制造PLC時已采取了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。4)PLC技術(shù)較容易掌握，使用維護方便，對使用者的技術(shù)水平要求比使用計算機時低。5)PLC采用掃描方式進行工作，加之其他一些原因，所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計算機慢。6)此外PLC體積較小，調(diào)試周期短。表42 可編程序控制器與通用計算機的區(qū)別比較項目通用計算機可編程序控制器工作方式中斷方式掃描方式編程語言匯編語言、高級語言助記符語句表、梯形圖等工作環(huán)境要求較高可在較差的環(huán)境下工作對使用者的要求需進行專門的學(xué)習(xí)培訓(xùn)才能掌握語言易學(xué)，稍加培訓(xùn)即可使用可靠性商業(yè)級要求工業(yè)級，且有多種特殊設(shè)計，包括監(jiān)視計時器功能(Watch Dog TitnerWDT)系統(tǒng)軟件功能強大，但占用存儲空間過大功能專用，占用存儲空間小適用領(lǐng)城辦公、管理，科學(xué)計算、家庭工業(yè)控制從上邊的論述和比較可以看出。由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)計的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計算機要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴展所以在本設(shè)計中采用PLC來進行邏輯控制。 變頻器的選擇隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào)速在電梯行業(yè)也得到廣泛應(yīng)用。目前有為電梯控制而設(shè)計的專用變頻器早已問世，其功能較強，使用靈活，但價格相對較貴。因此，本設(shè)計沒有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器通過合理的配置、設(shè)計和編程，同樣可以達到專用變頻器的控制效果。這是本設(shè)計的特點之一。目前，市場流行的通用變頻器的種類繁多，而電梯行業(yè)中使用的變頻器的品牌也不少，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，但其總的控制思想?yún)s是大同小異。 通用變頻器概況通用變頻器的發(fā)展上個世紀(jì)80年代初, 通用變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內(nèi)，經(jīng)歷 了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT兩個大發(fā)展過程。A、容量不斷擴大。80年代初采用的BJ T的PWM變頻器實現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達到了600KVA，400KVA以下的已經(jīng)系列化。前幾年主開關(guān)器件開始采用IGBT，僅三、四年的時一間，IGBT變頻器的單機容量已達1800KVA，隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。B、結(jié)構(gòu)的小型化。變頻器主電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路(LSI)和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜棍合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”(Intelligent Module)這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關(guān)間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速。C、多功能和智能化。電力電子器件和控制技術(shù)的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平“升級”，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如本設(shè)計所采用的安川公司的VS616一GS變頻器就有:(l)無PG(速度傳感器)V/f控制。(2)有PGV/f控制。(3)無PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。D、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機、泵類負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調(diào)運行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U展。如搬運機械，從反抗性負(fù)載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負(fù)載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器。金屬加工機械，從各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中心超高速伺服機的精確位置控制都已應(yīng)用通用變頻器。在其它方面，如農(nóng)用機械、食品機械、木工機械、印刷機械、各類空調(diào)、各類家用電器甚至街心公園噴水池，可以說其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣闊，并且還將繼續(xù)擴大。采用變頻器的調(diào)速傳動技術(shù)，近年來取得驚人的進步。從技術(shù)發(fā)展動向來看，大致有如下幾個方面:IGBT的應(yīng)用最近幾年來，IGB T的應(yīng)用正在迅速推進。其顯著的特點是:開關(guān)頻率高，驅(qū)動電路簡單。用于通用變頻器時，有如下明顯的效果:(20KHz或更高)，負(fù)載電動機的噪聲明顯減少， 實現(xiàn)了低噪聲傳動。電動機的金屬鳴響聲因振動頻率超過了人耳可感知的程度而“消失”。 ，使電動機的電流(特別是低速時的電流)波形更加趨于正弦波，因而減少了電動機轉(zhuǎn)矩的脈動和電動機的損耗。，因而簡化了驅(qū)動回路，使整個裝置更加緊湊，可靠性提高，成本降低。，上述效果將更加明顯。二、網(wǎng)側(cè)變流器的PWM控制的變頻器目前上市的絕大多數(shù)通用變頻器，其網(wǎng)側(cè)變流器采用不可控的二極管整流器。雖然控制簡單，成本較低，但也有它的缺點。比如，網(wǎng)側(cè)電流波形嚴(yán)重畸變，影響電網(wǎng)的功率因數(shù)，諧波損耗大，電動機制動時的再生能量無法回饋給電網(wǎng)等。 現(xiàn)已開發(fā)出一種新型的采用PWM控制方式的自換相交流器，并己經(jīng)成功地用作變流器中的網(wǎng)側(cè)變流器。電器結(jié)構(gòu)形式與逆變器完全相