【文章內(nèi)容簡介】 一代 PLC(20 世紀(jì) 60 年代末～ 70 年代中期 ) 早期的 PLC 作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制和定時 /計(jì)數(shù)控制等任務(wù)。 PLC 在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O(Input/Output)接口電路上作了改進(jìn)，以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。 PLC在軟件上吸取了廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的特點(diǎn)，形成了特有的編程語言－梯形圖 (Ladder Diagram)，并一直沿用至今。其優(yōu)點(diǎn)是簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。 2) 第二代 PLC(20 世紀(jì) 70 年代中期～ 80 年代后期 ) 20 世紀(jì) 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。各個 PLC 廠商先后開始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元 (Central Processing Unit， CPU)，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了原有功能外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理、通信、自診斷等功能。在硬件方面，除了原有的開關(guān)量I/O(Input/Output，輸入 /輸出 )以外，還增加了模擬量 I/O、遠(yuǎn)程 I/O 和各種特殊功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、 PID 模塊、定位控制模塊和通信模塊等。同時擴(kuò)大了存儲器容量和各類繼電器的數(shù)量，并提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，進(jìn)一步增強(qiáng)了 PLC 的功能。 3) 第三代 PLC(20 世紀(jì) 80 年代后期至今 ) 20 世紀(jì) 80 年代后期，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微 處理器的價格大幅度的下降，各種 PLC采用的微處理器的性能普遍提高 。為了進(jìn)一步提高 PLC的處理速度，各制造廠家還開發(fā)了專用芯片， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報表，調(diào)度產(chǎn)生，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使 PLC 符合今天對三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動 PLC 控制 8 高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管 PLC 功能越來越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(diǎn) (PLC 實(shí)物圖 21) 圖 21 三種常見的 PLC 可編程控制器 的用途 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置 ,使其應(yīng)用受到限制 。 但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同時又由于 PLC的功能大大增強(qiáng) ,使 PLC 的應(yīng)用越來越廣泛 ,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 PLC 的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 PLC 可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控 制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 （ 2）運(yùn)動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下， PLC 把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動平滑。 相對來說，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。 三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動 PLC 控制 9 （ 3）閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量 等。 PID（ Proportional Intergral Derivative） 模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能 ,即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時 ,PID 控制算法會計(jì)算出正確的輸出 ,把變量保持在設(shè)定值上。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen1 12 系列，已將 CNC 控制功能作為 PLC 的一部分。為了實(shí)現(xiàn) PLC 和 CNC 設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞， 該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由 PLC 送至 CNC 設(shè)備使用。美國 GE 公司的 CNC 設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的 PLC。預(yù)計(jì)今后幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng)。 （ 5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動化（ FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）及集散控制系統(tǒng)（ DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展 PLC之間， PLC 和上級計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。 可編程控制器 (PLC)的 性能 特點(diǎn) (1)硬件的可靠性 PLC 是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個設(shè)計(jì)良好的 PLC 能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入 /輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，用提高了抗干擾性能；各個 I/O 端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波 ；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時不會影響各機(jī)的正常運(yùn)行。 由于 PLC 本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入 /輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機(jī)等外圍裝置上。 (2) 編程簡單，使用方便 三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動 PLC 控制 10 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識。 PLC 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握 。例如，目前打多數(shù) PLC 均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時也容易修改，很靈活方便。 這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在 PLC 內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，這是微不足道的。 (3) 接線簡單，通用性好 PLC 的接線只需將輸入信號的設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）與 PLC 輸入端子連接，將接受輸出信號執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí) 行元件（接觸器、電磁閥等）與 PLC 輸出端子連接。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。PLC 的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變。這種性能使 PLC 具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。 用于連接現(xiàn)場設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是 PLC 的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場電氣人員與技術(shù)人員易于是用。 (4)可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類：一類是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式 通信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為 00m；另一類為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為 1M— 10Mbps，傳輸距離為 000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá) 1024 個。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。 (5) 易于安裝，便于維護(hù) PLC 安裝簡單而且功能有效，其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到 PLC 系統(tǒng)的情況下， PLC 小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端，其實(shí)改換很方便，只要將輸入 /輸出設(shè)備連向接線端即可。 在大型安裝中，長距離輸入 /輸出站點(diǎn)安放在最優(yōu)地點(diǎn)。長距離站通過同軸電纜獲雙扭線連向 CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動 PLC 控制 11 也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場地前由 PLC 制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時間。 從一開始， PLC 便以易維護(hù)作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指