【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性能的完美結(jié)合 ,方便了性能擴(kuò)展和人機(jī)交流 ,是 PLC 未來的一大發(fā)展趨勢(shì)。 綜上所述 , PLC 不管現(xiàn)在還是在未來的工業(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)算和通過數(shù)字或模擬輸入 /輸出來控制各種類型的機(jī)械或過程。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言（或語句表、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 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)?？删幊踢壿嬁刂破饔? 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)系來看 ,處理過程幾乎是瞬時(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(dá)到實(shí)時(shí)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(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)過程控制。過程控制是指對(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)、過程控制系統(tǒng)等。 機(jī)器人控制 。機(jī)器人作為工業(yè)過程自動(dòng)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(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%。可見對(duì)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(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 見接線圖 20KHz( 單相 ) ， 10KHz(兩相 ) 30KHz( 單相 ) ， 20KHz(兩相 ) 所有 500 米 (標(biāo)準(zhǔn)輸入 ) 50 米 (高速計(jì)數(shù)器輸入 ) 300 米 (標(biāo)準(zhǔn)輸入 ) I/O 特性 數(shù)字量輸出 特性 本機(jī)數(shù)字量輸入 本機(jī)數(shù)字量輸出 本機(jī)模擬量輸入 本機(jī)模擬量輸出 數(shù)字 I/O 映象區(qū) 模擬 I/O 映象區(qū) 允許最大的擴(kuò)展 I/O模塊 允許最大的智能模塊 脈沖捕捉輸入 高速計(jì)數(shù)器 總數(shù) 單相計(jì)數(shù)器 24 輸入 16 輸出 無 無 256 (128 輸入 /128 輸出 ) 64(32 輸入 /32 輸出 ) 7 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 24 6 個(gè) 6，每個(gè) 30KHz 本機(jī)集成 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù) 輸出類型 額定電壓 電壓范圍 浪涌電流 (最大 ) 邏輯 1(最小 ) 邏輯 0(最大 ) 每點(diǎn)額定電流 (最大 ) 每個(gè)公共端的額定電流(最大 ) 漏電流 (最大 ) 16 輸出 干觸點(diǎn) 24VDC 或 250VAC 5 至 30V DC 或 5 至250V AC 5A， 4s (10%工作 率時(shí) ) 10A 17 兩相計(jì)數(shù)器 脈沖輸出 4，每個(gè) 20KHz 2 個(gè) 20KHz(僅限于 DC輸出 ) 燈負(fù)載 (最大 ) 感性嵌位電壓 接通電阻 (接點(diǎn) ) 隔離 光電隔離 (現(xiàn)場(chǎng)到隔離 ) 邏輯到接點(diǎn) 電阻 (邏輯到接點(diǎn) ) 隔離組 30 W DC； 200 W AC Ω(新的時(shí)候最大值 ) 1500 VAC， 1 分鐘 100 MΩ 見接線圖 常規(guī)特性 延時(shí) (最大 ) 斷開到接通 接通到斷開 切換 脈沖頻率 (最大 ) 機(jī)械壽命周期 觸點(diǎn)壽命 同時(shí)接通的輸出 兩個(gè)輸出并聯(lián) 電纜長(zhǎng)度 (最大 ) 屏蔽 非屏蔽 10ms 1Hz 10,000,000(無負(fù)載 ) 100,000(額定負(fù)載 ) 55176。C 時(shí)，所有的輸出 (水平 ) 45176。C 時(shí)，所有的輸出 (垂直 ) 否 500 米 150 米 定時(shí)器總數(shù) 1ms 10ms 100ms 256 個(gè) 4 個(gè) 16 個(gè) 236 個(gè) 電源特性 18 計(jì)數(shù)器總數(shù) 內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉電保持 時(shí)間中斷 邊沿中斷 模擬電位器 布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間 時(shí)鐘 卡件選項(xiàng) 256(由超級(jí)電容或電池備份 ) 256(由超級(jí)電容或電池備份 ) 112(存儲(chǔ)在 EEPROM) 2 個(gè) 1ms 分辨率 4 個(gè)上升沿和 /或 4 個(gè)下降沿 2 個(gè) 8 位分辨率 內(nèi)置 存儲(chǔ)卡和電池卡 繼電器的有關(guān)知識(shí) 該系統(tǒng)的采樣 信號(hào)有很大一部分是通過繼電器獲得的，所以下面介紹繼電器的有關(guān)知識(shí)。 繼電器的工作原理和特性 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “自動(dòng)開關(guān) ”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 （ 1） 電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作 用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的 “常開、常閉 ”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為 “常開觸點(diǎn) ”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 “常閉觸點(diǎn) ”。 （ 2） 熱敏干簧繼電器的工作原理和特性 19 熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測(cè)和控制