【導(dǎo)讀】講述了PLC的特點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域，和PLC的發(fā)展趨勢(shì)。[1]爾桂花.新編《信息、控制與系統(tǒng)》系列教材.北京：清華大學(xué)出版社，[3]張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，到存儲(chǔ)邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大,控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流來(lái)自設(shè)備,在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。體的工業(yè)控制通用機(jī),其應(yīng)用幾乎遍及工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。本次論文主要闡述PLC的應(yīng)用與發(fā)展，及近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)及其原因。主要有以下幾點(diǎn)：。其相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)概述；首先介紹PLC這一技術(shù)的起源和特點(diǎn)并簡(jiǎn)要介紹。發(fā)展?fàn)顩r最后介紹了PLC的發(fā)展趨勢(shì)及其未來(lái)張望。

　　

【正文】 用于數(shù)字量控制。 PLC 可接收計(jì)數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)幾 k 到幾十 k 赫茲?？捎?多種方式接收這脈沖，還可多路接收。有的 PLC 還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達(dá)幾十 k。有了這兩種功能，加上 PLC 有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算能力，若再配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)），則完全可以依 NC 的原理實(shí)現(xiàn)種種控制。 高、中檔的 PLC，還開(kāi)發(fā)有 NC 單元，或運(yùn)動(dòng)單元，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制。運(yùn)動(dòng)單元還可實(shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)，可控制曲線運(yùn)動(dòng)。所以，若 PLC 配置了這種單元，則完全可以用 NC 的辦法，進(jìn)行數(shù)字量的控制。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 20 新開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)單元，甚至還發(fā)行了 NC 技術(shù)的編程語(yǔ)言，為更好地用 PLC進(jìn)行 數(shù)字控制提供了方便。 4. 用于數(shù)據(jù)采集 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)越來(lái)越大。如 OMRON 公司的 PLC，前期產(chǎn)品 C60P 的 DM區(qū)僅 64 個(gè)字，而后來(lái)的 C60H 達(dá)到 1000 個(gè)字；到了 CQMI可多達(dá) 6000 個(gè)字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時(shí)地轉(zhuǎn)存到 DM 區(qū)中去。 數(shù)據(jù)采集也可用 A/D 單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時(shí)地轉(zhuǎn)存到 DM區(qū)中去。 PLC 還可配置上小型打印機(jī)，定期把 DM 區(qū)的數(shù)據(jù)打出來(lái)。 PLC 也可與計(jì)算機(jī)通訊，由 計(jì)算機(jī)把 DM 區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理。這時(shí)， PLC 即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。 電業(yè)部門曾這么使用 PLC，用以實(shí)時(shí)記錄用戶用電情況，以實(shí)現(xiàn)不同用電時(shí)間、不同計(jì)價(jià)的收費(fèi)辦法，鼓勵(lì)用戶在用電低谷時(shí)多用電，達(dá)到合理用電與節(jié)約用電的目的。 5. 用于進(jìn)行監(jiān)控 PLC 自檢信號(hào)很多，內(nèi)部器件也很多，多數(shù)使用者未充分發(fā)揮其作用。 其實(shí)，完全可利用它進(jìn)行 PLC 自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行監(jiān)控。 這里介紹 用 PLC 定時(shí)器作看門狗， 對(duì)控制對(duì)象工作情況進(jìn)行監(jiān)控的思路。 如用 PLC 控制某運(yùn)動(dòng)部件 動(dòng)作，看施加控制后動(dòng)作進(jìn)行了沒(méi)有，可用看門狗辦法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時(shí)，令看門狗定時(shí)器計(jì)時(shí)。如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作完成，即定時(shí)器未超過(guò)警戒值的情況下，已收到動(dòng)作完成信號(hào)，則說(shuō)明控制對(duì)象工作正常，無(wú)需報(bào)警。 若超時(shí)，說(shuō)明不正常，可作相應(yīng)處理。 如果控制對(duì)象的各重要控制環(huán)節(jié)，都用這樣一些看門狗 看 著，那系統(tǒng)的工作將了如指掌，出現(xiàn)了問(wèn)題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。 還有其它一些監(jiān)控工作可做。對(duì)一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動(dòng)控制系統(tǒng)，監(jiān)控以至進(jìn)一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統(tǒng)的故障，出 了故障也好查找，可提高累計(jì)平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間，降低故障修復(fù)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。 6. 用于聯(lián)網(wǎng)、通訊 PLC 聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強(qiáng)，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。 PLC 可與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行通訊，可用計(jì)算機(jī)參與編程及對(duì) PLC 進(jìn)行控制的管理，使 PLC 用起來(lái)更方便。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 21 為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，可實(shí)行一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制與管理多臺(tái) PLC，多的可達(dá) 32 臺(tái)。也可一臺(tái) PLC 與兩臺(tái)或更多的計(jì)算機(jī)通訊，交換信息，以實(shí)現(xiàn)多地對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)控。 PLC 與 PLC 也可通訊?？梢粚?duì)一 PLC 也 可幾個(gè)到幾十、幾百 PLC 通 訊 。 PLC 與智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可聯(lián)網(wǎng)通訊，交換數(shù)據(jù)，相互操作。 可聯(lián)接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到 10 公里或更大。 可組成局部網(wǎng)，不僅 PLC，而且高檔計(jì)算機(jī)、各種智能裝置也都可進(jìn)網(wǎng)?？捎每偩€網(wǎng)，也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬(wàn)的PLC、計(jì)算機(jī)、智能裝置組織在一個(gè)網(wǎng)中。 網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通訊、交換信息。 聯(lián)網(wǎng)、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點(diǎn)（ Point）、到線（（ Line）再到面 （ Aero），使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個(gè)整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。這個(gè)無(wú)限美好的前景，已越來(lái)越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。 以上幾點(diǎn)應(yīng)用是著重從質(zhì)上講的。從量上講， PLC 有大、有小。所以，它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個(gè)設(shè)備，甚至一個(gè)部件，一個(gè)站點(diǎn)；大的可控制多臺(tái)設(shè)備，一條生產(chǎn)線，以至于整個(gè)工廠?？梢哉f(shuō)，工業(yè)控制的大小場(chǎng)合，都離不開(kāi) PLC。 一般講，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程可分為兩種類型；連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程（如化學(xué)工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產(chǎn)過(guò)程（如機(jī)械制造業(yè)）。前者生產(chǎn)對(duì)象 是連續(xù)的，分不出件的；后者為離散的，一件件的。由于 PLC 有上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且，控制的規(guī)模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產(chǎn)過(guò)程都有其用武之地。 事實(shí)上， PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒(méi)有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過(guò)程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。 PLC 能有上述幾個(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是 PLC 自身特點(diǎn)決定的，也是 PLC 技術(shù)不斷完善的結(jié)果。 可編程控制器的應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)介 中小型 PLC 在大型自來(lái)水廠的成功應(yīng)用 一、引言 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 22 本文介紹了由中小型 PLC 組成的控制系統(tǒng)在廣東南海市第二水廠自控項(xiàng)目的應(yīng)用。南海市第二水廠設(shè)計(jì)總規(guī)模為日供水 100 萬(wàn) m3,首期工程為日供水 25萬(wàn) m3，于 1997 年 4月建成投產(chǎn)，二期 25 萬(wàn) m3/d 工程即將建成投產(chǎn)，自控項(xiàng)目主要對(duì)一期自控工程進(jìn)行改造和二期自控工程建設(shè)，并為后續(xù)擴(kuò)建預(yù)留接口。 二、生產(chǎn)工藝 本系統(tǒng)應(yīng)用水廠的生 產(chǎn) 過(guò)程如圖 21 示 主要分為以下幾個(gè)工藝過(guò)程： （ 1）取水 通過(guò)多臺(tái)大型離心泵將江河地表水抽入凈水廠。 （ 2）藥劑的制備與投加 按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達(dá)到混凝和消毒的目的。 （ 3）混凝 包括混合與絮凝，即地表水投入混凝劑后進(jìn)行反應(yīng)，并排出反應(yīng)后沉淀的污泥。 （ 4）平流沉淀 與混凝劑反應(yīng)后的水低速流過(guò)平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。 (5）過(guò)濾 沉淀水通過(guò)顆粒介質(zhì)（石英砂）以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄清，并定時(shí)反沖洗石英砂。 （ 6）送水 通過(guò)多臺(tái)大型 離心泵將自來(lái)水以一定的壓力和流量送入城市管網(wǎng)。 三、控制方案 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 23 由于自來(lái)水生產(chǎn)工藝主要具有以下特點(diǎn)： （ 1）各生產(chǎn)工藝段相對(duì)獨(dú)立，單體設(shè)備多。 （ 2）采集的數(shù)據(jù)量大，整個(gè)系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入、輸出超過(guò) 3000 路，模擬量輸入、輸出超過(guò) 1000 路，且工藝參數(shù)種類多，包括壓力、流量、溫度、差壓、液位、電流、電壓、功率等，但上下游相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)參數(shù)少。 （ 3）自來(lái)水生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可替代性和不間斷性。 （ 4）各工藝段距離遠(yuǎn)，設(shè)備分散，組網(wǎng)相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)以上特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用 OMRON 的中小型 PLC 對(duì)各工藝段生產(chǎn)設(shè)備分散控制，利用 OMRON Protocol和 Controller Link 組成網(wǎng)絡(luò)，在各工藝段控制室和中控室設(shè)置上位機(jī)，構(gòu)建 人機(jī)界面 進(jìn)行生產(chǎn)管理和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。全 廠控制網(wǎng)絡(luò)如圖二示。 在取水及送水工藝段上，主要設(shè)備由多臺(tái)大型的離心水泵和 10KV 高壓直配電機(jī)組成，每一電機(jī)由相應(yīng)的高壓 配電柜 控制，因此為每一面高壓 配電柜 選用一臺(tái) Sepam2021(施耐德生產(chǎn)，專用于 配電柜 控制的小型 PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，每一泵閥在現(xiàn)場(chǎng)選用一臺(tái) OMRON CPM2A 用于數(shù)據(jù)采集和控制，通過(guò) RS422 接口連成網(wǎng)絡(luò)，由控制室的 OMRON C200HG 中型 PLC 利用 OMRON Protocol 協(xié)議與它們通訊，對(duì)其讀寫數(shù)據(jù)和進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，這樣可以節(jié)省大量的數(shù)據(jù)采集電纜，而且當(dāng)某臺(tái) PLC 發(fā)生故障時(shí)可以方便斷開(kāi)其維修而不影響其它設(shè)備的正常生產(chǎn)。對(duì)于沉淀池排泥車的控制，由于排泥車在長(zhǎng)達(dá)近百米的沉淀池上前 后移動(dòng)，因此其控制所用小型 PLC 利用電臺(tái)與控制室間的 C200HG 通過(guò) RS232 接口進(jìn)行 1： N通訊，電臺(tái)型號(hào)為 MDSSCADA24810，為直接數(shù)字調(diào)制解調(diào)電臺(tái)， 工作頻率范圍 在 ~，支持標(biāo)準(zhǔn)的異步通訊協(xié)議，工作穩(wěn)定可靠，協(xié)議同樣采用 OMRON Protocol，軟件用 OMRONCXProtocol 編制。二期濾池選用多個(gè)小型 PLC（ OMRON CQM1H）分散控制，可以較好地解決因控制設(shè)備故障造成全部濾池停產(chǎn)而影響安PLC的應(yīng)用與發(fā)展 24 全供水的問(wèn)題。整個(gè) Controller Link 網(wǎng)絡(luò)由 中繼器 分成兩段，主要是為了滿足Controller Link 對(duì)通訊距離的要求，同時(shí)可適應(yīng)以后擴(kuò)展的需要。系統(tǒng)中生產(chǎn)工藝所要求的全部參數(shù)都由 PLC 采集和控制，上位機(jī)只是 人機(jī)界面 和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。本控制方案全部選用中小型 PLC，對(duì)主要的生產(chǎn)設(shè)備分散控制，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)將它們緊密聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)集中管理，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了可靠性，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。 四、相 關(guān)中小型 PLC 介紹 （ 1） OMRON C200HG 其具有速度快、功能強(qiáng)、 編程 方便和運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，最大 I/O 點(diǎn)數(shù)達(dá) 1184 點(diǎn)，程序容量 ,指令執(zhí)行時(shí)間為 ~, 可支持各種通訊單元。 （ 2） OMRON CQM1H 適用于分散 控制的緊湊型 PLC， I/O點(diǎn)數(shù)為 512 點(diǎn)，程序容量為 ,支持各種內(nèi)裝板和 Controller Link 單元。 （ 3） OMRON CPM2A 是為滿足 10~60 點(diǎn) I/O 的系統(tǒng)控制操作而設(shè)計(jì)，能滿足單體設(shè)備高效控制要求，有效地代替繼電器控制器和 傳感器 控制器。 （ 4） Controller Link 是 OMRON 提供的一種工廠 自動(dòng)化 網(wǎng)絡(luò)。它可以在合適的 PLC 和各種微型計(jì)算機(jī)之間方便地、靈活地發(fā)送和接收大容量數(shù)據(jù)包，支持能共享數(shù)據(jù)的 數(shù)據(jù)鏈接和在需要時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的信息服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)采用屏蔽雙絞線電纜或光纖連接，最大傳輸距離隨波特率而變，在采用兩層 中繼器 的情況下，波特率在 500kbit/s時(shí)，傳輸距離可達(dá) 3Km，最大支持 62個(gè)節(jié)點(diǎn)。 Controller Link網(wǎng)絡(luò)是一種使用令牌總線通信的網(wǎng)絡(luò)，這種總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有最大的靈活性，易于擴(kuò)充和維護(hù)，滿足系統(tǒng)可擴(kuò)展性的需求。由于 采用了分布式控制技術(shù)，可確保 Controller Link 網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某個(gè)站點(diǎn)故障而崩潰，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ 5） OMRON Protocol 利用 OMRON 的通訊板，與連接在 RS232 或 RS422/485的各種通用組件（如各種牌子型號(hào)的 PLC、現(xiàn)場(chǎng)儀表等）進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收的程序，通過(guò)通訊協(xié)議支持軟件（ OMRONCX Protocol）讓用戶自由編制， 以 PMCR指令就能夠?qū)嵭械脑纪ㄓ崊f(xié)議。 五、程序結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)全部設(shè)備的控制都由 PLC 來(lái)完成，程序利用 OMRONCXProgrammer軟件編制，在上位機(jī)上通過(guò) Controller Link 網(wǎng)絡(luò)或串行口傳送至 PLC 的 CPU單元。在各工藝段及單體設(shè)備其控制程序亦相對(duì)獨(dú)立，部分相同的工藝采用子程序模式。對(duì)于部分要求較高精度的工藝參數(shù)的控制，則利用 PLC的 PID 指令進(jìn)行閉環(huán)控制，已能滿足生產(chǎn)要求。因此程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)試和維修方便。下面用水泵的開(kāi)停和濾池的自動(dòng)操作兩個(gè)工序作說(shuō)明。 PLC的應(yīng)用與發(fā)展 25 （ 1） 水泵的開(kāi)?？刂屏鞒? 水泵的啟動(dòng)和停止由操作人員在上位機(jī)發(fā)送指令，由 PLC 一步化完成操作。程序結(jié)構(gòu)圖如圖 23 示。 （ 2） 濾池自動(dòng)控制流程 過(guò)濾由多格濾池共同完成，對(duì)于每一格濾池，其工藝過(guò)程基本相同，包括 正常過(guò)濾和反沖洗狀態(tài)，因此采用子程序的控制模式，程序結(jié)構(gòu)圖如圖 24 示。 六、 結(jié)論 本項(xiàng)目是由工業(yè)計(jì)算機(jī)和中小型 PLC 組成的集散型控制系統(tǒng)，利用了 PLC抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)方便、適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的持點(diǎn)，在上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)設(shè)備的控制和工藝參數(shù)的設(shè)置、調(diào)整與監(jiān)測(cè)，滿足大型自來(lái)水廠自動(dòng)控制的要求。PLC的應(yīng)用與發(fā)展 26 整個(gè)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于 編程 、操作及維修，在廣東南海第二水廠得到良好的應(yīng)用。 PLC 在電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用 一、 引言 電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在惡劣的環(huán)境下，導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對(duì)于應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場(chǎng)合的高壓電動(dòng)機(jī)、大功率電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一旦發(fā)生故障所造成的損失無(wú)法估量。 電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障可分為對(duì)稱故障和不對(duì)稱故障兩大類。對(duì)稱故障包括 :過(guò)載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至損壞，其主要特征是電流幅值發(fā)生顯 著變化 。不對(duì)稱故障包括 :斷相、逆相、相間短路、匝間短路等，這類故障是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中最常見(jiàn)的一類故障。不對(duì)稱故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅是引發(fā)發(fā)熱，更重要的是不對(duì)稱引起的負(fù)序效應(yīng)能造成電動(dòng)