【正文】 降。 1968 年美國 GM(通用汽車 )公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一代可編程序控制器，滿足了 GM 公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代 PLC產(chǎn)品了。 在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作 。另外還有與順序、時序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制 。以及大量的開關(guān)量、脈沖量、 計時、計數(shù)器、模擬量的越限報警等狀態(tài)量為主的 — 離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以 PLC 發(fā)展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產(chǎn)品。在多年的生產(chǎn)實踐中，逐漸形成了 PLC、 DCS 與 IPC三足鼎立之勢，還有其它的單回路智能式調(diào)節(jié)器等在市場上占一定的百分比。 在 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。由于 PLC 機聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進步，擠占了一部分 DCS 的市場 (過程控制 )并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè) PC(IPC)的出現(xiàn) ，特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展， IPC 和 FCS 也擠占了一部分 PLC 市場，所以近年來 PLC 增長速度，總的說是漸緩。目前全世界有 200 多廠家生產(chǎn) 300 多品種 PLC 產(chǎn)品，主要應用在汽車 (23%)、糧食加工 (%)、化學 /制藥 (%)、金屬 /礦山 (%)、紙漿 /造紙 (%)等行業(yè)。 目前，世界上有 200 多個廠家生產(chǎn) PLC，較有名的：美國： AB 通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國：西門子公司；法國： TE 施耐德公司；韓國：三星、 LG 公司等。 （二）國內(nèi)發(fā)展及應用 概況 我國的 PLC 產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個階段：順序控制器（ 1973～ 1979） ——一位處理器為主的工業(yè)控制器（ 1979～ 1985） —— 8 位微處理器為主的可編程序控制器（ 1985 以后）。在對外開放政策的推動下，國外 PLC 產(chǎn)品大量進入我國市場，一部分隨成套設(shè)備進口。如寶鋼一、二期工程就引進了 500 多套，還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等。現(xiàn)在， PLC 在國內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應用，技術(shù)含量也越來越高。 在 PLC 應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億 元人民幣，應用的行業(yè)也很廣。但是與其它國家相比，在機械加工及生產(chǎn)線方面的應用，還需要加大投入。我國市場上流行的有如下幾家 PLC產(chǎn)品 : 施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有 Quantum、Premium、 Momentum 等產(chǎn)品 。 羅克韋爾公司 (包括 AB公司 )PLC 產(chǎn)品，目前有 SLC、 Micro Logix、 Control Logix等產(chǎn)品 。 西門子公司的產(chǎn)品，目前有 SIMATIC S7400/300/200 系列產(chǎn)品 。 GE公司的產(chǎn)品 。日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公 司產(chǎn)品。 （三）技術(shù)發(fā)展動向 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展 大： I/O點數(shù)達 14336 點、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描 速度高速化。 ?。? 由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 1 19 PLC 在閉環(huán)過程控制中應用日益廣 ,3. 不斷加強通訊功能 ,4. 新器件和模塊不斷推出 ,高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM的智能 I/O 模塊、高速計數(shù)模塊、遠程 I/O 模塊等專用化模塊。 編程工具豐富多樣，功 能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統(tǒng)。 發(fā)展容錯技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 .追求軟硬件的標準化。 PLC 的特點及應用 早期的可編程序控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性 高、功能強、應用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。 70 年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得 PLC 的功能大大增強。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面， PLC 采 用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了 PLC 軟、硬件功能。 在發(fā)達工業(yè)國家， PLC 已經(jīng)廣泛的應用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界 PLC 以及軟件市場報告稱， 1995 年全球 PLC及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模 約 50億美元 [5]。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強，具有以下特點 [5,6,7]： （一）可靠性高。 PLC 的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。 （二）具有豐富的 I/O接口模塊。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 （三）采用模塊化結(jié)構(gòu)。 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕 大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個部件，包括 CPU、電源、 I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 （四）編程簡單易學。 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 （五）安裝簡單，維修方便。 1 20 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生 故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。 由于 PLC強大功能和優(yōu)點，使得 PLC在我國的水工業(yè)自動化中得到廣泛的應用。PLC在水工業(yè)自動化中的應用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、自動加氯、自動加礬、水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等 [8,9,10,11]。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測以監(jiān)測等。 PLC 的選擇 在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，而決定是否選用 PLC 進行控制。在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復雜 （需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理、系統(tǒng)有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)自動化控制的情況下，使用 PLC控制是很必要的。 目前，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理的選擇記性才能達到經(jīng)濟使用的目的。機型的選擇要從以下幾個方面來考慮。 （一）對輸入 /輸出點的選擇 盲目的選擇點數(shù)多機型回造成一定的浪費。要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，在按所 需總點數(shù)的 15— 20%留出備用量（為系統(tǒng)的 改造留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。 另外注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點數(shù)的 60%； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨著環(huán)境溫度的升高而有所降低。 （二）對存儲容量的選擇 對用戶存儲量只能作粗略的估計。僅在對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入點數(shù)乘 10 字 /點 +輸出總點數(shù)乘 5 字 /點來計算；計數(shù)器 /定時器按（ 3— 5）字 /個計算；有運算處理時按（ 5— 10）字 /量估 算； （三）對 I/O響應時間的選擇 PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描方式引起的時間延遲（一般在 2— 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量的控制系統(tǒng)， PLC 的 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的需要，可不必考慮 I/O 響應時間的問題。 （四）根據(jù)輸出負載的特點選型 不同的負載對 PLC的輸出方式有顯影的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選擇繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如道統(tǒng)電壓小，有間隔作用，價格相對便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電 壓靈活（可直流、可交流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出的 PLC。 （五）對離線和在線變成編程的選擇 離線編程是指主機和編程器共用一個 CPU，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇PLC的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時 CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進行監(jiān)控。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU，主機的 CPU 完成對現(xiàn)場的監(jiān)控，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序傳給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進行控制。計算機輔助1 21 編 程即能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需要購置計算機，并配置編程軟件。 對產(chǎn)品定型、工藝過程不變的系統(tǒng)可以選擇離線編程。 （六）根據(jù)是否連網(wǎng)通信選型 若 PLC 的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC應具有連接其他 PLC、上位計算機等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。 （七）對 PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇 根據(jù) PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC分為整體式和模塊式兩類。 整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O接口、與 I/O 擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有 I/O和電源等，沒有 CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如 CPU 模塊 、 I/O模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC 由框