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早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡(jiǎn)稱PLC,它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展,這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal ComPUter)的簡(jiǎn)稱混淆,所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。

可編程控制器簡(jiǎn)稱PC(英文全稱:Programmable Controller),它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC(英文全稱:Programmable Logic Controller)和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)相區(qū)別,現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。

1987年國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Committee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義:

"PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。"

可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)

PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器,僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件,接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100,因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說,使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能,出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣,整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。

硬件配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)

PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化,配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用,用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置,組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便,一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小,維護(hù)方便,容易改造

PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律,很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng),梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。

PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。

體積小,重量輕,能耗低

以超小型PLC為例,新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小,因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。

一、 當(dāng)代PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展迅速,產(chǎn)品更新?lián)Q代;開發(fā)各種智能化模塊,不斷增強(qiáng)過程功能;PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)結(jié)合;通信聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強(qiáng);發(fā)展新的編程語(yǔ)言,增強(qiáng)容錯(cuò)功能。

二、 當(dāng)代PLC技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

美國(guó)通用汽車以用戶身份提出新一代控制器應(yīng)具備十大條件,這十大條件是:

1、編程方便,可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序;

2、維修方便,最好是插件式;

3、可靠性高于繼電器控制柜;

4、體積小于繼電器控制柜;

5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī);

6、在成本上可與繼電器控制競(jìng)爭(zhēng);

7、輸入可以是交流115V;

8、輸出為交流115V/2A以上,能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥;

9、在擴(kuò)展時(shí),原有系統(tǒng)只要很小變更;

10、用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。

1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國(guó)MODICON公司也研制出084控制,從此,這項(xiàng)新技術(shù)迅速在世界各國(guó)得到推廣應(yīng)用。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù),很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開始研制,1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是PLC采用通訊微處理器之后,這種控制器就不在不局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了,功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC,使PLC的功能增強(qiáng),工作速度快,體積減小,可靠性提高,成本下降,編程和故障檢測(cè)更為靈活,方便。

可編程控制器編程語(yǔ)言

可編程控制器PLC中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,它們是:梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述語(yǔ)言等。

梯形圖語(yǔ)言和布爾助記符語(yǔ)言是基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,它通常由一系列指令組成,用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能,例如,代替繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器完成順序控制和邏輯控制等,通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集,它們也能執(zhí)行其它的基本操作。

功能表圖語(yǔ)言和語(yǔ)句描述語(yǔ)言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作,例如,模擬量的控制,數(shù)據(jù)的操縱,報(bào)表的報(bào)印和其他基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無法完成的功能。

功能模塊圖語(yǔ)言采用功能模塊圖的形式,通過軟連接的方式完成所要求的控制功能,它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用,在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用,由于它具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn),為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛。

PLC學(xué)習(xí)情況

目前,PLC應(yīng)用人才供應(yīng)主要依靠高校(設(shè)相關(guān)專業(yè)的有267所)、高職(600多所)和技校(2000多所)。其相關(guān)的專業(yè)一般名為"自動(dòng)化"、"機(jī)械制造及自動(dòng)化"、"電氣自動(dòng)化"和"機(jī)電一體化"。

設(shè)置相關(guān)專業(yè)的學(xué)校包括從清華大學(xué)、浙江大學(xué)這樣的國(guó)內(nèi)一流院校,到各種職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu),而涉及的專業(yè)外延更加廣泛,有不少學(xué)校已經(jīng)將PLC的應(yīng)用作為專業(yè)學(xué)院的基礎(chǔ)課程。

而人力資源和社會(huì)保障部CETTIC項(xiàng)目下的PLC課程,更是將培訓(xùn)分為通用知識(shí)、實(shí)務(wù)知識(shí)、實(shí)踐技能,重視案例分析和行為導(dǎo)向。

可編程控制器PLC程序設(shè)計(jì)師培訓(xùn)證書

CETTIC要求,學(xué)員只有在三部分知識(shí)考核都通過后,并根據(jù)考試成績(jī)可獲得相應(yīng)級(jí)別(初、中、高)《可編程控制器(PLC)程序設(shè)計(jì)師職業(yè)培訓(xùn)證書》 。該證書也是PLC領(lǐng)域內(nèi)唯一國(guó)家認(rèn)可的培訓(xùn)證書,含金量較高。

可編程控制器PLC程序設(shè)計(jì)師師資培訓(xùn)證書

CETTIC 證書分崗位證書和師資證書,培訓(xùn)者也可以根據(jù)自己能力選擇報(bào)考師資培訓(xùn)證書。但由于該證書要求報(bào)考人員必須是本科以上學(xué)歷,且有一定工作經(jīng)驗(yàn)方可接受報(bào)名,持此師資證書者更是鳳毛麟角。

目前只有個(gè)別具備極強(qiáng)實(shí)力的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)得到了CETTIC的官方授權(quán),進(jìn)行相應(yīng)課程的開發(fā)和組織師資培訓(xùn),學(xué)員考試通過后會(huì)獲得《CETTIC 職業(yè)師資培訓(xùn)證書》(在全國(guó)緊缺人才辦網(wǎng)站有詳細(xì)介紹)。

目前,PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。

開關(guān)量的邏輯控制

這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。

運(yùn)動(dòng)控制

PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說,早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu),現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。

過程控制

過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或?qū)⑺鼈兇蛴≈票�。�?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。

通信及聯(lián)網(wǎng)

PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展,工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,通信非常方便。

世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平,早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成,可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器,使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能,完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用,可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言,并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。

20世紀(jì)70年代中末期,可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段,計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中,使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初,可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多,產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀(jì)末期,可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說,這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī);從控制能力上來說,誕生了各種各樣的特殊功能單元,用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合;從產(chǎn)品的配套能力來說,生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元,使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前,可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前,我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外,無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家�？梢灶A(yù)期,隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入,PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。

21世紀(jì),PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看,計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上,會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn);從產(chǎn)品規(guī)模上看,會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展;從產(chǎn)品的配套性上看,產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全,完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求;從市場(chǎng)上看,各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破,會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面,會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言;從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分,將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

一、PLC的發(fā)展歷程

在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置,首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制,這就是第一代可編程序控制器,稱Programmable Controller(PC)。

個(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)發(fā)展起來后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn),可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。

上世紀(jì)80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展最快的時(shí)期,年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域,在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位,在可預(yù)見的將來,是無法取代的。

1、PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

2、CPU的構(gòu)成

CPU是PLC的核心,起神經(jīng)中樞的作用,每套PLC至少有一個(gè)CPU,它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時(shí),診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),去指揮有關(guān)的控制電路。

CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元。

在使用者看來,不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路,但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算,并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果,它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,IO數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。

3、I/O模塊

PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI),開關(guān)量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。

常用的I/O分類如下:

開關(guān)量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量:按信號(hào)類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量,I/O模塊可多可少,但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

4、電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí),有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有:交流電源(220VAC或110VAC),直流電源(常用的為24VDC)。

5、底板或機(jī)架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架,其作用是:電氣上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系,使CPU能訪問底板上的所有模塊,機(jī)械上,實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

6、PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備

①編程設(shè)備:編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件,用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況,但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器,目前一般由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行編程軟件)充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。

②人機(jī)界面:最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕,目前液晶屏(或觸摸屏)式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛,由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行組態(tài)軟件)充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。

7、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此,網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著,甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能,它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息,形成一個(gè)統(tǒng)一的整體,實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口,還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口(MPI)的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則

1、最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。

2、在滿足控制要求的前提下,力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。

3、保證控制系統(tǒng)安全可靠。

4、考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。

三、PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言

1、PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等,主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言,診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中,不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求,用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序(也就是邏輯控制)用來實(shí)現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包,也就是用戶程序,我們就是使用STEP7來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制,以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。

2、PLC提供的編程語(yǔ)言

㈠標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言,它有以下特點(diǎn)

①它是一種圖形語(yǔ)言,沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成,左右的豎線稱為左右母線。

②梯形圖中接點(diǎn)(觸點(diǎn))只有常開和常閉,接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。

③梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián),但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。

④內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載,只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。

⑤PLC是按循環(huán)掃描事件,沿梯形圖先后順序執(zhí)行,在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。

㈠語(yǔ)句表語(yǔ)言,類似于匯編語(yǔ)言。

㈢邏輯功能圖語(yǔ)言,沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá),一般一個(gè)運(yùn)算框表示一個(gè)功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。

4 STEP7程序的使用

㈠創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu),項(xiàng)目就象一個(gè)文件夾,所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中,任何時(shí)候你都可以使用。在創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目之后,所有其他任務(wù)都在這個(gè)項(xiàng)目下執(zhí)行。

㈡組態(tài)一個(gè)站,組態(tài)一個(gè)站就是指定你要使用的可編程控制器,例如S7300、S7400等。

㈢組態(tài)硬件,組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板,地址一般不用修改由程序自動(dòng)生成。模板的特性也可以用參數(shù)進(jìn)行賦值。

㈣組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接,通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò),也就是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)滿足你的控制方案的子網(wǎng),設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動(dòng)生成如果沒有更改經(jīng)驗(yàn)一定不要修改。

㈤定義符號(hào),可以在符號(hào)表中定義局部或共享符號(hào),在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號(hào)名替代絕對(duì)地址。符號(hào)的命名一般用字母編寫不超過8個(gè)字節(jié),最好不要使用很長(zhǎng)的漢字進(jìn)行描述,否則對(duì)程序的執(zhí)行有很大的影響。

㈥創(chuàng)建程序,用梯形圖編程語(yǔ)言創(chuàng)建一個(gè)與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲(chǔ)。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一,一般可以采用線形編程(基于一個(gè)塊內(nèi),OB1)、分布編程(編寫功能塊FB,OB1組織調(diào)用)、結(jié)構(gòu)化編程(編寫通用塊)。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用,很少采用線形編程。

㈦下載程序到可編程控制器,完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后,可以下載整個(gè)用戶程序到可編程控制器。在下載程序時(shí)可編程控制器必須在允許下載的工作模式下(STOP或RUN-P),

RUN-P模式表示,這個(gè)程序?qū)⒁淮蜗螺d一個(gè)塊,如果重寫一個(gè)舊的CPU程序就可能出現(xiàn)沖突,所以一般在下載前將CPU切換到STOP模式。

五、WINCC程序的使用

㈠簡(jiǎn)介,WINCC是在生產(chǎn)和過程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。具有控制自動(dòng)化過程的強(qiáng)大功能,是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作監(jiān)視系統(tǒng),它很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的和用戶的程序建立人機(jī)界面精確的滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。WINCC有兩個(gè)版本RC版(具有組態(tài)和開發(fā)環(huán)境)、RT版(只有運(yùn)行環(huán)境),我們一般使用的是RC版。

㈡WINCC簡(jiǎn)單使用步驟

①變量管理,首先確定通訊方式安裝驅(qū)動(dòng)程序,然后定義內(nèi)部變量和外部變量,外部變量是受你買的WINCC軟件授權(quán)限制的最大授權(quán)64K字節(jié),內(nèi)部變量沒有限制。

②畫面生成,進(jìn)入圖形編輯器,圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以使用包含在對(duì)象和樣式庫(kù)中的眾多的圖形對(duì)象來創(chuàng)建復(fù)雜的過程畫面�？梢酝ㄟ^動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對(duì)象上。

③報(bào)警記錄設(shè)置,報(bào)警記錄提供了顯示和操作選項(xiàng)來獲取和歸檔結(jié)果�？梢匀我獾剡x擇消息塊、消息級(jí)別、消息類型、消息顯示以及報(bào)表。為了在運(yùn)行中顯示消息,可以使用包含在圖形編輯器中的對(duì)象庫(kù)中的報(bào)警控件。

④變量記錄,變量記錄是用來從運(yùn)行過程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。

⑤報(bào)表組態(tài),報(bào)表組態(tài)是通過報(bào)表編輯器來實(shí)現(xiàn)的。是為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)定時(shí)器或事件控制文檔的集成的報(bào)表系統(tǒng),可以自由選擇用戶報(bào)表的形式。

⑥全局腳本的應(yīng)用,全局腳本就是C語(yǔ)言函數(shù)和動(dòng)作的通稱,根據(jù)不同的類型腳本被用于給 對(duì)象組態(tài)動(dòng)作并通過系統(tǒng)內(nèi)部C語(yǔ)言編譯器來處理。全局腳本動(dòng)作用于過程執(zhí)行的運(yùn)行中。一個(gè)觸發(fā)可以開始這些動(dòng)作的執(zhí)行。

⑦用戶管理器設(shè)置,用戶管理器用于分配和控制用戶的單個(gè)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)編輯器的訪問權(quán)限。每建立一個(gè)用戶,就設(shè)置了WINCC功能的訪問權(quán)利并獨(dú)立的分配給此用戶。至多可分配999個(gè)不同的授權(quán)。

⑧交叉表索引,交叉索引用于為對(duì)象尋找和顯示所有使用處,例如變量、畫面和函數(shù)等。使用"鏈接"功能可以改變變量名稱而不會(huì)導(dǎo)致組態(tài)不一致。