作為通用工業(yè)控制計算機,30年來,可編程控制器從無到有,實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍;其功能從弱到強,實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步;其應用領域從小到大,實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備,在各地發(fā)揮著越來越大的作用。
1. 可編程控制器的定義
可編程控制器,簡稱PLC(Programmable logic Controller),是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在1987年際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:
“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴展其功能的原則而設計。”
2. PLC的特點
2.1可靠性高,抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術,采用嚴格的生產工藝制造,內部電路采取了先進的抗干擾技術,具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說,使用PLC構成控制系統(tǒng),和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關接點已減少到數(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功能,出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中,應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以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣,整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2.2配套齊全,功能完善,適用性強
PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品??梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。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)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領域。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通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
2.3易學易用,深受工程技術人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計算機,是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易,編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近,只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。
2.4系統(tǒng)的設計、建造工作量小,維護方便,容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設備外部的接線,使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短,同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。
2.5體積小,重量輕,能耗低
以超小型PLC為例,新近出產的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部,是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。
3. PLC的應用領域
目前,PLC在內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。
3.1開關量的邏輯控制
這是PLC*基本、*廣泛的應用領域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。
3.2模擬量控制
在工業(yè)生產過程當中,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,必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。
3.3運動控制
PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構,現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
3.4過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。
3.5數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較,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,或將它們打印制表。數(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)。
3.6通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展,工廠自動化網(wǎng)絡發(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)絡系統(tǒng)。新近生產的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
4. PLC的內外狀況
上公認的臺PLC是1969年美數(shù)字設備公司(DEC)研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(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,可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀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增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能,完成了真正具有計算機特征的工業(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言,并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。
20世紀70年代中末期,可編程控制器進入實用化發(fā)展階段,計算機技術已全面引入可編程控制器中,使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初,可編程控制器在先進工業(yè)中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是上生產可編程控制器的日益增多,產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀末期,可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說,這個時期發(fā)展了大型機和超小型機;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、轉速、位移等各式各樣的控制場合;從產品的配套能力來說,生產了各種人機界面單元、通信單元,使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。目前,可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。
我可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。*初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前,我自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的CF系列、杭州機床電器廠生產的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。此外,無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我比較的PLC生產廠家??梢灶A期,隨著我現(xiàn)代化進程的深入,PLC在我將有更廣闊的應用天地。
5. PLC未來展望
21世紀,PLC會有更大的發(fā)展。從技術上看,計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上,會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn);從產品規(guī)模上看,會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展;從產品的配套性上看,產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全,的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求;從市場上看,各各自生產多品種產品的情況會隨著際競爭的加劇而打破,會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷際市場的局面,會出現(xiàn)際通用的編程語言;從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看,可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展,可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和際通用網(wǎng)絡的重要組成部分,將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。
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ST MICROELECTRONICS LM723CH
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM747CN
LOGOSOL LS-773
INTEL M-B L440GX
ST MICROELECTRONICS M27C64A
IDI M300-13
MOTOROLA MC14017BCP
MOTOROLA MC14021BCP
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STMICROELECTRONICS MC1458N
MOTOROLA MC68HC711E9CFN2
MOTOROLA MCT2
GI MCT2E
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74C00N
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74HC109AN
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74HC373N
TOWER MM74HC4051N
MOTOROLA MMS-A-2
DELL MS-8604
Texas Instruments MSP50C614
Texas Instruments MSP50C614
DELL N7190
AMD P8253-5
GORDOS ARKANSAS PB-24Q
CAT PB25060
OPTO22 PB8AH
TEMPTRONIC CORP PC40723
TEMPTRONIC PC70803
Silicon International Corp. PCB-335
FAITH ENTERPRISES PCB-435
Lambda PDC60-300
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER3800C
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER3AXXD
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER8AXXD
R.L.C. Enterprises PIO-64A
PHILLIPS PLS100N
Watlow Anafaze PPC-TB50
CAT PT-601-602
SIGMA PROBE INC. PV-4
MGI PX-378
ROCKWELL R6503SP
DELL R683F
DELL RT917
CYMER S05-05178-00
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GSI LUMONICS S710205
MGI ELECTRONICS SB154
R.I.C. ENTERPRISES SBC-188
KB ELECTRONICS SC-8803
R&E INTERNATIONAL SCL4174BE
HEWLETT PACKARD SK826-1411-1197
BESI USA INC SM2320V1
TEXAS INSTRUMENTS SN103227N
TEXAS INSTRUMENTS SN103228P
TEXAS INSTRUMENTS SN7400N
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MOTOROLA SN74LS138N
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TEXAS INSTRUMENTS SN74S00N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S04N
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TEXAS INSTRUMENTS SN74S138AN
TEXAS INSTRUMENTS SN74S157N
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TEXAS INSTRUMENTS SN75367N
PROMETRIX SP3128
OREGON MICRO SYSTEMS SPC0012C
NAURATEC SR3-G1038-510
FORCE COMPUTER SYS68K-SIO-2
TECHNOLAND TL-SBC 7450
TEXAS INSTRUMENTS TL072CP
TEXAS INSTRUMENTS TM9902ANL
AVAYA TN2224_S4_VH8F15
Texas Instruments TSP50C34
DELL U4575
CAT UA710HC
DELL UC996
MMSI PTE LTD VA00125914
VERSALOGIC VL-7806D
DELL W5378
MKS-HPS WCSH-0120-0000
INTEGRATION ACCESSORIES WJ-967285-001
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WJ-976209-001
DELL X8760
COMPUTER PRODUCTS XL50-8401
DELL Y3939
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