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PLC基礎(chǔ)介紹
更新時(shí)間:2023-06-26 瀏覽次數(shù):1173

   可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC或PC,在現(xiàn)代工業(yè)控制中占有非常重要的地位。

一、PLC的起源
   PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世,人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接,構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末,它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng),逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn),以及流程加工行業(yè)(如汽車制造業(yè))對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求,PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。
   目前,PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍,使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制,發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是,仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。
   PLC之所以有生命力,在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求:高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備,不需添加太多的中間部件或需要更多的接口,這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件,而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們在應(yīng)用它時(shí),可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn),就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程。

二、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。
   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,去指揮有關(guān)的控制電路。
  
三、PLC的功能
   1、數(shù)據(jù)采集與輸出。
   2、控制功能?!“樞蚩刂?、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等。
   3、數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對字節(jié)的運(yùn)算、PID運(yùn)算、濾波等。
   4、輸入/輸出接口調(diào)理功能?!【哂蠥/D、D/A轉(zhuǎn)換功能,通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié),具有溫度、運(yùn)動等測量接口。
   5、通信、聯(lián)網(wǎng)功能。 現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),有RS232或RS485接口,可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制,多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信,外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間,實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換,如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí),可由一臺計(jì)算機(jī)與多臺PLC構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制網(wǎng)絡(luò),以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng),現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機(jī)。
   6、支持人機(jī)界面功能。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用,以便作決策和調(diào)整,實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。
   7、編程、調(diào)試等,并且大部分支持在線編程。
  
四、PLC的主要特點(diǎn)
   1、可靠性高。PLC的MTBF一般在40000~50000h以上,有的在10~20萬h,且均有完善的自診斷功能。
   2、結(jié)構(gòu)形式多樣,模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機(jī)床,組合式適于集控制系統(tǒng)。最少的PLC只有6點(diǎn),而AB的ControlLogix系統(tǒng)的容量達(dá)128000點(diǎn)。
   3、功能強(qiáng)大。
   4、編程方便。控制具有極大靈活性。
   5、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。適應(yīng)高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。
   6、安裝、維修簡單
   7、與DCS相比,價(jià)格低。
   8、當(dāng)前PLC產(chǎn)品緊跟現(xiàn)場總線的發(fā)展潮流。
五、PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信
   PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)信息的交換,并可構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制系統(tǒng),滿足工廠自動化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要,各PLC系統(tǒng)或遠(yuǎn)程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制,然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
   目前各廠商都主推各自的總線標(biāo)準(zhǔn),如西門子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其構(gòu)成的"集中管理、分散控制"分布式控制方式是十分類似的。如ROCKWELL(A-B)推出了"全方位自動化"的理念,推薦三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即1)設(shè)備層(DeviceNet為代表);2)控制層(ControlNet為代表);3)管理層(EtheNet)。
  
六、PLC的發(fā)展
   1、與DCS的差別。
   集散系統(tǒng)DCS從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng),所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢,初期主要用在連續(xù)過程控制,側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能,滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求。硬件結(jié)構(gòu)方面,總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高,兼容性強(qiáng),軟件資源豐富,特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,故對要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。
   PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來,主要用在離散制造、工序控制,初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng),側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。PLC在自身發(fā)展同時(shí),也在吸收DCS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。PLC在過程控制的發(fā)展將是與現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合,發(fā)展向下拓展功能,開放總線。
   2、市場占有率
   1987年世界PLC的銷售額為25億美元,此后每年以20%左右的速度遞增。進(jìn)入90年代以來,世界PLC的年平均銷售額在55億美元以上,其中我國約占1%。當(dāng)前,PLC在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品,用PLC設(shè)計(jì)自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。


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