淺析ＰＬＣ的應(yīng)用與發(fā)展

摘要:可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置。長(zhǎng)期以來(lái),PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng),為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn), PLC的應(yīng)用以及其未來(lái)發(fā)展前景又是怎樣,作者主要從這兩方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:可編程序控制器;微處理器;工業(yè)自動(dòng)化

自從1969年美國(guó)DEC公司研制出世界上第一臺(tái)可編程控制以來(lái),經(jīng)過(guò)三十多年來(lái)的發(fā)展與實(shí)踐,其功能和性能已經(jīng)有了很大的提高,從當(dāng)初用于邏輯控制和順序控制領(lǐng)域擴(kuò)展到運(yùn)動(dòng)控制和過(guò)程實(shí)踐領(lǐng)域。可編程邏輯控制器(PLC)也稱為可編程控制器,由于個(gè)人計(jì)算機(jī)也簡(jiǎn)稱PC,為了避免混淆,可編程控制器仍被稱為PLC。

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(lè)等各個(gè)行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。

1 控制開(kāi)關(guān)量

PLC控制開(kāi)關(guān)量的能力是很強(qiáng)的。所控制的入出點(diǎn)數(shù),少的十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn),多的可到幾百、幾千,甚至幾萬(wàn)點(diǎn)。由于它能聯(lián)網(wǎng),點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制,不管多少點(diǎn)都能控制。所控制的邏輯問(wèn)題可以是多種多樣的:組合的、時(shí)序的;即時(shí)的、延時(shí)的;不需計(jì)數(shù)的,需要計(jì)數(shù)的;固定順序的,隨機(jī)工作的;等等,都可進(jìn)行。

2 控制模擬量

模擬量,如電流、電壓、溫度、壓力等等,它的大小是連續(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn),特別是連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程,常要對(duì)這些物理量進(jìn)行控制。在進(jìn)行PID運(yùn)算前,必須將工程實(shí)際值標(biāo)準(zhǔn)化,即轉(zhuǎn)換為無(wú)量鋼相對(duì)值格式。在對(duì)模擬量進(jìn)行PID運(yùn)算后,對(duì)輸出生產(chǎn)的控制作用是在[0.0～1]范圍的標(biāo)準(zhǔn)化值,為了能夠驅(qū)動(dòng)實(shí)際的驅(qū)動(dòng)裝置必須將其轉(zhuǎn)換成工程實(shí)際值。 PLC進(jìn)行模擬量控制,要配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的A/D、D/A單元。

3 控制數(shù)字量

實(shí)際的物理量,除了開(kāi)關(guān)量、模擬量,還有數(shù)字量。如機(jī)床部件的位移,常以數(shù)字量表示。數(shù)字量的控制,有效的辦法是NC,即數(shù)字控制技術(shù)。這是50年代誕生于美國(guó)的基于計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及,并也很完善。目前,先進(jìn)國(guó)家的金屬切削機(jī)床,數(shù)控化的比率已超過(guò)40%～80%,有的甚至更高。

PLC的輸入電路,按外接電源的類型分,可以分為直流輸入電路和交流輸入電路;按PLC輸入模塊公共端(COM端)電流的流向分,可分為源輸入電路和漏輸入電路;按光耦發(fā)光二極管公共端的連接方式分,可分為共陽(yáng)極和共陰極輸入電路。

4 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)。

5 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。

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 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。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。 plc在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性方向發(fā)展。

1微型化

微型可編程序控制器異軍突起,體積如手掌大小,功能可覆蓋單體設(shè)備及整個(gè)車間的控制功能,并具備聯(lián)網(wǎng)功能,這種微型化的可編程序控制器使得控制系統(tǒng)可將觸角延伸到工廠的各個(gè)角落。隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快,在技術(shù)發(fā)展的同時(shí),發(fā)達(dá)國(guó)家更加注重了對(duì)可編程序控制器的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù),國(guó)際大型可編程序控制器制造商紛紛加入了可編程序控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織,他們利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們經(jīng)濟(jì)利益的技術(shù)保護(hù)壁壘。

2網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)在各種PLC都在發(fā)展自己的網(wǎng)絡(luò),一般從結(jié)構(gòu)上有兩種,一種在PLC模塊上做了一個(gè)通信輸出口,可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信(RS232聯(lián)接);另一種是通過(guò)多點(diǎn)聯(lián)接(RS485聯(lián)接),這適用于多層PLC。這方面,西門子的產(chǎn)品具有代表性,它具有自己的Profibus協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在已經(jīng)被世界上絕大多數(shù)國(guó)家接受,幾乎已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),獲得廣泛的應(yīng)用。目前網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)的控制中心一般有兩臺(tái)計(jì)算機(jī),通過(guò)電纜與現(xiàn)場(chǎng)的PLC站相連,每個(gè)站就放在被控設(shè)備的附近,從設(shè)備到PLC站之間的電纜很短,從PLC站到控制中心只需一根電纜線,這樣成本就大大降低了。

3開(kāi)放性

PLC的開(kāi)放是必然。從自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看,系統(tǒng)整體設(shè)備的性能在加工中更為重要,這使得人們更加注重PLC和周邊設(shè)備的配合性能,PLC的主角地位已經(jīng)逐漸淡化。PLC和周邊設(shè)備有效的進(jìn)行通信,不單針對(duì)輸入、輸出、模擬量等,還包括伺服、掃描和智能儀器等都會(huì)有更多需求?，F(xiàn)在用戶在很多的應(yīng)用中對(duì)PLC的選擇都已經(jīng)不再過(guò)多考慮技術(shù)程度,而是選擇哪個(gè)品牌的問(wèn)題。這些都是促進(jìn)PLC開(kāi)放的重要原因。目前市場(chǎng)上的情況也證明了PLC開(kāi)放性的趨勢(shì)。雖然主要的PLC廠家表面上仍然是各自按各自的方式方法進(jìn)行PLC的推廣生產(chǎn),但如果仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn),各個(gè)廠家都已經(jīng)從不同的角度對(duì)PLC的功能開(kāi)放做了改進(jìn)。許多種PLC都可以采用特定的方法進(jìn)行通信、互聯(lián)。

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(lái)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(lái)越大的作用。

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作者簡(jiǎn)介:鄒丹丹,(1981-),女,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)2007級(jí)碩士研究生,研究方向農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化,現(xiàn)工作于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心。