摘要:可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。長期以來,PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,為各種各樣的自動化控制設(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)自動化

自從1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程控制以來,經(jīng)過三十多年來的發(fā)展與實踐,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)域擴展到運動控制和過程實踐領(lǐng)域。可編程邏輯控制器(PLC)也稱為可編程控制器,由于個人計算機也簡稱PC,為了避免混淆,可編程控制器仍被稱為PLC。

目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)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。

1 控制開關(guān)量

PLC控制開關(guān)量的能力是很強的。所控制的入出點數(shù),少的十幾點、幾十點,多的可到幾百、幾千,甚至幾萬點。由于它能聯(lián)網(wǎng),點數(shù)幾乎不受限制,不管多少點都能控制。所控制的邏輯問題可以是多種多樣的:組合的、時序的;即時的、延時的;不需計數(shù)的,需要計數(shù)的;固定順序的,隨機工作的;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)過程,常要對這些物理量進(jìn)行控制。在進(jìn)行PID運算前,必須將工程實際值標(biāo)準(zhǔn)化,即轉(zhuǎn)換為無量鋼相對值格式。在對模擬量進(jìn)行PID運算后,對輸出生產(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)動實際的驅(qū)動裝置必須將其轉(zhuǎn)換成工程實際值。 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

實際的物理量,除了開關(guān)量、模擬量,還有數(shù)字量。如機床部件的位移,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年代誕生于美國的基于計算機的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及,并也很完善。目前,先進(jìn)國家的金屬切削機床,數(shù)控化的比率已超過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)存儲區(qū)越來越大。如OMRON公司的PLC,前期產(chǎn)品C60P的DM區(qū)僅64個字,而后來的C60H達(dá)到1000個字;到了CQMI可多達(dá)6000個字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū),可以存儲大量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器,累計記錄采集到的脈沖數(shù),并定時地轉(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,再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。PLC還可配置上小型打印機,定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。

5 進(jìn)行監(jiān)控

PLC自檢信號很多,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,完全可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控,或?qū)刂茖ο筮M(jìn)行監(jiān)控。

對一個復(fù)雜的控制系統(tǒng),特別是自動控制系統(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,可提高累計平均無故障運行時間,降低故障修復(fù)時間,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,不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。

PLC可與個人計算機相連接進(jìn)行通訊,可用計算機參與編程及對PLC進(jìn)行控制的管理,使PLC用起來更方便。為了充分發(fā)揮計算機的作用,可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC,多的可達(dá)32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊,交換信息,以實現(xiàn)多地對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。隨著計算機控制的發(fā)展,工廠自動化網(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角落。隨著世界經(jīng)濟一體化進(jìn)程的加快,在技術(shù)發(fā)展的同時,發(fā)達(dá)國家更加注重了對可編程序控制器的知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù),國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模塊上做了一個通信輸出口,可以直接與計算機聯(lián)接實現(xiàn)點對點通信(RS232聯(lián)接);另一種是通過多點聯(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)國家接受,幾乎已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn),獲得廣泛的應(yīng)用。目前網(wǎng)絡(luò)是一個發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)的控制中心一般有兩臺計算機,通過電纜與現(xiàn)場的PLC站相連,每個站就放在被控設(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開放性

PLC的開放是必然。從自動化的發(fā)展現(xiàn)狀來看,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,不單針對輸入、輸出、模擬量等,還包括伺服、掃描和智能儀器等都會有更多需求?，F(xiàn)在用戶在很多的應(yīng)用中對PLC的選擇都已經(jīng)不再過多考慮技術(shù)程度,而是選擇哪個品牌的問題。這些都是促進(jìn)PLC開放的重要原因。目前市場上的情況也證明了PLC開放性的趨勢。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)觀察就會發(fā)現(xiàn),各個廠家都已經(jīng)從不同的角度對PLC的功能開放做了改進(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會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看,計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)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(chǎn)品規(guī)模上看,會進(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)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全,完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求;從市場上看,各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破,會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面,會出現(xiàn)國際通用的編程語言;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)控制計算機組網(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(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(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。

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作者簡介:鄒丹丹,(1981-),女,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)2007級碩士研究生,研究方向農(nóng)業(yè)機械化與自動化,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。