鞠永勝
摘 要:PLC系統(tǒng)技術(shù)成熟,性價(jià)比高,在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了PLC的定義、使用特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,為進(jìn)一步應(yīng)用PLC提供了一定的理論參考。
關(guān)鍵詞:PLC;特點(diǎn);應(yīng)用;發(fā)展趨勢(shì)
引言
現(xiàn)代社會(huì)要求生產(chǎn)廠商能對(duì)市場(chǎng)的需求做出迅速反應(yīng),生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求,迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了世界上第1臺(tái)PLC,并在美國(guó)通用汽車公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用,獲得成功。從此這項(xiàng)新技術(shù)便迅速發(fā)展起來。
1 PLC的定義
國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)明確了PLC的定義:“PLC是一種數(shù)字式電子系統(tǒng),專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)。PLC采用可編程的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令,并通過數(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及其相關(guān)外部設(shè)備,都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?!睆脑摱x可以看出,PLC可完成程序存儲(chǔ)和指令執(zhí)行,進(jìn)行信息的處理,從而實(shí)現(xiàn)從輸入信號(hào)到輸出信號(hào)的變換。
2 PLC的工作原理為
2.1 輸入采樣階段
通過掃描完成輸入狀態(tài)及數(shù)據(jù)的讀入,并將其保存在I/O映象區(qū)對(duì)應(yīng)的單元;結(jié)束輸入采樣進(jìn)入用戶程序執(zhí)行及輸出刷新階段,由于I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)單元的狀態(tài)及數(shù)據(jù)不會(huì)隨著輸入狀態(tài)及數(shù)據(jù)的變化而變化,所以,在輸入脈沖信號(hào)的情況下,為確保順利將輸入讀入,必須保證此時(shí)的信號(hào)寬度大于掃描周期。
2.2 用戶程序執(zhí)行階段
PLC在本階段會(huì)對(duì)用戶程序進(jìn)行從上到下的掃描。對(duì)于梯形圖,首先掃描位于左邊的控制線路,之后依照從左到右、從上到下的順序開展控制線路的邏輯運(yùn)算,并以運(yùn)算結(jié)果為依據(jù),對(duì)邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中的對(duì)應(yīng)位狀態(tài)或者是輸出線圈在I/O映象區(qū)中的對(duì)應(yīng)位狀態(tài)進(jìn)行刷新,并對(duì)是否要執(zhí)行梯形圖指示的功能指令做出判斷。
2.3 輸出刷新階段
在完成用戶程序掃描之后便進(jìn)入該階段,此時(shí),中央處理器以I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)的狀態(tài)以及數(shù)據(jù)為主要依據(jù),對(duì)全部輸出鎖存電路進(jìn)行刷新,之后借助輸出電路驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的外設(shè),從一定意義上講,此時(shí)才可以稱得上是PLC真正的輸出。
3 PLC的主要使用特點(diǎn)
3.1 通用性強(qiáng)、使用方便
由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化,PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。當(dāng)控制對(duì)象的硬件配置確定以后,可通過修改用戶程序,方便快速地適應(yīng)應(yīng)用條件的變化。
采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制非常方便。在硬件方面,PLC的硬件系統(tǒng)高度集成化,己集成為系列化與規(guī)格化的各種模塊,使用起來非常方便。在軟件方面,PLC采用程序來建立控制邏輯,用程序來代替硬件接線,編制程序比硬件接線要方便得多。
3.2 可靠性高
工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電氣控制設(shè)備可靠性的要求非常高,應(yīng)當(dāng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力,能夠在很惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)可靠地工作,平均無故障時(shí)間長(zhǎng),故障修復(fù)時(shí)間短。而PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的,能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。在PLC的設(shè)計(jì)和制造過程中,采取了一系列提高可靠性的措施,使PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)數(shù)萬小時(shí),有些優(yōu)質(zhì)品牌的產(chǎn)品更高達(dá)幾十萬小時(shí)。
3.3 功能性強(qiáng)
PLC具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此,它可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制,也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制,既可控制一臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備,也可控制一條生產(chǎn)線。PLC還具有通訊功能,可與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遙控功能。
3.4 編程方法簡(jiǎn)單
PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言,該語言編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近,因此編程方法簡(jiǎn)單,易于掌握。
4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著PLC性價(jià)比的不斷提高,一些過去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合,也轉(zhuǎn)向使用PLC。
4.1 運(yùn)動(dòng)控制
PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu),現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。
4.2 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。PLC取代繼電器控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如:機(jī)床電氣控制,運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制,注塑機(jī)的控制,化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制,冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)的控制,汽車配裝線、家電的生產(chǎn)線控制等各方面。
4.3 閉環(huán)過程控制
過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D,D/A轉(zhuǎn)換,并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán)PID控制,可用PID子程序來實(shí)現(xiàn),也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備,還廣泛地應(yīng)用于輕工、機(jī)械、冶金、電力等行業(yè)。
4.4 網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程控制
網(wǎng)絡(luò)通信與遠(yuǎn)程控制是指對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測(cè)與控制。PLC有多種通信接口,有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)和通信的能力,并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以,PLC遠(yuǎn)程控制是很方便的。PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程1/0之間的通信,多臺(tái)PLC之間的通信,PLC與其它智能設(shè)備,例如計(jì)算機(jī)、變頻器或數(shù)據(jù)處理裝置等之間的通信。PLC與其它智能控制設(shè)備一起,可以組成集中管理,分散控制式的分布式控制系統(tǒng)。
4.5 數(shù)據(jù)處理
PLC具有數(shù)學(xué)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≈票怼?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)。
5 發(fā)展趨勢(shì)
設(shè)備自動(dòng)化今后將主要朝著分布式、信息化以及開放式方向發(fā)展。分布式的結(jié)構(gòu)是一種能確保網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)智能的模塊能夠獨(dú)立的工作的網(wǎng)絡(luò),達(dá)到系統(tǒng)危險(xiǎn)分散的概念;開放化則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有與外界的借口,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接;信息化則是使系統(tǒng)信息能夠進(jìn)行綜合處理能力,與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和管控一體化。在新的時(shí)代,PLC會(huì)有更大的發(fā)展,產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全,通過完美的人機(jī)界面完備的通信設(shè)備成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求,PLC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,將在我國(guó)的電氣自動(dòng)化建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。
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