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談PLC的應(yīng)用與發(fā)展

發(fā)布時(shí)間：2020-05-22人氣：50

　　作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

，30年來

，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍;其功能從弱到強(qiáng)

，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大

，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制

、及集散控制等各種任務(wù)的跨越

。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(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(jiǎn)稱PLC(Programmable logic Controller),是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)(International Electrical Committee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：

　　“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置

。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器

，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算

、計(jì)時(shí)

、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體

，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)

。”

　　2. PLC的特點(diǎn)

　　2.1可靠性高

，抗干擾能力強(qiáng)

　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能

。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)

，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)

，具有很高的可靠性

。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)

。從PLC的機(jī)外電路來說

，使用PLC構(gòu)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(guān)接點(diǎn)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(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息

。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)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(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)

。這樣

，整個(gè)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(qiáng)

　　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(chǎn)品

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)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(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)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(xué)易用

，深受工程技術(shù)人員歡迎

　　PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備

。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受

。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近

，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路

、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門

。

　　2.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小

，維護(hù)方便

，容易改造

　　PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線

，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短

，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能

。這很適合多品種

、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合

。

　　2.5體積小

，重量輕

，能耗低

　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)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(jī)械內(nèi)部

，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備

。

　　3. PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

　　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)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)

，使用情況大致可歸納為如下幾類。

　　3.1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

，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路

，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制

，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制

，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)

、印刷機(jī)

、訂書機(jī)械、組合機(jī)床

、磨床

、包裝生產(chǎn)線

、電鍍流水線等

。

　　3.2模擬量控制

　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)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(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換

。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊

，使可編程控制器用于模擬量控制。

　　3.3運(yùn)動(dòng)控制

　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制

。從控制機(jī)構(gòu)配置來說

，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊

。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊

。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械

、機(jī)床、機(jī)器人

、電梯等場(chǎng)合

。

　　3.4過程控制

　　過程控制是指對(duì)溫度、壓力

、流量等模擬量的閉環(huán)控制

。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序

，完成閉環(huán)控制

。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)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(yùn)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(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用

。

　　3.5數(shù)據(jù)處理

　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(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?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?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(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。

　　4. PLC的國(guó)內(nèi)外狀況

　　世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的

。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)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(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)

、計(jì)數(shù)功能

。20世紀(jì)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(yùn)算

、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能

，完成了真正具有計(jì)算機(jī)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(shù)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(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物

。

　　20世紀(jì)70年代中末期

，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段

，計(jì)算機(jī)技術(shù)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(yùn)算速度

、超小型體積

、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算

、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位

。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用

。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模

、高速度

、高性能

、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多

，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段

。

　　20世紀(jì)末期

，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說

，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī);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(zhuǎn)速

、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合;從產(chǎn)品的配套能力來說

，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元

，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易

。目前

，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工

、冶金鋼鐵、汽車

、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展

。

　　我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用

、研制

、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)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(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用

。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器

。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列

、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列

、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用

。此外，無錫華光公司

、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家

。可以預(yù)期

，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入

，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。

　　5. PLC未來展望

　　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(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)揮越來越大的作用

。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 爾桂花. 新編《信息

、控制與系統(tǒng)》系列教材.北京：清華大學(xué)出版社，2002.10

　　[2] 田瑞庭.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社

，1994

　　[3] 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社

，2001.12

　　[4] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2004

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