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可編程式控制制器標准

發布時間:2024-04-21 10:34:58

1. 可編程邏輯控制器的選型規則

在可編程邏輯控制器系統設計時,首先應確定控制方案,下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。可編程邏輯控制器及有關設備應是集成的、標準的,按照易於與工業控制系統形成一個整體,易於擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統,可編程邏輯控制器的系統硬體、軟體配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利於縮短編程時間,因此,工程設計選型和估算時,應詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作,然後根據控制要求,估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設備特性等,最後選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設計相應的控制系統。
一、輸入輸出(I/O)點數的估算
I/O點數估算時應考慮適當的餘量,通常根據統計的輸入輸出點數,再增加10%~20%的可擴展餘量後,作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時,還需根據製造廠商可編程邏輯控制器的產品特點,對輸入輸出點數進行圓整。
二、存儲器容量的估算
存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬體存儲單元大小,程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小於存儲器容量。設計階段,由於用戶應用程序還未編制,因此,程序容量在設計階段是未知的,需在程序調試之後才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算,通常採用存儲器容量的估算來替代。
存儲器內存容量的估算沒有固定的公式,許多文獻資料中給出了不同公式,大體上都是按數字量I/O點數的10~15倍,加上模擬I/O點數的100倍,以此數為內存的總字數(16位為一個字),另外再按此數的25%考慮餘量。
三、控制功能的選擇
該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
1、運算功能
簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能;普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等;大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現,在可編程邏輯控制器中都已具有通信功能,有些產品具有與下位機的通信,有些產品具有與同位機或上位機的通信,有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發,合理選用所需的運算功能。大多數應用場合,只需要邏輯運算和計時計數功能,有些應用需要數據傳送和比較,當用於模擬量檢測和控制時,才使用代數運算,數值轉換和PID運算等。要顯示數據時需要解碼和編碼等運算。
2、控制功能
控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等,應根據控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用於順序邏輯控制,因此,大多數場合常採用單迴路或多迴路控制器解決模擬量的控制,有時也採用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高可編程邏輯控制器的處理速度和節省存儲器容量。例如採用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。
3、通信功能
大中型可編程邏輯控制器系統應支持多種現場匯流排和標准通信協議(如TCP/IP),需要時應能與工廠管理網(TCP/IP)相連接。通信協議應符合ISO/IEEE通信標准,應是開放的通信網路。
可編程邏輯控制器系統的通信介面應包括串列和並行通信介面、RIO通信口、常用DCS介面等;大中型可編程邏輯控制器通信匯流排(含介面設備和電纜)應1:1冗餘配置,通信匯流排應符合國際標准,通信距離應滿足裝置實際要求。
可編程邏輯控制器系統的通信網路中,上級的網路通信速率應大於1Mbps,通信負荷不大於60%。可編程邏輯控制器系統的通信網路主要形式有下列幾種形式:
1)、PC為主站,多台同型號可編程邏輯控制器為從站,組成簡易可編程邏輯控制器網路;
2)、1台可編程邏輯控制器為主站,其他同型號可編程邏輯控制器為從站,構成主從式可編程邏輯控制器網路;
3)、可編程邏輯控制器網路通過特定網路介面連接到大型DCS中作為DCS的子網;
4)、專用可編程邏輯控制器網路(各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網路)。
為減輕CPU通信任務,根據網路組成的實際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點對點、現場匯流排、)通信處理器。
4、編程功能
離線編程方式:可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU,編程器在編程模式時,CPU只為編程器提供服務,不對現場設備進行控制。完成編程後,編程器切換到運行模式,CPU對現場設備進行控制,不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本,但使用和調試不方便。在線編程方式:CPU和編程器有各自的CPU,主機CPU負責現場控制,並在一個掃描周期內與編程器進行數據交換,編程器把在線編制的程序或數據發送到主機,下一掃描周期,主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高,但系統調試和操作方便,在大中型可編程邏輯控制器中常採用。
五種標准化編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標准(IEC6113123),同時,還應支持多種語言編程形式,如C,Basic等,以滿足特殊控制場合的控制要求。
5、診斷功能
可編程邏輯控制器的診斷功能包括硬體和軟體的診斷。硬體診斷通過硬體的邏輯判斷確定硬體的故障位置,軟體診斷分內診斷和外診斷。通過軟體對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷,通過軟體對可編程邏輯控制器的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。
可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱,直接影響對操作和維護人員技術能力的要求,並影響平均維修時間。
6、處理速度
可編程邏輯控制器採用掃描方式工作。從實時性要求來看,處理速度應越快越好,如果信號持續時間小於掃描時間,則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號,造成信號數據的丟失。
處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟體質量等有關。可編程邏輯控制器接點的響應快、速度高,每條二進制指令執行時間約0.2~0.4Ls,因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應滿足:小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大於0.5ms/K;大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大於0.2ms/K。
四、可編程邏輯控制器的類型
可編程邏輯控制器按結構分為整體型和模塊型兩類,按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類;按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發,通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。
整體型可編程邏輯控制器的I/O點數固定,因此用戶選擇的餘地較小,用於小型控制系統;模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數,功能擴展方便靈活,一般用於大中型控制系統。
五、PLC輸入/輸出類型
開關量
開關量主要指開入量和開出量,是指一個裝置所帶的輔助點,譬如變壓器的溫控器所帶的繼電器的輔助點(變壓器超溫後變位)、閥門凸輪開關所帶的輔助點(閥門開關後變位),接觸器所帶的輔助點(接觸器動作後變位)、熱繼電器(熱繼電器動作後變位),這些點一般都傳給PLC或綜保裝置,電源一般是由PLC或綜保裝置提供的,自己本身不帶電源,所以叫無源接點,也叫PLC或綜保裝置的開入量。
1、數字量
在時間上和數量上都是離散的物理量稱為數字量。把表示數字量的信號叫數字信號。把工作在數字信號下的電子電路叫數字電路。
例如:
用電子電路記錄從自動生產線上輸出的零件數目時,每送出一個零件便給電子電路一個信號,使之記1,而平時沒有零件送出時加給電子電路的信號是0,所在為記數。可見,零件數目這個信號無論在時間上還是在數量上都是不連續的,因此他是一個數字信號。最小的數量單位就是1個。
2、模擬量
在時間上或數值上都是連續的物理量稱為模擬量。把表示模擬量的信號叫模擬信號。把工作在模擬信號下的電子電路叫模擬電路。
例如:
熱電偶在工作時輸出的電壓信號就屬於模擬信號,因為在任何情況下被測溫度都不可能發生突跳,所以測得的電壓信號無論在時間上還是在數量上都是連續的。而且,這個電壓信號在連續變化過程中的任何一個取值都是具體的物理意義,即表示一個相應的溫度。
六 轉換原理
1. 數模轉換器是將數字信號轉換為模擬信號的系統,一般用低通濾波即可以實現。數字信號先進行解碼,即把數字碼轉換成與之對應的電平,形成階梯狀信號,然後進行低通濾波。
根據信號與系統的理論,數字階梯狀信號可以看作理想沖激采樣信號和矩形脈沖信號的卷積,那麼由卷積定理,數字信號的頻譜就是沖激采樣信號的頻譜與矩形脈沖頻譜(即Sa函數)的乘積。這樣,用Sa函數的倒數作為頻譜特性補償,由數字信號便可恢復為采樣信號。由采樣定理,采樣信號的頻譜經理想低通濾波便得到原來模擬信號的頻譜。
一般實現時,不是直接依據這些原理,因為尖銳的采樣信號很難獲得,因此,這兩次濾波(Sa函數和理想低通)可以合並(級聯),並且由於這各系統的濾波特性是物理不可實現的,所以在真實的系統中只能近似完成。
2. 模數轉換器是將模擬信號轉換成數字信號的系統,是一個濾波、采樣保持和編碼的過程。
模擬信號經帶限濾波,采樣保持電路,變為階梯形狀信號,然後通過編碼器, 使得階梯狀信號中的各個電平變為二進制碼。

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5. 可編程式控制制器簡介

可編程式控制制器是60年代末在美國首先出現,當時叫可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器,以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來,控制器的硬體是標準的、通用的。根據實際應用對象,將控制內容編成軟體寫入控制器的用戶程序存儲器內。控制器和被控對象連接方便。

隨著半導體技術,尤其是微處理器和微型計算機技術的發展,到70年代中期以後,PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器,輸入輸出模塊和外圍電路也都採用了中、大規模甚至超大規模的集成電路,這時的PLC已不再是邏輯判斷功能,還同時具有數據處理、PID調節和數據通信功能。

可編程式控制制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計。它採用了可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算,順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令,並通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物,它克服了繼電接觸控制系統中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點,充分利用微處理器的優點。

可編程式控制制器對用戶來說,是一種無觸點設備,改變程序即可改變生產工藝,因此可在初步設計階段選用可編程式控制制器,在實施階段再確定工藝過程。另一方面,從製造生產可編程式控制制器的廠商角度看,在製造階段不需要根據用戶的訂貨要求專門設計控制器,適合批量生產。由於這些特點,可編程式控制制器問世以後很快受到工業控制界的歡迎,並得到迅速的發展。目前,可編程式控制制器已成為工廠自動化的強有力工具,得到了廣泛的應用。

一、PLC的結構及各部分的作用

可編程式控制制器的結構多種多樣,但其組成的一般原理基本相同,都是以微處理器為核心的結構。通常由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾個部分組成。

1.中央處理單元(CPU)

CPU作為整個PLC的核心,起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的晶元上。CPU通過地址匯流排、數據匯流排、控制匯流排與存儲單元、輸入輸出介面電路連接。CPU的功能有以下一些:從存儲器中讀取指令,執行指令,取下一條指令,處理中斷。

2.存儲器(RAM、ROM)

存儲器主要用於存放系統程序、用戶程序及工作數據。存放系統軟體的存儲器稱為系統程序存儲器;存放應用軟體的存儲器稱為用戶程序存儲器;存放工作數據的存儲器稱為數據存儲器。常用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序,生成用戶數據區,存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器,可用鋰電池做備用電源。掉電時,可有效地保持存儲的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統管理程序和應用程序。

3.輸入輸出單元(I/O單元)

I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的介面部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入介面的輸入器件是各種開關、按鈕、感測器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器,而繼電器有交流和直流型,高電壓型和低電壓型,電壓型和電流型。

4.電源

PLC電源單元包括系統的電源及備用電池,電源單元的作用是把外部電源轉換成內部工作電壓。PLC內有一個穩壓電源用於對PLC的CPU單元和I/O單元供電。

5.編程器

編程器是PLC的最重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器,還可以用編程器檢查程序,修改程序,監視PLC的工作狀態。除此以外,在個人計算機上添加適當的硬體介面和軟體包,即可用個人計算機對PLC編程。利用微機作為編程器,可以直接編制並顯示梯形圖。

二、PLC的工作原理

PLC採用循環掃描的工作方式,在PLC中用戶程序按先後順序存放,CPU從第一條指令開始執行程序,直到遇到結束符後又返回第一條,如此周而復始不斷循環。PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處於停狀態時,只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處於運行狀態時,從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執行、程序輸出,一直循環掃描工作。

1.輸入處理

輸入處理也叫輸入采樣。在此階段,順序讀入所有輸入端子的通端狀態,並將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執行階段。在程序執行時,輸入映象寄存器與外界隔離,即使輸入信號發生變化,其映象寄存器的內容也不會發生變化,只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。

2.程序執行

根據PLC梯形圖程序掃描原則,按先左後右先上後下的步序,逐句掃描,執行程序。遇到程序跳轉指令,根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態時,PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態,從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器,根據用戶程序進行邏輯運算,存入有關器件寄存器中。對每個器件來說,器件映象寄存器中所寄存的內容,會隨著程序執行過程而變化。

3.輸出處理

程序執行完畢後,將輸出映象寄存器,即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態,在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器,通過隔離電路,驅動功率放大電路,使輸出端子向外界輸出控制信號,驅動外部負載。

三、PLC編程語言

1.梯形圖編程語言

梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式,它是在電器控制系統中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎上簡化了符號演變來的,形象、直觀、實用。

梯形圖的設計應注意以下三點:

(一)梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始於左母線,然後是觸點的串、並聯接,最後是線圈與右母線相聯。

(二)梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流,而是「概念電流」,從左流向右,其兩端沒有電源。這個「概念電流」只是形象地描述用戶程序執行中應滿足線圈接通的條件。

(三)輸入繼電器用於接收外部輸入信號,而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此,梯形圖中只出現輸入繼電器的觸點,而不出現其線圈。輸出繼電器輸出程序執行結果給外部輸出設備,當梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時,就有信號輸出,但不是直接驅動輸出設備,而要通過輸出介面的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現。輸出繼電器的觸點可供內部編程使用。

2.語句表編程語言

指令語句表示一種與計算機匯編語言相類似的助記符編程方式,但比匯編語言易懂易學。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。

3.控制系統流程圖編程圖

控制系統流程圖是一種較新的編程方法。它是用像控制系統流程圖一樣的功能圖表達一個控制過程,目前國際電工協會(IEC)正在實施發展這種新式的編程標准。

第二章 基本指令簡介

基本指令如表所示

名 稱
助記符
目 標 元 件
說 明

取指令
LD
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
常開接點邏輯運算起始

取反指令
LDN
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
常閉接點邏輯運算起始

線圈驅動指令
=
Q、M、SM、T、C、V、S、L
驅動線圈的輸出

與指令
A
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
單個常開接點的串聯

與非指令
AN
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
單個常閉接點的串聯

或指令
O
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
單個常開接點的並聯

或非指令
ON
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
單個常閉接點的並聯

置位指令
S
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
使動作保持

復位指令
R
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
使保持復位

正跳變
ED
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
輸入信號上升沿產生脈沖輸出

負跳變
EU
I、Q、M、SM、T、C、V、S、L
輸入信號下降沿產生脈沖輸出

空操作指令
NOP

使步序作空操作

一、標准觸點 LD、A、O、LDN、AN、ON、

LD,取指令。表示一個與輸入母線相連的常開接點指令,即常開接點邏輯運算起始。

LDN,取反指令。表示一個與輸入母線相連的常閉接點指令,即常閉接點邏輯運算起始。

A,與指令。用於單個常開接點的串聯。

AN,與非指令。用於單個常閉接點的串聯。

O,或指令。用於單個常開接點的並聯。

ON,或非指令。用於單個常閉接點的並聯。

二、正、負跳變 ED、EU

ED,在檢測到一個正跳變(從OFF到ON)之後,讓能流接通一個掃描周期。

EU,在檢測到一個負跳變(從ON到OFF)之後,讓能流接通一個掃描周期。

三、輸出 =

=,在執行輸出指令時,映像寄存器中的指定參數位被接通。

四、置位與復位指令S、R

S,執行置位(置1)指令時,從bit或OUT指定的地址參數開始的N個點都被置位。

R,執行復位(置0)指令時,從bit或OUT指定的地址參數開始的N個點都被復位。

置位與復位的點數可以是1-255,當用復位指令時,如果bit或OUT指定的是T或C時,那麼定時器或計數器被復位,同時當前值將被清零。

五、空操作指令NOP

NOP指令不影響程序的執行,執行數N(1-255)。

第三章 可編程式控制制器梯形圖設計規則

1.觸點的安排

梯形圖的觸點應畫在水平線上,不能畫在垂直分支上。

2.串、並聯的處理

在有幾個串聯迴路相並聯時,應將觸點最多的那個串聯迴路放在梯形圖最上面。在有幾個並聯迴路相串聯時,應將觸點最多的並聯迴路放在梯形圖的最左面。

3.線圈的安排

不能將觸點畫在線圈右邊,只能在觸點的右邊接線圈。

4.不準雙線圈輸出

如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次,則稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出無效,只有最後一次才有效,所以不應出現雙線圈輸出。

5.重新編排電路

如果電路結構比較復雜,可重復使用一些觸點畫出它的等效電路,然後再進行編程就比較容易。

6.編程順序

對復雜的程序可先將程序分成幾個簡單的程序段,每一段從最左邊觸點開始,由上之下向右進行編程,再把程序逐段連接起來。

6. PLC可編程式控制制器是什麼東西干什麼用的

PLC可編程式控制制器:

可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC),一種具有微處理機的數字電子設備,用於自動化控制的數字邏輯控制器,可以將控制指令隨時載入內存內儲存與執行。可編程式控制制器由內部CPU,指令及資料內存、輸入輸出單元、電源模組、數字模擬等單元所模組化組合成。

應用梁磨:

廣泛應用於目前的工業控制領域。在可編程邏輯控制器出現之前,一般要使用成百上千的繼電器以及計數器才能組成具有相同功能的自動化系統,而現在,經過編程的簡單的可編程邏輯控制器模塊基本上已經代替了這些大型裝置。

可編程邏輯控制器的系統程序一般在出廠前已經初始化完畢,用戶可以根據自己的需要自行編輯相應的用戶程序來滿足不同的自動化生產要求。

最初的可編程邏輯控制器只有電路邏輯控制的功能,所以被命名為可編程邏輯控制器,後來隨著不斷的發展。

這些當吵渣友初功能簡單的計算機模塊已經有了包括邏輯控制,時序控制、模擬控制、多機通信等許多的功能,名稱也改為可編程式控制制升槐器(Programmable Controller),但是由於它的簡寫也是PC與個人電腦(Personal Computer )的簡寫相沖突,也由於多年來的使用習慣,人們還是經常使用可編程邏輯控制器這一稱呼,並在術語中仍沿用PLC這一縮寫。

7. 可編程式控制制器的可編程邏輯控制器(PLC)的定義

可編程邏輯控制器簡稱PLC(英文全稱:Programmable Logic Controller)。隨著科學技術的發展,為適應多品種,小批量生產的需求而產生發展起來的一種新型的工業控制裝置。
1.現場輸入介面電路由光耦合電路和微機的輸入介面電路,作用是PLC與現場控制的介面界面的輸入通道。
2.現場輸出介面電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成,作用PLC通過現場輸出介面電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。
常用的I/O分類如下:
開關量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外,還有特殊IO模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點數確定模塊規格及數量,I/O模塊可多可少,但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數限制。
1987年國際電工委員會(IEC)頒布的PLC標准草案中對PLC做了如下定義:
「PLC是一種數字運算操作的電子的電子系統,專門在工業環境下應用而設計。它採用可以編製程序的存儲器,用來在執行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,並通過數字或模擬的輸入(I)和輸出(O)介面,控制各種類型的機械設備或生產過程。」

8. 可編程式控制制器的定義的內容

可編程式控制制器簡稱PC(Programmable Controller),它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機(PC)相區別,現在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。
1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標准草案中對PLC做了如下定義:
「PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編製程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令,並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易於與工業控制系統形成一個整體,易於擴展其功能的原則而設計。」
PLC的特點
2.1可靠性高,抗干擾能力強
傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由於觸點接觸不良,容易出現故障。PLC用軟體代替大量的中間繼電器和時間繼電器,僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬體,接線可減少到繼電器控制系統的1/10~1/100,因觸點接觸不良造成的故障大為減少。
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術,採用嚴格的生產工藝製造,內部電路採取了先進的抗干擾技術,具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說,使用PLC構成控制系統,和同等規模的繼電接觸器系統相比,電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬體故障自我檢測功能,出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟體中,應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣,整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2.2硬體配套齊全,功能完善,適用性強
PLC發展到今天,已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品,並且已經標准化、系列化、模塊化,配備有品種齊全的各種硬體裝置供用戶選用,用戶能靈活方便地進行系統配置,組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便,一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力,可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器,可以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外,現代PLC大多具有完善的數據運算能力,可用於各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現,使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展,使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
2.3易學易用,深受工程技術人員歡迎
PLC作為通用工業控制計算機,是面向工礦企業的工控設備。它介面容易,編程語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近,只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。
2.4系統的設計、安裝、調試工作量小,維護方便,容易改造
PLC的梯形圖程序一般採用順序控制設計法。這種編程方法很有規律,很容易掌握。對於復雜的控制系統,梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設備外部的接線,使控制系統設計及建造的周期大為縮短,同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。
2.5體積小,重量輕,能耗低
以超小型PLC為例,新近出產的品種底部尺寸小於100mm,僅相當於幾個繼電器的大小,因此可將開關櫃的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小於150g,功耗僅數瓦。由於體積小很容易裝入機械內部,是實現機電一體化的理想控制設備。
PLC的應用領域
目前,PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業,使用情況大致可歸納為如下幾類。
3.1開關量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應用領域,它取代傳統的繼電器電路,實現邏輯控制、順序控制,既可用於單台設備的控制,也可用於多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。
3.2模擬量控制
在工業生產過程當中,有許多連續變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程式控制制器處理模擬量,必須實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊,使可編程式控制制器用於模擬量控制。
3.3運動控制
PLC可以用於圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用於開關量I/O模塊連接位置感測器和執行機構,現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能,廣泛用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
3.4過程式控制制
過程式控制制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制演算法程序,完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。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處理一般是運行專用的PID子程序。過程式控制制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。
3.5數據處理
現代PLC具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數據的採集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較,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,或將它們列印製表。數據處理一般用於大型控制系統,如無人控制的柔性製造系統;也可用於過程式控制制系統,如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。
3.6通信及聯網
PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展,工廠自動化網路發展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網路系統。新近生產的PLC都具有通信介面,通信非常方便。

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