作為通用工業(yè)控制計算機,30年來,可編程控制器從無到有,實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍;其功能從弱到強,實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步;其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大,實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、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,簡稱PLC(Programmable logic Controller),是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,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)形成一個整體,易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”
2. PLC的特點
2.1可靠性高,抗干擾能力強
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),采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余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(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功能,出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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。這樣,整個系統(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
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。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。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通信能力的增強及人機界面技術(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)控制計算機,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與表達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現(xiàn)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(yè)控制打開了方便之門。
2.4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小,維護方便,容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,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(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械內(nèi)部,是實現(xiàn)機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。
3.1開關(guān)量的邏輯控制
這是PLC*基本、*廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于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(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運動控制
PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(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)行機構(gòu),現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。
3.4過程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機,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)運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、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?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)。
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。
4. PLC的內(nèi)外狀況
上公認的臺PLC是1969年美數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(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,可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀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增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能,完成了真正具有計算機特征的工業(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,并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。
20世紀70年代中末期,可編程控制器進入實用化發(fā)展階段,計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中,使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初,可編程控制器在先進工業(yè)中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是上生產(chǎn)可編程控制器的日益增多,產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。
20世紀末期,可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說,這個時期發(fā)展了大型機和超小型機;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合;從產(chǎn)品的配套能力來說,生產(chǎn)了各種人機界面單元、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)用都得到了長足的發(fā)展。
我可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。*初是在引進設(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)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前,我自己已可以生產(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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(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)也是我比較的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期,隨著我現(xiàn)代化進程的深入,PLC在我將有更廣闊的應(yīng)用天地。
5. PLC未來展望
21世紀,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,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,各各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著際競爭的加劇而打破,會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷際市場的局面,會出現(xiàn)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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PROCONINCS INTERNATIONAL A-09760000
Yamaha Corporation G776420
CHERRY G80-11900LPMUS-0-03
GOLDSTAR GD74LS138
GOLDSTAR GD74LS93
GOLDSTAR GD75189A
ASCENT GESBUS-20A
Gespac GESPIA-4
DELL GM716
GEWISS GW 68 001
GEWISS GW-68-05
RADEON H0424
DELL H9142
MGI H9610
CAT HCF4012BE
CAT HEF4014BP
CAT HEF4015BP
PHILIPS HEF4073BP
MANUFACTURING INTEGRATION TECHNOLOGY HL-2305-0303
MURATEC HM0-N1070-541
MURATEC HM0-N1380-520
MURATEC HM0-N1440-510
MURATA HM0-N1460-500
MURATEC HM0-N1730-520
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MURATEC HM0-N1760-500
MURATEC HM0-N1770-500
MURATEC HM0-N1790-501
OHKURA HMSU2481A02
OHKURA HMSU2601A07
MURATEC HN0-N1060
MURATEC HN0-N1060-53
NEL HS-100
Harris Semiconductor I1-508A-5
INTERSIL ICL7109CPL
DELL IN-00U400-18740-757-5367
DELL J6131
DELL JJ366
DELL JK171
AROMAT 6500430E
TEGAL KT3586
SCS L4705CV
RADION MINIATURE LAMP 334
DELL LF-4291P
ST MICROELECTRONICS LF353N
NATIONAL SEMICONDUCTOR LF355AH
NATIONAL SEMICONDUCTOR LF412ACN-ND
SHARP LH0082A
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM301AN
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM311N
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM339AN
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM340T15
ST MICROELECTRONICS LM723CH
NATIONAL SEMICONDUCTOR LM747CN
LOGOSOL LS-773
INTEL M-B L440GX
ST MICROELECTRONICS M27C64A
IDI M300-13
MOTOROLA MC14017BCP
MOTOROLA MC14021BCP
GS MC14069
STMICROELECTRONICS MC1458N
MOTOROLA MC68HC711E9CFN2
MOTOROLA MCT2
GI MCT2E
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74C00N
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74HC109AN
NATIONAL SEMICONDUCTOR MM74HC373N
TOWER MM74HC4051N
MOTOROLA MMS-A-2
DELL MS-8604
Texas Instruments MSP50C614
Texas Instruments MSP50C614
DELL N7190
AMD P8253-5
GORDOS ARKANSAS PB-24Q
CAT PB25060
OPTO22 PB8AH
TEMPTRONIC CORP PC40723
TEMPTRONIC PC70803
Silicon International Corp. PCB-335
FAITH ENTERPRISES PCB-435
Lambda PDC60-300
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER3800C
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER3AXXD
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. PER8AXXD
R.L.C. Enterprises PIO-64A
PHILLIPS PLS100N
Watlow Anafaze PPC-TB50
CAT PT-601-602
SIGMA PROBE INC. PV-4
MGI PX-378
ROCKWELL R6503SP
DELL R683F
DELL RT917
CYMER S05-05178-00
CYMER S05-05186-00
GSI LUMONICS S710205
MGI ELECTRONICS SB154
R.I.C. ENTERPRISES SBC-188
KB ELECTRONICS SC-8803
R&E INTERNATIONAL SCL4174BE
HEWLETT PACKARD SK826-1411-1197
BESI USA INC SM2320V1
TEXAS INSTRUMENTS SN103227N
TEXAS INSTRUMENTS SN103228P
TEXAS INSTRUMENTS SN7400N
TEXAS INSTRUMENTS SN7404N
TEXAS INSTRUMENTS SN74221N
TEXAS INSTRUMENTS SN74HC648NT
MOTOROLA SN74LS138N
TEXAS INSTRUMENTS SN74LS157N
TEXAS INSTRUMENTS SN74LS374N
TEXAS INSTRUMENTS SN74LS640N
TEXAS INSTRUMENTS 6100251
TEXAS INSTRUMENTS SN74LS93N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S00N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S04N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S08N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S138AN
TEXAS INSTRUMENTS SN74S157N
TEXAS INSTRUMENTS SN74S32N
TEXAS INSTRUMENTS SN75367N
PROMETRIX SP3128
OREGON MICRO SYSTEMS SPC0012C
NAURATEC SR3-G1038-510
FORCE COMPUTER SYS68K-SIO-2
TECHNOLAND TL-SBC 7450
TEXAS INSTRUMENTS TL072CP
TEXAS INSTRUMENTS TM9902ANL
AVAYA TN2224_S4_VH8F15
Texas Instruments TSP50C34
DELL U4575
CAT UA710HC
DELL UC996
MMSI PTE LTD VA00125914
VERSALOGIC VL-7806D
DELL W5378
MKS-HPS WCSH-0120-0000
INTEGRATION ACCESSORIES WJ-967285-001
WJ-970145-000
WJ-976209-001
DELL X8760
COMPUTER PRODUCTS XL50-8401
DELL Y3939
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. Y5204100
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. Y5301221
BIO-RAD MICROMEASUREMENTS LTD. Y5304310
ST MICROELECTRONICS Z80ASI0-1
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ESC MANUFACTURING INC 01-111-500
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ESC MANUFACTURING INC 01-139-0
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CAT 01-143-000
ESC MANUFACTURING INC 01-146-0
ESC MANUFACTURING INC 01-146-0
ESC MANUFACTURING INC 01-148-000
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SYSTEMS INTEGRATION 01079-80009 REV B
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1085566-1
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SUMITOMO 1504230
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GSI LUMONICS 151458
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