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PLC的發(fā)展與應(yīng)用階段劃分
發(fā)布者:泉州風(fēng)騰自動(dòng)化設(shè)備有限公司  發(fā)布時(shí)間:2023-02-14 11:27:50

PLC問世以來,盡管時(shí)間不長,但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化,國際電工委員會(huì)(IEC)先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義:

“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(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)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程??删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?!?br /> 施耐德Modicon Premium系列TSXP57554M
為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC(Personal Computer)相混淆,所以改為PLC(Programmable Logic Controller)即可編程邏輯控制器,但從功能上講,現(xiàn)在的PLC早已不是原來意義上的“PLC”了。

總之,可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī),它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入、輸出接口,并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置,其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。

2.PLC特點(diǎn)

(1)可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)

工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設(shè)備要求很高,應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可靠性,能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作,平均故障間隔時(shí)間長,故障修復(fù)時(shí)間短。這是PLC控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點(diǎn)。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障間隔時(shí)間長達(dá)30萬h,而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。

PLC控制系統(tǒng)的故障通常有兩種:一種是偶發(fā)性故障,即由于惡劣環(huán)境(電磁干擾、超高溫、過電壓、欠電壓)引起的,這類故障只要不引起系統(tǒng)部件的損壞,一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常,系統(tǒng)本應(yīng)隨之恢復(fù)正常,但因PLC受外界影響后,內(nèi)部存儲(chǔ)的信息被破壞,必須從初始狀態(tài)重新起動(dòng)。另一類是永久性故障,是由于元器件不可恢復(fù)的損壞引起的。

在PLC設(shè)計(jì)中,可以從硬件和軟件兩方面采取措施,防止以上故障的發(fā)生,以提高其可靠性。主要措施有:

①硬件措施有:

屏蔽:對電源變壓器、CPU編程器等主要部件,采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽,以防外界干擾。

濾波:對供電系統(tǒng)及輸入/輸出線路采用多種形式的濾波,如LC式π型濾波網(wǎng)絡(luò),以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。

電源的調(diào)整與保護(hù):對微處理器這個(gè)核心部件所需的+5V電源,采用多級濾波,并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓影響。

隔離:在微處理器與輸入/輸出電路之間,采用光電隔離,有效地隔離輸入/輸出間電的聯(lián)系,減少故障和誤動(dòng)作的可能。

聯(lián)鎖:所有輸出模塊都受開門信號控制,而這個(gè)信號只在規(guī)定的各種條件都滿足時(shí)才有效,這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。

采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。

設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路:這種分電路與軟件配合,可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。

②軟件措施有:

故障檢測:軟件定期地檢測外界環(huán)境,對諸如掉電、強(qiáng)干擾信號等情況能及時(shí)進(jìn)行處理。

信息保護(hù)和恢復(fù):對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時(shí),不破壞PLC內(nèi)部的信息,一旦故障條件消失,就可恢復(fù)正常,繼續(xù)原來的工作。

設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定時(shí)間,預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán),立即報(bào)警。

加強(qiáng)對程序的檢查和檢驗(yàn):一旦程序有錯(cuò),立即報(bào)警并停止執(zhí)行。

對程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:停電后,利用后備電池供電,有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)因此而丟失。

這樣,PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高。例如美國通用電氣公司制成的PC控制模塊平均無故障率可達(dá)1千萬小時(shí)之多,組成系統(tǒng)后的平均無故障率可達(dá)4至5千萬小時(shí)。

(2)編程簡單,使用方便

這是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。目前大多數(shù)PLC采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”,即有傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀,又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平,易于接受,與常用的匯編語言相比,更受歡迎。

這了進(jìn)一步簡化編程,當(dāng)今的PLC還針對具體問題設(shè)計(jì)了諸如步進(jìn)梯形指令、功能指令等。PLC是為車間操作人員而設(shè)計(jì)的,一般只要很短時(shí)間的訓(xùn)練即能學(xué)會(huì)使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識的人員操作。當(dāng)然,PLC的功能開發(fā),需要有軟件專家的幫助。

(3)控制程序可變,具有很好的柔性

在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下,不必改變PLC的硬設(shè)備,只要改變程序就可以滿足要求。所以PLC取代繼電器控制,而且具有繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外,在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS),以至工廠自動(dòng)化(FA)中也被大量采用。

(4)功能完善

現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示功能,使用設(shè)備水平大提高。

(5)擴(kuò)充方便,組合靈活

PLC產(chǎn)品具有各種擴(kuò)充單元,可以方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點(diǎn)及不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。

(6)減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量

由于PLC采用軟件編程來達(dá)到控制功能,而不同于繼電器控制采用接線來達(dá)到控制功能,同時(shí)PLC又能率先進(jìn)行模擬調(diào)試,并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強(qiáng),這些都減少了許多的工作量。

(7)體積小、重量輕,是“機(jī)電一體化”特有的產(chǎn)品

一臺收錄機(jī)大小的PLC具有相當(dāng)于1.8m高的繼電器控制柜的功能,一般節(jié)電50%以上。

由于PLC是工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī),其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固、體積小巧,并由于具備很強(qiáng)的抗干擾能力,使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部,因而成為實(shí)現(xiàn)“機(jī)電一體化”較理想的控制設(shè)備。

由于PLC具備了以上特點(diǎn),它把微計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)很好地融合在一起,最新發(fā)展的PLC產(chǎn)品,還把直接數(shù)字控制(DDC)技術(shù)加進(jìn)去,并具有監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能。因而它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè),既能改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化的新一代產(chǎn)品,又適用于生產(chǎn)過程控制,實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能與降低成本。

總之,PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電氣控制的世界先進(jìn)水平,PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人已成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。

(1)PLC的發(fā)展大體上可分為3個(gè)階段:


①形成期(1970―1974年)

在這一期間PLC以準(zhǔn)計(jì)算的面貌與用戶見面。在軟件上采用機(jī)器碼和匯編語言編寫應(yīng)用程序,在硬件上采用中小規(guī)模集成電路構(gòu)成系統(tǒng)。其功能僅限于開關(guān)邏輯控制,且價(jià)格昂貴,只在一些大型生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。

②成熟期(1973―1978年)

在這一時(shí)期,一方面隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn),出現(xiàn)了以微處理器為核心的新一代PLC,另一方面采用了梯形圖語言,通俗易懂。由此稱為PLC,且技術(shù)也日趨完善。

③大發(fā)展時(shí)期(1977――至今)

由于PLC技術(shù)的發(fā)展始終保持兩個(gè)特點(diǎn):一是繼承繼電器控制系統(tǒng)的特點(diǎn),二是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。所以隨著PLC應(yīng)用的擴(kuò)大,全面促進(jìn)了PLC的生產(chǎn)和研究,產(chǎn)品的品種也越來越多,需求量也越來越大,而且很受歡迎,PLC也成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備。國家已形成為重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),世界PLC總銷售額1987年為25億美元,1988年為31億美元,比前一年增長24%。1989年為36億美元,比上一年增長16%。而且新的生產(chǎn)家不斷涌現(xiàn),產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度增加,價(jià)格也普遍下降。

據(jù)美國《控制工程》雜志統(tǒng)計(jì),1984年美國注冊生產(chǎn)的廠家有48家,其中著名的有AB(Allen  bradly)公司、GM(Gould  Modicon)公司、TI儀器(Texas  Instruments)公司、GE(General  Electric)公司、西屋(Westen  House)電氣公司等。

據(jù)日本《自動(dòng)化》雜志統(tǒng)計(jì),1982年日本有40家工廠生產(chǎn)PC,其中著名的有三菱、日立、立石、夏普、安川、東芝、富士等公司。

據(jù)德國《工業(yè)電氣電子》雜志統(tǒng)計(jì),1984年歐州有60家生產(chǎn)PLC的廠家,其中著名的有德國西門子公司、BBC公司、AEG公司及法國的TE公司等。

(2)隨著國外PLC技術(shù)的日益發(fā)展,其應(yīng)用也越來越廣泛,其范圍通??煞殖晌宕箢愋?br />
①順序控制

這是現(xiàn)今PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域,可以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制可以用于單機(jī)、多級群控制式生產(chǎn)自動(dòng)線控制。如:注塑機(jī)、印刷機(jī)械、組合機(jī)床、裝配生產(chǎn)線、包裝生產(chǎn)線、電鍍車間及電梯控制線路等等。

②運(yùn)動(dòng)控制

PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)式伺服電機(jī)的單軸式多軸位置控制模塊。在多數(shù)情況下,PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊,模塊移動(dòng)一軸式數(shù)軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí),位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的編程可用PLC的語言完成,通過編程器輸入。

③過程控制

PLC能控制大量的物理參數(shù)。例如:溫度、壓力、速度和流量。PID(Proportional-Integral-Derivative)模塊的提供使PLC具有了閉環(huán)控制的功能,即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)由于控制過程中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。

④數(shù)據(jù)處理

在機(jī)械加工中,出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算數(shù)值控制(CNC)設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM 10.11.12系列,已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞,該公司采用了窗口軟件,通過窗口軟件用戶可以自由編程,由PLC連至CNC設(shè)備使用。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理體系。

⑤通信

為了適應(yīng)國外近年來興起的工廠自動(dòng)化(FA)系統(tǒng)發(fā)展需要,發(fā)展了PLC之間、PLC與上級計(jì)算機(jī)之間的通信功能,它們都采用光纖通信多級傳遞。輸入/輸出模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制,然后采用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
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