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：邵澤春
 

技術(shù)參數(shù) Specifications西門(mén)子6ES7390-5AA00-0AA0西門(mén)子6ES7390-5AA00-0AA0

談PLC的應(yīng)用與發(fā)展

作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)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(guò)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(lái)越大的作用,。

    1. 可編程控制器的定義

    可編程控制器,，簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhuān)門(mén)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(lái)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(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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*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*時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí),。一些使用冗余CPU的PLC的平均*工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō),，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(kāi)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*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,?？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(lái)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(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受,。梯形圖語(yǔ)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(kāi)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(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén),。

    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(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)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(chē),、輕紡,、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi),。

    3.1開(kāi)關(guān)量的邏輯控制
    
    這是PLC基應(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(shū)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(guò)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(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)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(guò)程控制

    過(guò)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)行的PID子程序,。過(guò)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?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng),；也可用于過(guò)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

    *的,、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(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)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*的性?xún)r(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*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(lái)說(shuō),，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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō),，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(chē),、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(kāi)放開(kāi)始的。初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器,。接下來(lái)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(wú)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。

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