淺析ＰＬＣ的應用與發展

摘要:可編程序控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC,是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術而發展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。長期以來,PLC始終處于工業自動化控制領域的主戰場,為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。當今科學技術突飛猛進, PLC的應用以及其未來發展前景又是怎樣,作者主要從這兩方面進行了分析。

關鍵詞:可編程序控制器;微處理器;工業自動化

自從1969年美國DEC公司研制出世界上第一臺可編程控制以來,經過三十多年來的發展與實踐,其功能和性能已經有了很大的提高,從當初用于邏輯控制和順序控制領域擴展到運動控制和過程實踐領域。可編程邏輯控制器(PLC)也稱為可編程控制器,由于個人計算機也簡稱PC,為了避免混淆,可編程控制器仍被稱為PLC。

目前,PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、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。

1 控制開關量

PLC控制開關量的能力是很強的。所控制的入出點數,少的十幾點、幾十點,多的可到幾百、幾千,甚至幾萬點。由于它能聯網,點數幾乎不受限制,不管多少點都能控制。所控制的邏輯問題可以是多種多樣的:組合的、時序的;即時的、延時的;不需計數的,需要計數的;固定順序的,隨機工作的;等等,都可進行。

2 控制模擬量

模擬量,如電流、電壓、溫度、壓力等等,它的大小是連續變化的。工業生產,特別是連續型生產過程,常要對這些物理量進行控制。在進行PID運算前,必須將工程實際值標準化,即轉換為無量鋼相對值格式。在對模擬量進行PID運算后,對輸出生產的控制作用是在[0.0～1]范圍的標準化值,為了能夠驅動實際的驅動裝置必須將其轉換成工程實際值。 PLC進行模擬量控制,要配置有模擬量與數字量相互轉換的A/D、D/A單元。

3 控制數字量

實際的物理量,除了開關量、模擬量,還有數字量。如機床部件的位移,常以數字量表示。數字量的控制,有效的辦法是NC,即數字控制技術。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術。當今已很普及,并也很完善。目前,先進國家的金屬切削機床,數控化的比率已超過40%～80%,有的甚至更高。

PLC的輸入電路,按外接電源的類型分,可以分為直流輸入電路和交流輸入電路;按PLC輸入模塊公共端(COM端)電流的流向分,可分為源輸入電路和漏輸入電路;按光耦發光二極管公共端的連接方式分,可分為共陽極和共陰極輸入電路。

4 數據采集

隨著PLC技術的發展,其數據存儲區越來越大。如OMRON公司的PLC,前期產品C60P的DM區僅64個字,而后來的C60H達到1000個字;到了CQMI可多達6000個字。這樣龐大的數據存儲區,可以存儲大量數據。

數據采集可以用計數器,累計記錄采集到的脈沖數,并定時地轉存到DM區中去。數據采集也可用A/D單元,當模擬量轉換成數字量后,再定時地轉存到DM區中去。PLC還可配置上小型打印機,定期把DM區的數據打出來。

5 進行監控

PLC自檢信號很多,內部器件也很多,多數使用者未充分發揮其作用。其實,完全可利用它進行PLC自身工作的監控,或對控制對象進行監控。

對一個復雜的控制系統,特別是自動控制系統,監控以至進一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統的故障,出了故障也好查找,可提高累計平均無故障運行時間,降低故障修復時間,提高系統的可靠性。

6 聯網、通訊

PLC聯網、通訊能力很強,不斷有新的聯網的結構推出。

PLC可與個人計算機相連接進行通訊,可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理,使PLC用起來更方便。為了充分發揮計算機的作用,可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC,多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊,交換信息,以實現多地對PLC控制系統的監控。

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,工廠自動化網絡發展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口,通信非常方便。 plc在向微型化、網絡化、開放性方向發展。

1微型化

微型可編程序控制器異軍突起,體積如手掌大小,功能可覆蓋單體設備及整個車間的控制功能,并具備聯網功能,這種微型化的可編程序控制器使得控制系統可將觸角延伸到工廠的各個角落。隨著世界經濟一體化進程的加快,在技術發展的同時,發達國家更加注重了對可編程序控制器的知識產權的保護,國際大型可編程序控制器制造商紛紛加入了可編程序控制器的國際標準化組織,他們利用許多技術標準建立了符合他們經濟利益的技術保護壁壘。

2網絡化

現在各種PLC都在發展自己的網絡,一般從結構上有兩種,一種在PLC模塊上做了一個通信輸出口,可以直接與計算機聯接實現點對點通信(RS232聯接);另一種是通過多點聯接(RS485聯接),這適用于多層PLC。這方面,西門子的產品具有代表性,它具有自己的Profibus協議的網絡標準,現在已經被世界上絕大多數國家接受,幾乎已經成為國際標準,獲得廣泛的應用。目前網絡是一個發展趨勢。網絡的控制中心一般有兩臺計算機,通過電纜與現場的PLC站相連,每個站就放在被控設備的附近,從設備到PLC站之間的電纜很短,從PLC站到控制中心只需一根電纜線,這樣成本就大大降低了。

3開放性

PLC的開放是必然。從自動化的發展現狀來看,系統整體設備的性能在加工中更為重要,這使得人們更加注重PLC和周邊設備的配合性能,PLC的主角地位已經逐漸淡化。PLC和周邊設備有效的進行通信,不單針對輸入、輸出、模擬量等,還包括伺服、掃描和智能儀器等都會有更多需求。現在用戶在很多的應用中對PLC的選擇都已經不再過多考慮技術程度,而是選擇哪個品牌的問題。這些都是促進PLC開放的重要原因。目前市場上的情況也證明了PLC開放性的趨勢。雖然主要的PLC廠家表面上仍然是各自按各自的方式方法進行PLC的推廣生產,但如果仔細觀察就會發現,各個廠家都已經從不同的角度對PLC的功能開放做了改進。許多種PLC都可以采用特定的方法進行通信、互聯。

21世紀,PLC會有更大的發展。從技術上看,計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上,會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現;從產品規模上看,會進一步向超小型及超大型方向發展;從產品的配套性上看,產品的品種會更豐富、規格更齊全,完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業控制場合的需求;從市場上看,各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破,會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面,會出現國際通用的編程語言;從網絡的發展情況來看,可編程控制器和其它工業控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器技術的發展方向。目前的計算機集散控制系統DCS(Distributed Control System)中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發展,可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分,將在工業及工業以外的眾多領域發揮越來越大的作用。

參考文獻

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作者簡介:鄒丹丹,(1981-),女,黑龍江八一農墾大學2007級碩士研究生,研究方向農業機械化與自動化,現工作于黑龍江八一農墾大學現代教育技術中心。