PLC入門必備基礎知識

2014-03-11 11:01 更新 林慧玲 瀏覽:5556人次 微信二維碼

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一. PLC的由來

可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員,是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller),簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展,這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍,因此,今天這種裝置稱作可編程控制器,簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆,所以將可編程控制器簡稱PLC。

在60年代,汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發展,汽車型號更新的周期愈來愈短,這樣,繼電器控制裝置就需要經常地重新設計和安裝,十分費時,費工,費料,甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀,美國通用汽車公司在1969年公開招標,要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置,并提出了十項招標指標,即:

1、編程方便,現場可修改程序;

2、維修方便,采用模塊化結構;

3、可靠性高于繼電器控制裝置;

4、體積小于繼電器控制裝置;

5、數據可直接送入管理計算機;

6、成本可與繼電器控制裝置競爭;

7、輸入可以是交流115V;

8、輸出為交流115V,2A以上,能直接驅動電磁閥,接觸器等;

9、在擴展時,原系統只要很小變更;

10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

1969年,美國數字設備公司(DEC)研制出第一臺PLC,在美國通用汽車自動裝配線上試用,獲得了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂,操作方便,可靠性高,通用靈活,體積小,使用壽命長等一系列優點,很快地在美國其他工業領域推廣應用。到1971年,已經成功地應用于食品,飲料,冶金,造紙等工業。

這一新型工業控制裝置的出現,也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術,很快研制出了日本第一臺PLC。1973年,西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業應用。

二. PLC的定義

PLC問世以來,盡管時間不長,但發展迅速。為了使其生產和發展標準化,美國電氣制造商協會NEMA(National Electrical Manufactory Association)經過四年的調查工作,于1984年首先將其正式命名為PC(Programmable Controller),并給PC作了如下定義:

“PC是一個數字式的電子裝置,它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執行諸如邏輯,順序,計時,計數與演算等功能,并通過數字或類似的輸入/輸出模塊,以控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執行PC之功能者,亦被視為PC,但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。”

以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標準的草案第一稿,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字運算操作的電子系統,專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執行邏輯運算,順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備,都按易于與工業控制系統聯成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。”

總之,可編程控制器是一臺計算機,它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口,并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業應用,在實際應用時,其硬件需根據實際需要進行選用配置,其軟件需根據控制要求進行設計編制。

三、PLC的發展階段

雖然PLC問世時間不長,但是隨著微處理器的出現,大規模,超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步,PLC也迅速發展,其發展過程大致可分三個階段:

1、早期的PLC(60年代末—70年代中期)

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義,其主要功能只是執行原先由繼電器完成的順序控制,定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現,在I/O接口電路上作了改進以適應工業控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路,存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施,以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上,采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此,早期的PLC的性能要優于繼電器控制裝置,其優點包括簡單易懂,便于安裝,體積小,能耗低,有故障指使,能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

2、中期的PLC(70年代中期—80年代中,后期)

在70年代,微處理器的出現使PLC發生了巨大的變化。美國,日本,德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。

這樣,使PLC的功能大大增強。在軟件方面,除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外,還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面,除了保持其原有的開關模塊以外,還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量,使各種邏輯線圈的數量增加,還提供了一定數量的數據寄存器,使PLC得應用范圍得以擴大。

3、近期的PLC(80年代中、后期至今)

進入80年代中、后期,由于超大規模集成電路技術的迅速發展,微處理器的市場價格大幅度下跌,使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為了進一步提高PLC的處理速度,各制造廠商還紛紛研制開發了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發生了巨大變化。

四、PLC應用中需要注意的問題

PLC是一種用于工業生產自動化控制的設備,一般不需要采取什么措施,就可以直接在工業環境中使用。然而,盡管有如上所述的可靠性較高,抗干擾能力較強,但當生產環境過于惡劣,電磁干擾特別強烈,或安裝使用不當,就可能造成程序錯誤或運算錯誤,從而產生誤輸入并引起誤輸出,這將會造成設備的失控和誤動作,從而不能保證PLC的正常運行,要提高PLC控制系統可靠性,一方面要求PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力;另一方面,要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視,多方配合才能完善解決問題,有效地增強系統的抗干擾性能。因此在使用中應注意以下問題:

1.工作環境

(1)溫度

PLC要求環境溫度在0~55oC,安裝時不能放在發熱量大的元件下面,四周通風散熱的空間應足夠大。

(2)濕度

為了保證PLC的絕緣性能,空氣的相對濕度應小于85%(無凝露)。

(3)震動

應使PLC遠離強烈的震動源,防止振動頻率為10~55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時,必須采取減震措施,如采用減震膠等。

(4)空氣

避免有腐蝕和易燃的氣體,例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境,可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

(5)電源

PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環境中,可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器,以減少設備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端,當輸入端使用外接直流電源時,應選用直流穩壓電源。因為普通的整流濾波電源,由于紋波的影響,容易使PLC接收到錯誤信息。


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