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。電工委員會(IEC)對PLC的定義是:可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器,用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,并通過數字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備,都應按易于與工業控制系統形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。
上世紀80年代至90年代中期,是PLC發展快的時期,年增長率一直保持為30~40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高,PLC逐漸進入過程控制領域,在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗*力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預見的將來,是無法取代的。
二、PLC的構成
從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規則組合配置。
三、CPU的構成
CPU是PLC的核心,起神經中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據,用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據,并存入規定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間數據、控制及狀態總線構成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據,是PLC*的組成單元。
在使用者看來,不必要詳細分析CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內存容量是PLC的重要參數,它們決定著PLC的工作速度,IO數量及軟件容量等,因此限制著控制規模。
四、I/O模塊
,隨著中小規模集成電路的工業化生產,可編程序控制器技術得到了較大的發展。可編程序控制器功能除邏輯運算外,增加了數值運算、計算機接口、模擬量控制等;軟件開發有自診斷程序,程序存儲開始使用EPROM ;可靠性進一步提高,初步形成系列,結構上開始有模塊式和整體式的區分,整機功能從向通用過渡。
70年代后期和80年代初期,微處理器技術日趨成熟,單片微處理器、半導體存儲器進入工業化生產,大規模集成電路開始普遍應用。可編程序控制器開始向多處理器發展,使可編程序控制器的功能和處理速度大為增強,并具有通信和遠程 I/O 能力,增加了多種特殊功能,如浮點運算、三角函數、查表、列表等,自診斷和容錯技術也迅速發展。
基本上標準化,SFC(順序功能圖)語言逐步普及,的編程器已被個人計算機和相應編程軟件所替代,人機界面裝置日趨完善,已能進行對整個工廠的監控、管理,并發展了冗余技術,大大加強了可靠性。
進入21世紀,可編程序控制器仍保持旺盛的發展勢頭,并不斷擴大其應用領域,
LC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。
PLC的硬件結構是可變的,軟件程序是可編的,用于控制時,非常靈活。必要時,可編寫多套,或多組程序,依需要調用。它很適應于工業現場多工況、多狀態變換的需要。
用PLC進行開關量控制實例是很多的,冶金、機械、輕工、化工、紡織等等,幾乎所有工業行業都需要用到它。目前,PLC首用的目標,也是別的控制器無法與其比擬的,就是它能方便并可靠地用于開關量的控制。
3.2用于模擬量控制
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。
作為一種工業控制電子裝置,PLC若不能對這些量進行控制,那是一大不足。為此,各PLC廠家都在這方面進行大量的開發。目前,不僅大型、中型機可以進行模擬量控制,就是小型機,也能進行這樣的控制。
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。它也是I/O單元,不過是特殊的I/O單元。
A/D單元是把外電路的模擬量,轉換成數字量,然后送入PLC。D/A單元,是把PLC的數字量轉換成模擬量,再送給外電路。
作為一種特殊的I/O單元,它仍具有I/O電路抗干擾、內外電路隔離,與輸入輸出繼電器(或內部繼電器,它也是PLC工作內存的一個區。可讀寫)交換信息等等特點。
這里的A/D中的A,多為電流,或電壓,也有為溫度。D/A中的A,多為電壓,或電流。電壓、電流變化范圍多為0~5V,0~10V,4~20mA。有的還可處理正負值的。
這里的D,小型機多為8位二進制數,中、大型多為12位二進制數。
A/D、D/A有單路,也有多路。多路占的輸入輸出繼電器多。
有了A/D、D/A單元,余下的處理都是數字量,這對有信息處理能力的PLC并不難。中、大型PLC處理能力更強,不僅可進行數字的加、減、乘、除,還可開方,插值,還可進行浮點運算。有的還有PID指令,可對偏差制量進行比例、微分、積分運算,進而產生相應的輸出。計算機能算的它幾乎都能算。
這樣,用PLC實現模擬量控制是*可能的。控制的單位值可小到212分之一的測量程值,多數也是足夠的。
PLC進行模擬量控制,還有A/D、D/A組合在一起的單元,并可用PID或模糊控制算法實現控制,可得到很高的控制質量。
用PLC進行模擬量控制的好處是,在進行模擬量控制的同時,開關量也可控制