可编程控制器在控制中的应用.docx

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1、可编程控制器在控制中的应用fenghy导语：可编程控制器ProgrammableLogicController简称PLC或者PC，是从早期的继电器逻辑控制系统开展而来可编程控制器ProgrammableLogicController简称PLC或者PC，是从早期的继电器逻辑控制系统开展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐合适复杂的控制任务PLC之所以有生命力，在于它更加合适工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的才能、编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加过多的中间部件或者需要更多的接口，这样节省了用户时间和本钱。PLC的下端输入端

2、为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进展计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进展操纵及编程。用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。自1836年继电器问世，人们就开场用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用处各异的逻辑控制或者顺序控制。至今，在PLC的编程语言梯形图中还可以看到这些布线的影子。直到60年代末、70年代初可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通讯技术的飞速开展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和超小型化方面进展了一次飞跃，最终使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，开展成为具有逻辑判定、定时、计数

3、、记忆和算术运算、数据处理、联网通讯及PID回路调节等功能的当代PLC。一、可编程控制器的主要功能PLC是应用面很广，开展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化FA和计算机集成制造系统CIMS内占重要地位。今天的PLC功能，远不仅是替换传统的继电器逻辑。PLC系统一般由以下根本功能构成：多种控制功能数据收集、存储与处理功能通讯联网功能输入/输出接口调理功能人机界面功能编程、调试功能1、控制功能逻辑控制：PLC具有与、或者、非、异或者和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进展开关量控制。定时控制：它为用户提供了假设干个电子定时器，用户可自行设定：接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。计数控制：用脉

4、冲控制可以实现加、减计数形式，可以连接码盘进展位置检测。顺序控制：在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。2、数据收集、存储与处理功能数学运算功能：根本算术：加、减、乘、除。扩展算术：平方根、三角函数和浮点运算。比拟：大于、小于和即是。数据处理：选择、组织、规格化、挪动和先入先出。模拟数据处理：PID、积分和滤波。3、输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种电阻或者电偶。4、通讯、联网功能当代PLC大多数都采用了通讯、网络技术，有RS232或者RS

5、485接口，可进展远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通讯，外部器件与一台或者多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通讯接口或者通讯处理器按标准的硬件接口或者专有的通讯协议完成程序和数据的转移。如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通讯速率可以到达12Mbps。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中治理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所讲的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。5、人机界面功能提供操纵者以监视机器/经过工作必须的信息。允许操纵者和PC系统与其应用程

6、序互相作用，以便作决策和调整。实现人机界面功能的手段：从基层的操纵者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操纵和用通讯处理器、专用途理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操纵与监视系统。6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操纵屏，进展编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。二、可编程控制器的主要特点1、可靠性高PLC的MTBF一般在4000050000h以上，西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上，而且均有完善的自诊断功能，判定故障迅速，便于维护。2、模块化组合灵敏可编程控制器是系列化产品，通常采用模块构造来完成不同的任务组合。I

7、/O从88192点，有多种机型、多种功能模板可灵敏组合，构造形式也是多样的。3、功能强PLC应用微电子技术和微计算机，简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。根本型式再加上模拟I/O、根本算术运算、通讯才能等。复杂型式除了具有根本型式的功能外，还具有扩展的计算才能、多级终端机制、智能I/O、PID调节、经过监视、网络通讯才能、远程I/O、多处理器和高速数据处理才能。4、编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图SFC编程，不需要过多的计算机编程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包，并可在任何兼容的个人计算机上编程。5、适应工业环境PLC的技术条件能在一般高

8、温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。6、安装、维修简单与计算机系统相比，PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误，系统便可工作，各个模件上设有运行和故障指示装置，便于查找故障，大多数模件可以带电插拔，模件可更换，使用户可以在最短的时间内查出故障，并排除，最大限度地压缩故障停机时间，使消费迅速恢复。然后再对故障模件进展修复，这对大规模消费场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的合金组成，构造简单，上面带有散热槽，在高温下，该外壳不像塑料制品那样变形，还可抗无线电频率RF高频电磁干扰、防火等。7、运

9、行速度快随着微处理器的应用，使PLC的运行速度增快，使它更符合处理高速度复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差异不是很明显。8、总价格低PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，固然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。PLC系统与工业总线计算机和DCS系统互相浸透，互为借鉴，互相竞争而开展。促进了工业的进步。PLC产品面临现场总线的开展，将再次革新，知足工业与民用控制的更高需要。三、PLC的通讯及联网PLC的通讯包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通讯。PLC系

10、统与通用计算机可以直接或者通过通讯处理单元、通讯转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中治理、分散控制的分布式控制系统，知足工厂自动化FA系统开展的需要，各PLC系统或者远程I/O模块按功能各自放置在消费现场分散控制，然后采用网络连接构成集中治理的分布式网络系统。以西门子公司的SIMATICNET为例，在其提出的全集成自动化TIA的系统概念中，核心内容即包括组态和编程的集成、数据治理的集成以及通讯的集成。通讯网络是这个系统重要的、关键的组件，提供了部件和网络间完善的工业通讯。SIMATICNET包含了三个主要层次：AS-I网传感器和执行器通讯的国际标准，扫描时间5ms，传输媒体为未

11、屏蔽的双绞线，线路长度为300m，最多为31个从站。PROFIBUS工业现场总线，用于车间级和现场级的国际标准，传输率最大12m/s，传输媒体为屏蔽双线电缆最长9.6km或者光缆最长90km，最多可接127个从站。工业以太网用于区域和单元联网的国际标准，网络规模可达1024站1.5km电气网络或者200km光学网络。在这一网络体系中，尤其值得一提的是PROFIBUS现场总线，PROFIBUS是目前最成功的现场总线之一，已得到广泛地应用。它是不依靠消费厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口交换信息。为数诸多的消费厂家提供了优质的PROFIBUS产品，用户可以自由地选择最

12、适宜的产品。PROFIBUS已经成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170，并在世界拥有了最多的用户数目。四、PLC与工业控制计算机IPC和集散控制系统DCS的比拟1、各自技术开展的起源计算机是为了知足快速大量数据处理要求的设备。硬件构造方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，十分是有实时操纵系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有上风。集散系统从工业自动化仪表控制系统开展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定上风，初期主要用在连续经过控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统开展而来，

13、主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通讯技术等的开展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的根底上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度进步，CPU的才能赶上了工业控制计算机；通讯才能的进步开展了多种部分总线和网络LAN，因此也可构成为一个集散系统。十分是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在经过控制的开展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。2、一样点在微电子技术开展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统

14、DCS之间的差异正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多一样点。3、区别点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的开展都形成了自身的装置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。PLC用编程器或者计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或者用计算机构造形成组态构成开发系统环境。十分提出的是与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑形式下运行，但在线运行时假设要进展较大的程序修改，其才能略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。总的来讲

15、，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有什么控制器绝对完善，也没有哪种产品绝对差，只能讲选择更适用的产品。4、增长趋势比拟见表表1995年四类控制产品的初步统计名次产品种别销售额美元增长率/%139亿不包括软件50亿包括软件15.929亿14.2328亿5.74个人计算机15亿14.9控制软件7.8亿15.1PLC自问世以来，经过20多年的开展，在美国、欧洲、日本等工业兴旺国家已成为重要产业，1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。当前，PLC在国际市场上

16、已成为最受欢送的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。五、PLC的综合经济分析综上所述，在恶劣环境中，使用PLC控制机构设备，消费流水线和消费经过的自动控制将越来越广泛。但是，这种新型控制装置在推广使用中尚有一些问题困扰着用户，主要集中在两个方面，一是可靠性问题，二是价格问题。当然，用新型控制装置实现老设备改造与消费经过自动化，进步劳动消费率，改善企业治理，这是进步企业经济效益的必要措施，但怎样正确处理这种关系，本文提供一些数据资料作为用户参考。1、可靠性问题据有关资料提供数据说明：国外一般中小型PLC，如日立、西门子、IPM，平均无故障时间高达10万h。即使大型PLC平均

17、无故障时间也在45万h之间。因此，制造厂商以为可靠性已不存在问题。就可靠性而言，继电接触器是望尘莫及的。所以，对于日立、西门子、IPM等产品资料中可靠性不再是一项技术指标。2、PLC的经济综合分析对PLC的经济分析，应从以下几方面考虑：1从影响本钱的各个因素综合考虑从目前消费设备控制装置来讲，有三种类型：继电器控制。半导体器件控制。PLC控制。价格仅是选择PLC品牌的一个因素，而可靠性是选择时需要考虑的又一个因素。2从设计、消费周期长短考虑不管是老设备改造，还是设计新的消费机械设备，毫无疑问，消费、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边消费，十分是产品更新换代，消费工艺改造，不需

18、改动现有消费设备及其外部接线，就能马上组织消费，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力，进步了经济效益。假如把这些要求得以实现，继电器或者半导体都不能知足，而PLC那么完全可以实现。这是由于假设用PLC不必改动外部设备接线，只要在软件上作文章就可以了。也就是讲只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或者修改原程序即可。这既经济又简捷，可以到达事半功倍的目的。众所周知，目前我国75%的消费机械设备，都是采用继电器控制，除了可靠性差外，设计程序也很繁杂。从方案确实立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短

19、设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或者修改程序使得梯形图能准确无误地反映消费要求。编程人员也可根据新产品对消费提出的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去，需要加工哪个产品的程序，操纵人员可以随时调用，这既方便、简单又可保密。开发这种软件对优化消费经过，进步产品数目和质量，进步劳动消费率，非常具有实际意义。仅此一点也深受消费及设计者的欢送。六、PLC最新开展状态及趋势当代PLC的开展有两个主要趋势：其一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面开展；其二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面开展。1大型

20、网络化主要是朝DCS方向开展，使其具有DCS系统的一些功能。网络化和通讯才能强是PLC开展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连；向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。2多功能随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。如西门子公司早在80年代就研制出了多回路闭环控制模块、步进电机控制模块、仿真模块和通讯处理模块等。在1995年西门子又成功地开发出了S7200、S7300系列，它具有TD200和COROSOPS操纵模板OPS为用户提供了方便人机界面，用户程序三级口令保护，极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过工业现场总线PROFIBUS以及以太网联网的网络才能，强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能；模块式构造可用于各处性能的扩展，脉冲输出晶闸管步进电机和直流电机；快速的指令处理大大缩短了循环周期，并采用了高速计数器，高速中断处理可以分别响应经过事件，大幅度降低了本钱。3高可靠性由于控制系统的可靠性日益受到人们的重视，一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有产品中，推出了高可靠性的冗余系统，并采用热备用或者并行工作、多数表决的工作方式。S7400PLC即使在恶劣、不稳定的工作环境下，巩固、全密封的模板仍然可正常工作，在操纵运行经过中模板还可热插拔。