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“plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”

plc的特点

可靠性高,抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说,使用plc构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,plc带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

配套齐全,功能完善,适用性强

plc发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代plc大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现,使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用plc组成各种控制系统变得非常容易。

易学易用,深受工程技术人员欢迎

plc作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造

plc用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

体积小,重量轻,能耗低

以超小型plc为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。

plc的应用领域

目前,plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。

开关量的逻辑控制

这是plc最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

模拟量控制

在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(analog)和数字量(digital)之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。

运动控制

plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,plc能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块,目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

数据处理

现代plc具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

通信及联网

plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各plc厂商都十分重视plc的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口,通信非常方便。

plc的构成

从结构上分,plc分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。

cpu的构成

cpu是plc的核心,起神经中枢的作用,每套plc至少有一个cpu,它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。

cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是plc不可缺少的组成单元。

在使用者看来,不必要详细分析cpu的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。cpu的控制器控制cpu工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。

cpu速度和内存容量是plc的重要参数,它们决定着plc的工作速度,io数量及软件容量等,因此限制着控制规模。

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