plc的應用與發(fā)展

1plc的邏輯設計html5（動態(tài)邏輯控制）用于描述編程邏輯控制。它是一種以微處理器為核心,綜合了計算機技術、電器控制技術、自動控制技術和通訊技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置,具有如下特點:(1)高可靠性:如三菱、西門子、歐姆龍的PLC產品,平均無故障時間大大超出IEC規(guī)定的10萬小時,并可采用多機冗余系統,進一步提高可靠性。(2)編程方便、易于使用:梯形圖語言、SFC、功能塊等多種編程語言和方式,直觀易懂,易于上手。(3)控制功能極強:除基本的邏輯控制、定時、計數、算術運算等功能外,還可實現點位控制、PID控制、過程控制、數字控制等功能,還可進行遠程控制。(4)擴展機與外部連接極為方便:各個受控設備可通過PLC網絡模塊連接在一起,實現有效信息資源的共享于交換。在自動化控制系統中,可編程邏輯控制器起著核心作用?？删幊踢壿嬁刂破饔?969年在美國面世,經過30多年的發(fā)展,現在已成為最重要、最可靠、應用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計算機?？删幊踢壿嬁刂破饔蒀PU(中央處理單元)、存儲器、輸入輸出模塊、可編程器和電源五大部分組成,結構如圖1所示。它的CPU采取掃描方式工作,每一次掃描完成以下工作:(1)將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。(2)逐條讀入后解釋用戶程序,產生相應控制信號去控制相關電路,完成數據存取、傳送和處理工作,并根據運算結果更新各個相關寄存器內容。(3)將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊,去控制外部負載。PLC的CPU是以分時操作的方式處理各項任務的。由于運算速度高,從PLC的外部輸入、輸出關系來看,處理過程幾乎是瞬時完成的。PLC的用戶程序由若干條指令組成,指令在存儲器中按步序號順序排列。用戶程序采取掃描工作方式運行。在沒有跳轉指令的情況下,CPU從第一條指令開始,順序逐條的執(zhí)行用戶程序,直到用戶程序結束,然后,程序返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復始地重復上訴的掃描循環(huán),達到實時控制的目的。2在其他領域的應用經過20多年的工業(yè)應用,PLC特點已越來越為廣大業(yè)界人士認識和接受,使得PLC迅速滲透到工業(yè)控制的各領域,包括從單機到工廠自動化,從機器人、柔性制造系統到工業(yè)局部網絡等等。仔細來分,PLC大致有如下幾個應用領域:(1)開關量的邏輯控制。PLC取代了傳統的繼電器控制系統,實現邏輯控制。例如:機床電器控制,沖床、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制,注塑機的控制,化工系統中各種泵和電磁閥的控制,冶金企業(yè)的高爐上料系統、軋機、連鑄機、飛剪的控制,電鍍生產線、汽車裝配線、電視機和收音機的生產線控制,甚至核電站的系統控制等等。(2)運動控制。PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如:金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等等。(3)閉環(huán)過程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC的模擬量控制功能已經廣泛應用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備,還廣泛地應用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等各個行業(yè)。(4)數據處理?，F代PLC具有數學運算、數據傳遞、轉換、排序和查表、位操作等功能,可以完成數據采集、分析和處理。數據處理一般用在大、中型控制系統,如柔性制造系統、過程控制系統等。(5)機器人控制。機器人作為工業(yè)過程自動生產線中的重要設備,已成為未來工業(yè)生產自動化的三大支柱之一。現在許多機器人制造公司選用PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著PLC體積進一步縮小,功能進一步增強,PLC在機器人控制中的應用必將更加普遍。根據國外資料統計,在工業(yè)控制中80%都采用PLC來完成。因為順序控制是工控不可缺少的一環(huán),幾乎任何一個過程控制和生產管理都是有步驟地進行的,因此都可以采用PLC。目前國外PLC應用于自動控制這一領域占60%,應用于數據管理占20%,用于生產管理占18%,用于人機接口占22%?？梢妼τ诠た貋碚fPLC占主導地位,而數據處理、生產管理等目前計算機仍是主體。3單次異構汽車plc的發(fā)展歷程本世紀60年代,計算機控制技術已經開始用于工控領域,但由于技術復雜、編程不便、價格昂貴等原因,未能廣泛應用。1969年美國最大的汽車制造商-通用汽車公司(GM),為了適應汽車型號的不斷翻新,設想把計算機通用、靈活的優(yōu)點和繼電器系統的簡單、易懂、操作方便、價格便宜的優(yōu)點結合起來制造一種通用的控制裝置,并把計算機編程的方式加以簡化,用面向控制過程、面向問題的自然語言進行編程,使不熟悉計算機的人也能方便使用。這就是PLC問世前的設想。美國數字設備公司(DEC)研制出了第一臺PLC,在美國通用汽車自動裝配線上試用成功。從那時起,各個公司都相繼朝著PLC實用化階段發(fā)展。在美國PLC的影響下,歐洲各國相繼投入力量研制PLC,日本由于本國集成電路技術的迅猛發(fā)展,使PLC的集成度進一步提高。70年代中期,PLC進入實用化發(fā)展階段,美、日、德等一些廠家開始采用微處理器(MPU)作為PLC的中央處理單元(CPU)來擴大功能、提高可靠性、增加靈活性,且比較經濟。1977年底美國MOTOROLA公司研制成一位微處理器MC14500芯片,于是很快出現了一位機PLC。由于其結構簡單,編程容易,具有較強抗干擾能力,因而很快取代了矩陣式順序控制器,推動了PLC的普及和發(fā)展。70年代末PLC技術進入成熟階段。十六位微處理器和51系列單片機相繼問世,使PLC向大規(guī)模、高速度、高性能方面發(fā)展,形成了各個系列的產品。同時出現了緊湊型、低價格的新一代產品和多種不同性能的分布網絡系統。此時面向工程技術人員的PLC語言也發(fā)展成熟,出現了工藝人員使用的圖形語言。在功能上PLC已可以完全取代傳統的邏輯控制裝置、模擬控制裝置和小型的DDC控制系統,應用的領域也不斷擴大。80年代中期世界上已有近百個廠家,二百多種系列機型。PLC儼然成為工業(yè)控制的標準設備。90年代PLC發(fā)展更為迅猛,各個公司在進一步完善自己原有產品的基礎上,不斷開發(fā)出新的系列產品和增強聯網功能。PLC軟件不斷向前發(fā)展,與計算機連接更加方便完善。4國產數控系統在dh為主目前,全世界約有PLC生產廠家約200家,生產300多個品種。全球PLC發(fā)運件數1998年為1456萬件,1999年為1620萬件,2001年達到1778萬件。在2001年發(fā)運的PLC中,按最終用戶分:汽車占23%,糧食加工占16.4%,化學藥品占14.6%,金屬、礦山占11.5%,紙漿、造紙占11.3%,其他占23.2%。而且隨著PLC與IPC、DCS集成,PLC逐漸成為占自動化裝置及過程控制系統最大市場份額的產品。2000年PLC的銷售額在控制市場份額中超過50%。在全球PLC制造商中,根據美國AutomationResearchCorp(ARC)調查,世界PLC領導廠家的五霸為Siemens(西門子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司和Omron(歐姆龍)公司,他們的銷售額約占全球總銷售額的三分之二。從西門子公司的SIMATICS7-400的性能可對世界領先PLC窺見一斑:SIMATICS7-400是匣式封裝模塊,可卡在導軌上安裝,由I/O總線和通信總線建立電氣連接,模塊可在工作或加電時替換或插、拔,可快速安裝維護,修改方便,其主要性能有:(1)CPU存儲器容量64K字節(jié),可擴展到1.6M字節(jié)。(2)位和字處理速度80ns至200ns。(3)最高系統計算能力可以有4個CPU同時計算。(4)強大的擴展能力S7-400中央控制器最多能連接21個擴展單元。(5)每個CPU上多點接口(MPI)能力,可同時連接編程裝置、操作員接口系統等等。(6)CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散u0的集成性能。(7)提供與計算機和其它Siemens產品或系統的連接接口。(8)高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。我國的PLC生產目前也有一定的發(fā)展。小型PLC已批量生產;中型PLC已有產品;大型PLC已經開始研制。但是國內產品市場占有率還不超過10%。而且國產PLC許多仍停留在全套引進或以仿制為主的階段上。對于國內PLC發(fā)展情況的認識,可以從江蘇嘉華實業(yè)有限公司生產的dH120系列產品窺見一斑,其主要性能有:(1)輸入輸出從20點到120點任意配置。(2)內置32個定時器、31個計數器、幾百個中間繼電器和數據寄存器,可方便地完成邏輯控制、定時、計數控制、高速計數、數據處理、模擬量控制等功能。(3)編程簡便,108條指令功能齊全。(4)DIN標準卡槽安裝,可拆端子排接線。(5)高可靠性,強抗干擾,可用于各種工業(yè)環(huán)境?？傮w來說,國產PLC的發(fā)展有一定的基礎。但從產品結構上看,我國自主研制及引進技術生產的PLC大都屬于中低檔產品,至今沒有形成主流產品和完整的系列產品。因此,我國PLC的完全產業(yè)化還有一段很長的路要走。隨著計算機科學發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求,可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展,其技術和產品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關量控制的時代已經過去,PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產的廣泛需要,而且將通信技術和信息處理技術融為一體,其功能也日趨完善。今后,PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展:一是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展;另是向高速多功能和分布式自動化網絡方向發(fā)展?？偟陌l(fā)展趨勢如下:(1)可編程控制技術的標準化一種自動化產品的競爭力主要在于其滿足國際標準化的程度和水平。標準化一方面保證了產品的出廠質量,另一方面也保證了各個廠家產品的互相兼容。所以可編程技術的標準化勢在必行。(2)CPU處理速度進一步加快將來會使用64位RISC芯片,實現多CPU并行處理或分時處理或分任務處理,實現各種模塊智能化,且部分系統程序用門陣列電路固化。這樣PLC執(zhí)行指令的速度將達到納秒級。(3)可編程控制技術的智能化提高一個系統的智能程度不僅提高系統的品質,在某種意義上也提高了系統的可靠性。(4)向集成化、通訊化、網絡化發(fā)展,由于控制內容的復雜化和高難度化,PLC將與PC集成,與DCS集成,與PID集成。網絡化和強化通信能力也是PLC的重要發(fā)展方向,尤其是以PC為基礎的控制產品增長率不斷加快。PLC與PC集成,即將計算機、PLC及操作人員的人機接口結合在一起,使PLC能利用計算機豐富的軟件資源,而計算機能和PLC的模塊交互存取數據。以PC機為基礎的控制方法使得用戶編程更加方便,而且提供開放的體系結構,用戶可以根據需要選擇各類、各廠家的PLC或I/O設備進行互聯,從而可以降低生成成本和提高生產率。(5)控制系統分散化根據分散控制、集中管理的原則,PLC控制系統的I/O模塊將直接安裝在控制現場,通過通信電纜或光纖與主CPU進行數據通信。這樣使控制更有效,系統更可靠。(6)PLC的新進展-軟PLC,計算機軟、硬件技術的迅速發(fā)展,推動了自動控制技術又取得了一系列新的進展。目前有許多工業(yè)用自動控制產品、機電一體化產品開始轉向以計算機為平臺的控制方式,這就是軟PLC。軟PLC實際利用軟件來實現傳統PLC的功能,它最大的