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PLC基础介绍
更新时间:2021/1/23 14:57:49 来源: 浏览次数:1312
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   可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC,在现代工业控制中占有非常重要的地位。

一、PLC的起源
   PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世,人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接,构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现,以及流程加工行业(如汽车制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求,PLC技术出现并快速发展。
   目前,PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃,使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制,发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是,仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。
   PLC之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)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,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程。

二、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。
  
三、PLC的功能
   1、数据采集与输出。
   2、控制功能。 包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。
   3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。
   4、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,具有温度、运动等测量接口。
   5、通信、联网功能。 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术,有RS232或RS485接口,可进行远程I/O控制,多台 PLC可彼此间联网、通信,外部器件与一台或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。在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成"集中管理、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。通常所说的SCADA系统,现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
   6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用,以便作决策和调整,实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。
   7、编程、调试等,并且大部分支持在线编程。
  
四、PLC的主要特点
   1、可靠性高。PLC的MTBF一般在40000~50000h以上,有的在10~20万h,且均有完善的自诊断功能。
   2、结构形式多样,模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床,组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点,而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。
   3、功能强大。
   4、编程方便。控制具有极大灵活性。
   5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。
   6、安装、维修简单
   7、与DCS相比,价格低。
   8、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。
五、PLC的联网与通信
   PLC的通信包括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信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络,以实现信息的交换,并可构成"集中管理、分散控制"的分布式控制系统,满足工厂自动化(FA)系统发展的需要,各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制,然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。
   目前各厂商都主推各自的总线标准,如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的"集中管理、分散控制"分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL(A-B)推出了"全方位自动化"的理念,推荐三层网络结构,即1)设备层(DeviceNet为代表);2)控制层(ControlNet为代表);3)管理层(EtheNet)。
  
六、PLC的发展
   1、与DCS的差别。
   集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发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优势,初期主要用在连续过程控制,侧重回路调节功能,满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面,总线标准化程度高,兼容性强,软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,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优势。
   PLC是由继电器逻辑系统发展而来,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。PLC在自身发展同时,也在吸收DCS系统的优点。PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合,发展向下拓展功能,开放总线。
   2、市场占有率
   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在国际市场上已成为最受欢迎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。


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