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  • 1 # 錢布斯

    PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編制程式的儲存器,用來在其內部儲存執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令,並能透過數字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種型別的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍裝置都應該按易於與工業控制系統形成一個整體,易於擴充套件其功能的原則而設計。”

    PLC的特點

    可靠性高,抗干擾能力強

    高可靠性是電氣控制裝置的關鍵效能。PLC由於採用現代大規模積體電路技術,採用嚴格的生產工藝製造,內部電路採取了先進的抗干擾技術,具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說,使用PLC構成控制系統,和同等規模的繼電接觸器系統相比,電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬體故障自我檢測功能,出現故障時可及時發出警報資訊。在應用軟體中,應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程式,使系統中除PLC以外的電路及裝置也獲得故障自診斷保護。這樣,整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。

    配套齊全,功能完善,適用性強

    PLC發展到今天,已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外,現代PLC大多具有完善的資料運算能力,可用於各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量湧現,使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通訊能力的增強及人機介面技術的發展,使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

    PLC作為通用工業控制計算機,是面向工礦企業的工控裝置。它介面容易,程式語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近,只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和組合語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。

    系統的設計、建造工作量小,維護方便,容易改造

    PLC用儲存邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制裝置外部的接線,使控制系統設計及建造的週期大為縮短,同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一裝置經過改變程式改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批次的生產場合。

    體積小,重量輕,能耗低

    以超小型PLC為例,新近出產的品種底部尺寸小於100mm,重量小於150g,功耗僅數瓦。由於體積小很容易裝入機械內部,是實現機電一體化的理想控制裝置。

    PLC的應用領域

    目前,PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業,使用情況大致可歸納為如下幾類。

    開關量的邏輯控制

    這是PLC最基本、最廣泛的應用領域,它取代傳統的繼電器電路,實現邏輯控制、順序控制,既可用於單臺裝置的控制,也可用於多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。

    模擬量控制

    在工業生產過程當中,有許多連續變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可程式設計控制器處理模擬量,必須實現模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模組,使可程式設計控制器用於模擬量控制。

    運動控制

    PLC可以用於圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用於開關量I/O模組連線位置感測器和執行機構,現在一般使用專用的運動控制模組。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模組。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能,廣泛用於各種機械、機床、機器人、電梯等場合。

    過程控制

    過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制演算法程式,完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模組,目前許多小型PLC也具有此功能模組。PID處理一般是執行專用的PID子程式。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。

    資料處理

    現代PLC具有數學運算(含矩陣運算、函式運算、邏輯運算)、資料傳送、資料轉換、排序、查表、位操作等功能,可以完成資料的採集、分析及處理。這些資料可以與儲存在儲存器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通訊功能傳送到別的智慧裝置,或將它們打印製表。資料處理一般用於大型控制系統,如無人控制的柔性製造系統;也可用於過程控制系統,如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。

    通訊及聯網

    PLC通訊含PLC間的通訊及PLC與其它智慧裝置間的通訊。隨著計算機控制的發展,工廠自動化網路發展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通訊功能,紛紛推出各自的網路系統。新近生產的PLC都具有通訊介面,通訊非常方便。

    PLC的構成

    從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模組式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、記憶體塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模組式PLC包括CPU模組、I/O模組、記憶體、電源模組、底板或機架,這些模組可以按照一定規則組合配置。

    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的系統程式賦予的功能接收並存貯使用者程式和資料,用掃描的方式採集由現場輸入裝置送來的狀態或資料,並存入規定的暫存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和程式設計過程中的語法錯誤等。進入執行後,從使用者程式存貯器中逐條讀取指令,經分析後再按指令規定的任務產生相應的控制訊號,去指揮有關的控制電路。

    CPU主要由運算器、控制器、暫存器及實現它們之間聯絡的資料、控制及狀態匯流排構成,CPU單元還包括外圍晶片、匯流排介面及有關電路。記憶體主要用於儲存程式及資料,是PLC不可缺少的組成單元。

    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。但工作節奏由震盪訊號控制。運算器用於進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。暫存器參與運算,並存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。

    CPU速度和記憶體容量是PLC的重要引數,它們決定著PLC的工作速度,IO數量及軟體容量等,因此限制著控制規模。

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